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提高采收率(EOR)
(EnhancedOilRecovery)原油采收率(OilRecovery)是指采出地下原油原始儲(chǔ)量的百分?jǐn)?shù),即油藏累計(jì)采出的油量占油藏地質(zhì)儲(chǔ)量的百分?jǐn)?shù)。從理論上來(lái)說(shuō),采收率取決于驅(qū)油效率(ED)和波及效率(Ev)。采收率的定義式為:式中:ED——驅(qū)油效率,又稱微觀驅(qū)替效率,它是指注入流體波及區(qū)域內(nèi),采出的油量與波及區(qū)內(nèi)石油儲(chǔ)量的比值;
EV——波及效率,又稱掃油效率或宏觀驅(qū)替效率,它是指注入流體及波區(qū)域的體積與油藏總體積的比值。
作為第三次采油過(guò)程的三次采油,是指通過(guò)注入其他流體,采用物理、化學(xué)、熱量、生物等方法改變油藏巖石及流體性質(zhì),提高水驅(qū)后油藏采收率?;瘜W(xué)驅(qū)、氣體混相驅(qū)、熱法采油和微生物采油等都是提高采收率(EnhancedOilRecovery,簡(jiǎn)稱EOR)的方法。一般來(lái)說(shuō),在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中,一次采油的采收率低于15%,二次采油的采收率稍高,可達(dá)到45%。而三次采油,即提高原油采收率后,原油采收率可達(dá)50%~90%。采收率提高幅度的大小取決于采用的方法、油藏條件以及當(dāng)時(shí)的技術(shù)經(jīng)演狀況等許多因素。三次采油的目標(biāo):剩余油,殘余油。提高采收率方法分類相關(guān)概念介紹
剩余油:注入流體未波及到的區(qū)域所剩下的原油。宏觀上連續(xù)分布。
殘余油:注入水波及區(qū)內(nèi)未被驅(qū)走的原油,分布上不連續(xù)。
波及效率(Ev)
:是指注人流體波及的體積與油藏體積的比值,它是面積波及系數(shù)(EVA)與垂向波及系數(shù)(EVV)的乘積。也叫掃油效率或宏觀驅(qū)替效率。
驅(qū)油效率(ED):又稱微觀驅(qū)營(yíng)效率,其定義為注入流體波及區(qū)域內(nèi),采出油量與波及區(qū)內(nèi)石油儲(chǔ)量的比值。采收率影響因素分析影響采收率的主要因素有流度比、原油粘度、油水界面張力、井網(wǎng)、油藏非均質(zhì)性、油水界面張力、油藏巖石孔隙結(jié)構(gòu)等。當(dāng)然,還有很多因素會(huì)影響采收率,如油藏地質(zhì)參數(shù)(油藏大小、斷塊復(fù)雜性、沉積相等)、技術(shù)水平,以及石油價(jià)格等一系列因素。影響波及效率和驅(qū)油效率的因素是制約水驅(qū)采收率的主要因素。
(1)滲透率非均質(zhì)性
不同滲透率層的注入水推進(jìn)速度不同,導(dǎo)致油層水淹不均勻,各層滲透率相差太大會(huì)造成單層突進(jìn),造成水淹厚度小,波及效率低。即使?jié)B透率相同,孔隙結(jié)構(gòu)也可能不同,在微觀上仍可能是不均質(zhì)的。顆粒愈均勻,巖石的微觀結(jié)構(gòu)愈好,孔隙大小更趨一致驅(qū)油效率更高。所以,油藏巖石滲透率的宏觀,微觀非均質(zhì)性對(duì)水驅(qū)油的波及效率和驅(qū)油效率有很大影響。
(2)原油粘度:
水驅(qū)油過(guò)程中,油和水的粘度差也是影響采收率的重要因素。油水粘度比越大,無(wú)水采收率就越低,油水粘度比對(duì)非均質(zhì)油藏的影響尤為明顯??v向上的流度比相差越大,注入水越難擴(kuò)展,驅(qū)油效果越差,對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響越顯著。
(3)流度比
流度比對(duì)面積波及效率的影響很大,而且面積波及效率隨流度比增加而降低。因此,當(dāng)驅(qū)替相與被驅(qū)替相流度比小于1時(shí),定義為有利流度比;反之,當(dāng)驅(qū)替相與被驅(qū)替相流度比大于時(shí),定義為不利流度比。一般來(lái)說(shuō),地下原油的粘度大于地下水粘度,而且油相滲透率(Ko)隨著含水飽和度增加而減少,相反,水相滲透率(Kw)隨含水飽和度增加而增大。因此.在油藏注水后Kw上升,Ko下降。由流度比定義可知,水驅(qū)油流度比大于1,而且隨著注水時(shí)間增加,水驅(qū)油流度比越來(lái)越大,波及效率隨之降低。(4)井網(wǎng)注采井的井網(wǎng)布署方式有很多,規(guī)則井網(wǎng)有四點(diǎn)、五點(diǎn)、七點(diǎn)和九點(diǎn)井網(wǎng)。如果油藏較小,油藏形狀不規(guī)則,而且斷層較多,井網(wǎng)就不會(huì)是規(guī)則的。不同的井網(wǎng)模式導(dǎo)致不同的波及效率。二、氣體混相驅(qū)
氣體混相驅(qū)是利用注入氣體能與原油達(dá)到混相的特性,消除他們之間的界面張力,從而驅(qū)替出油藏中的殘余油。驅(qū)油效率接近100%,與流度控制技術(shù)結(jié)合起來(lái),可使原油采收率達(dá)到95%。因此,氣體混相驅(qū)已成為僅次于熱力采油方法的,處于商業(yè)應(yīng)用的提高采收率方法。
氣體混相驅(qū)的注人氣體有烴類氣體和非烴類氣體。烴類氣體有干氣(DryGas)、富氣(EnrichedGas)和液化石油氣(LPG)等,非烴類氣體有二氧化碳、氮?dú)夂蜔煹罋?。按混相機(jī)理,氣體混相驅(qū)又可分為一次接觸混相驅(qū)(如LPG段塞驅(qū))和多次接觸混相驅(qū)。
一次接觸混相驅(qū)是指注入氣體(如皿)與地層原油可以任何比例混合,立即達(dá)到完全互溶的混相驅(qū)替過(guò)程。多次接觸混相驅(qū)是指注入氣體與原油通過(guò)多次接觸后,才能達(dá)到混相的排驅(qū)過(guò)程,它可進(jìn)一步分為凝析氣驅(qū)(如富氣驅(qū))和蒸發(fā)氣驅(qū)(如二氧化碳驅(qū)、干氣驅(qū)、氮?dú)怛?qū)、煙道氣驅(qū)等)。
氣體混相驅(qū)分類
1二氧化碳驅(qū)一定條件(溫度和壓力)下,CO2可以兩相或三相共存.用作混相驅(qū)的CO2通常呈氣態(tài),在中等壓力下,二氧化碳不能直接與大多數(shù)原油混相,但能夠抽提原油中的輕質(zhì)組分,因而在低壓下CO2是一種很好的非混相驅(qū)注入劑,在高壓下,CO2也是一種很好的混相驅(qū)注入劑。
CO2驅(qū)機(jī)理:在CO2驅(qū)中,CO2的溶解氣驅(qū)作用、混相驅(qū)替、膨脹原油作用、降低原油粘度、碳酸水提高巖石滲透率等作用都會(huì)有助于提高原油采收率.
二氧化碳混相驅(qū)示意圖2液化石油氣(LPG)段塞混相驅(qū)液化石油氣段塞混相驅(qū):是指注入能與地下原油一次接觸達(dá)到混相的液化石油氣段塞混相驅(qū)或丙烷溶劑段塞后,再注入天然氣,惰性氣體或水。
LPG段塞尺寸一般10%~15%孔隙體積。注入的LPG段塞與原油達(dá)到混相之后,可以采出殘余油,非常有效。
LPG段塞混相驅(qū)的混相壓力低,適應(yīng)性強(qiáng),采收率較高。
3富氣混相驅(qū)
富氣混相驅(qū):是指往油層中注入富含C2—C6組分的烴類氣體段塞,通過(guò)富氣與原油的多次接觸達(dá)到混相
與原油接觸后,注入氣中的C2—C6組分凝析而進(jìn)入油相,形成富氣和原油的混相帶。富氣成本高,通常富氣段塞后緊接著注干氣。
富氣混相驅(qū)要求的混相壓力較高,重力超覆,粘性指進(jìn)現(xiàn)象嚴(yán)重,波及效率較低。4高壓干氣混相驅(qū)
高壓干氣混相驅(qū):是指在高壓下將干氣連續(xù)的注入到油層,通過(guò)干氣與原油的多次接觸達(dá)到混相的驅(qū)替過(guò)程。形成富含C2—C6的氣體與原油的混相帶,與富氣驅(qū)不同,干氣從原油重抽提出中間組分加富自己接近原油的組成,從而達(dá)到混相。
優(yōu)點(diǎn):成本低,干氣可循環(huán)注入。當(dāng)原油中富含C2—C6組分,且地層壓力很高時(shí),干氣驅(qū)才能達(dá)到混相驅(qū)。其注氣壓力要求很高對(duì)注入設(shè)備和原油的組成要求很嚴(yán),因而適應(yīng)性很差。三、熱力采油
熱力采油方法:是指利用熱能加熱油藏,利用稀釋和蒸發(fā)作用降低原油粘度,將原油從地下來(lái)出的一種提高采收率的方法。
熱力采油包括蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)和火燒油層三種常規(guī)的方法。蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)統(tǒng)稱為注蒸汽法。
最有效的熱載體是飽和水蒸氣,能達(dá)到80%~90%的驅(qū)替效率。
1蒸汽吞吐蒸汽吞吐(PuffandHuff)就是將一定量的高溫、高壓飽和蒸汽注入油井(吞),關(guān)井?dāng)?shù)天(燜井),加熱油層及其原油,然后開(kāi)井回采(吐)的循環(huán)采油方法。蒸汽吞吐方法是稠油開(kāi)采中最常用的方法,也是工業(yè)化應(yīng)用最好的熱采方法。蒸汽吞吐又稱蒸汽激勵(lì)或循環(huán)注蒸汽。
優(yōu)點(diǎn):一次投資少、工藝技術(shù)簡(jiǎn)單、增產(chǎn)快、經(jīng)濟(jì)效益好,已廣泛應(yīng)用于稠油開(kāi)采。對(duì)于稠油油藏及特稠油油藏一般都是先進(jìn)行蒸汽吞吐,然后再轉(zhuǎn)向蒸汽驅(qū)。蒸汽吞吐采油過(guò)程可以分為三個(gè)階段,即注汽階段(吞蒸汽)、關(guān)井階段(燜井)和回采階段(吐蒸汽)。蒸汽吞吐過(guò)程示意圖如下圖所示。蒸汽吞吐過(guò)程示意圖
蒸汽吞吐增產(chǎn)機(jī)理
周期吞吐增產(chǎn)的機(jī)理較為復(fù)雜,但可以肯定原油受熱降粘在提高稠抽產(chǎn)量中起著非常重要的作用,熱膨脹的溶解氣作用也促進(jìn)了地層流體的流動(dòng),蒸汽的井簡(jiǎn)清洗效應(yīng)以及回來(lái)過(guò)程中的地污染的清除也是蒸汽吞吐增產(chǎn)的因素。此外高溫引起的油水相對(duì)滲透率和毛管壓力變化,以及巖石潤(rùn)濕性改變都有助于地層原油的流動(dòng)。2蒸汽驅(qū)蒸汽驅(qū)(SteamDrive)是接替蒸汽吞吐的一種稠油開(kāi)采方法,是指蒸汽從注入井進(jìn)入并穿過(guò)整個(gè)油層,把加熱的原油推向生產(chǎn)井并產(chǎn)出地面。與蒸汽吞吐相比,盡管蒸汽驅(qū)可以大幅度提高稠油油藏的采收率,但該方法消耗的熱能多、投資大、技術(shù)復(fù)雜程度高、風(fēng)險(xiǎn)大。因此,目前蒸汽驅(qū)的產(chǎn)量要比蒸汽吞吐的產(chǎn)量小。利用蒸汽吞吐開(kāi)采稠油,只能采出油井井筒附近地層中的原油,而井間仍有大量的稠油未能采出,其采收率僅為10%一20%。蒸汽吞吐后進(jìn)行蒸汽驅(qū)開(kāi)采,可以便一部分井間地層中的原油采出地面,可進(jìn)一步提高稠油的采收率20%一30%。蒸汽驅(qū)過(guò)程示意圖3火燒油層
火燒油層:是指向油層注入空氣(或氧氣),通過(guò)原油的自燃或人工點(diǎn)火,使地層部分原油就地燃燒,利用燃燒前緣推動(dòng)原油的熱采方法,又稱作層內(nèi)燃燒或火驅(qū)。在火燒油層中,燃燒前緣產(chǎn)生非常高的溫度,就地蒸發(fā)地層中的間隙水和原油中的輕質(zhì)組分,以及原油燃燒的產(chǎn)物CO2和水蒸氣等與“冷原油”接觸,形成一個(gè)類似于蒸汽驅(qū)、溶劑混相驅(qū)和CO2驅(qū)的驅(qū)替前緣。與其他熱采方法如蒸汽驅(qū)相比,火燒油層最大的區(qū)別在于油層就地產(chǎn)生熱量,這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)在于能源利用率高、最終采收率高?;馃蛯臃椒煞譃楦墒秸蛉紵?、反向燃燒和聯(lián)合熱驅(qū)?;馃蛯邮疽鈭D如下?;馃蛯邮疽鈭D火燒油層機(jī)理:
火燒油層的采油機(jī)理異常復(fù)雜。但目前可以肯定的是原油的高溫裂解、熱驅(qū)、冷凝蒸汽驅(qū)、混相驅(qū)、熱驅(qū)以及氣驅(qū)都是火燒油層提高果收率的機(jī)理。四、化學(xué)驅(qū)
化學(xué)驅(qū):是指在注入水中加入化學(xué)劑,改變驅(qū)替流體與油藏流體之間性質(zhì)的方法??梢愿淖冇退缑鎻埩土鞫缺?,降低殘余油飽和度,從而大幅度提高原油采收率。化學(xué)驅(qū)可分為聚合物驅(qū),表面活性劑驅(qū),堿驅(qū)和復(fù)合化學(xué)驅(qū)。1聚合物驅(qū)
聚合物驅(qū)(PolymerFlooding):是一種流度控制技術(shù),通過(guò)在注入水中加入水溶性高分子量的聚合物(聚丙烯酰胺或生物聚合物黃泡膠),增加水相粘度,降低水相滲透率,改善流度比,提高原油采收率的方法。聚合物驅(qū)只是在原來(lái)水驅(qū)的基礎(chǔ)上添加了聚合物,因此它又稱改性水驅(qū)(ModifiedWaterFlooding)。聚合物驅(qū)機(jī)理是所有提高采收率方法中最簡(jiǎn)單的—種,即降低水相流度,改善流度比,提高水淹層段驅(qū)油效率。聚合物段塞可以改善粘性指近和舌進(jìn)現(xiàn)象,降低高滲透水淹層段中的流度,縮小高、低滲透層段的水線推進(jìn)速度差,調(diào)整吸水剖面,從而提高波及系數(shù)。一般來(lái)說(shuō),當(dāng)油藏的非均質(zhì)性較大和(或)水驅(qū)流度比較高時(shí),聚合物驅(qū)可以取得明顯的經(jīng)濟(jì)效果。聚合物驅(qū)示意圖
2表面活性劑驅(qū)
表面活性劑驅(qū):用表面活性劑降低油水界面張力的提高驅(qū)油效率的方法。表面活性劑分子中存在的親水集團(tuán)和親油集團(tuán),可在接觸界面上產(chǎn)生選擇性定向吸附,使界面相態(tài)和性質(zhì)發(fā)生顯著變化。表面活性劑驅(qū)分為活性水驅(qū)和膠束驅(qū)。
活性水驅(qū):表面活性劑用量較小,活性水潤(rùn)濕孔喉,降低油水界面張力和殘余油飽和度,但是界面張力下降幅度不大。
膠束驅(qū)(微乳液驅(qū)):將表面活性劑、醇類助劑和電解質(zhì)加入水中,形成膠束溶液驅(qū)替原油。由于膠束溶液具有增溶油的特性,與油層原油接觸后,可以消除油水界面張力,形成混合帶,大幅度提高采收率.
目前,國(guó)外研究和普遍使用的是膠束–聚合物驅(qū)。3堿水驅(qū)
堿水驅(qū):把氫氧化鈉、硅酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉和氫氧化胺等堿類物質(zhì)加入水中注入地層。
堿水驅(qū)機(jī)理:堿性物質(zhì)與原油中的酸性組分就地生成表面活性劑,降低界面張力,溶解油水界面上的剛性界面膜,改變巖石潤(rùn)濕性,乳化原油,提高采收率。
堿水驅(qū)用于具有一定酸值、低粘土含量的輕質(zhì)和重質(zhì)油藏,這是因?yàn)閴A的吸附損失與粘土含量有關(guān)。堿水驅(qū)在化學(xué)驅(qū)中成本最低。通常配合聚合物驅(qū)使用,用于改善流度比,增大波及效率。4堿–表面活性劑–聚合物三元復(fù)合驅(qū)
堿水驅(qū)堿耗損失非常大,加入表面活性劑可大大減少堿的用量。同時(shí),由于原油中的酸性組分含量堿驅(qū)時(shí)生成的表面活性劑量,所以,利用堿–表面活性劑可降低界面張力的性能,再結(jié)合聚合物的流度控制能力,就形成了堿–表面活性劑–聚合物三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)。此技術(shù)能有效降低界面張力,獲得較高的驅(qū)油效率。其中聚合物用于增加體系粘度,提高波及效率。堿–表面活性劑–聚合物三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)采收率是化學(xué)驅(qū)中最高的,可提高水驅(qū)采收率20%。六微生物采油
微生物提高采收率技術(shù)(MEOR/MIOR):也稱為微生物強(qiáng)化采油,它是將所選微生物和營(yíng)養(yǎng)液注入地層,微生物就地繁殖、代謝,產(chǎn)生酸、氣體、溶劑、生物表面活性劑和生物聚合物,以改變巖石孔道和油藏原油的物理化學(xué)性質(zhì),克服原油對(duì)地層的束縛力。
地面微生物法:在地面完成微生物的生長(zhǎng)、繁殖和代謝過(guò)程。以代謝產(chǎn)物聚合物驅(qū)和表面活性劑的驅(qū)油機(jī)理來(lái)提高采收率。微生物采油機(jī)理
微生物采油設(shè)計(jì)
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