(1.新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，新疆烏魯木齊，830011；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)提高采收率研究院，北京，102249)

專題與評(píng)述

國(guó)內(nèi)低滲透油藏提高采收率技術(shù)現(xiàn)狀及展望

曹靜靜1楊矞琦2

(1.新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，新疆烏魯木齊，830011；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)提高采收率研究院，北京，102249)

我國(guó)低滲透油藏儲(chǔ)量豐富，開采難度大，提高采收率已成為低滲透油藏開發(fā)的重點(diǎn)工作。文章闡述了低滲透油藏開發(fā)過(guò)程中所面臨的問(wèn)題，介紹了目前提高低滲透油藏采收率的物理和化學(xué)技術(shù)及其機(jī)理、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用狀況，并對(duì)改善低滲油藏采收率技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望，提供了新的思路。

提高采收率 技術(shù)現(xiàn)狀 低滲透油藏

我國(guó)低滲透油氣資源分布廣泛，東部分布有渤海灣、松遼、二連、海拉爾、蘇北、江漢盆地等油藏；中部分布有鄂爾多斯和四川盆地等油藏；西部分布有準(zhǔn)噶爾、柴達(dá)木、塔里木、三塘湖盆地砂油藏。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中石油近幾年探明儲(chǔ)量中低滲透資源占90%以上[1]，中石化探明低滲透原油儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的50%以上，隨著我國(guó)原油供需矛盾日益尖銳，低滲透油田已經(jīng)成為油氣開發(fā)建設(shè)的主戰(zhàn)場(chǎng)。

低滲透油藏是指滲透性能低下的儲(chǔ)層，在國(guó)外此類儲(chǔ)層被稱為致密儲(chǔ)層，并且一般要經(jīng)過(guò)壓裂改造之后才能投入有效正常開發(fā)。目前，我國(guó)一般將低滲透油藏劃分為三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，分別為低滲透(滲透率50～10mD)、特低滲透(滲透率10～1mD)、超低滲透(滲透率1～0.1mD)儲(chǔ)層。

1 我國(guó)低滲透油藏開發(fā)所面臨的問(wèn)題

1.1 低滲透油藏中流體滲流表現(xiàn)為“非達(dá)西流”，影響原油開采效率[2]

低滲透儲(chǔ)層由于其孔隙很小，喉道很細(xì)，孔隙連通性差，孔喉比大，孔喉作用增強(qiáng)，比表面積大，原油和巖石之間的邊界層厚度大，賈敏效應(yīng)和表面分子力作用強(qiáng)烈[3-6]，表現(xiàn)為非達(dá)西滲流規(guī)律。不僅影響原油采收率，且加大了對(duì)滲流規(guī)律的研究難度。原油開采時(shí)存在啟動(dòng)壓力梯度(達(dá)西型不存在)，滲透率越小，啟動(dòng)壓力梯度越大。

1.2 油井天然能量不足，產(chǎn)液、產(chǎn)油指數(shù)下降快，注水見效慢

低滲透油藏儲(chǔ)層之間往往有斷層相隔，變異系數(shù)和滲流阻力大，邊底水不活躍，導(dǎo)致油井的彈性能量小。開采過(guò)程中，地層能量衰竭快，油井見水后產(chǎn)液、產(chǎn)油指數(shù)大幅下降[7-8]。當(dāng)含水達(dá)到40%～50%時(shí)，采油指數(shù)只有0.1～0.2[9]。

1.3 儲(chǔ)層敏感性強(qiáng)，易受損害，注水造成污染嚴(yán)重

低滲透儲(chǔ)層具有強(qiáng)烈的應(yīng)力敏感特征[10]，即當(dāng)圍限壓力增加時(shí)儲(chǔ)層的滲透性會(huì)急劇變差，一般要降低1/2～1/10[11]。由于低滲透儲(chǔ)層滲透率極小，較普通儲(chǔ)層毛管力更大，且含有較多的粘土礦物和雜質(zhì)，粘土礦物水敏性強(qiáng)，膨潤(rùn)度大，當(dāng)注入流體與地層流體不配伍時(shí)，易結(jié)垢、生成沉淀，使儲(chǔ)層滲透率大大降低，注水后，水相在近井地帶的孔隙系統(tǒng)中飽和度增加，易形成束縛水，嚴(yán)重影響原油開采[12]。

1.4 儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，沿裂縫方向油井水竄、水淹嚴(yán)重

低滲透儲(chǔ)層非均質(zhì)嚴(yán)重，且砂巖油藏以微裂縫與潛裂縫為主，這兩種裂縫在原始地層條件下一般處于閉合狀態(tài)。油井經(jīng)酸化壓裂等增產(chǎn)措施后，裂縫開啟，其導(dǎo)流能力雖然大幅提升，但裂縫與基質(zhì)滲透率有顯著的差異，沿裂縫方向的油井水竄、水淹現(xiàn)象嚴(yán)重，造成原油動(dòng)用程度低[13]。

2 低滲透油藏提高采收率技術(shù)現(xiàn)狀

近20年來(lái)，經(jīng)過(guò)科技工作者長(zhǎng)期不斷的探索和攻關(guān)，形成了一系列提高低滲透油藏采收率的新技術(shù)。

2.1 合理部署井網(wǎng)井距技術(shù)

低滲透油田由于其儲(chǔ)層特殊性，對(duì)注水開發(fā)井網(wǎng)的布置極為敏感，若注采井網(wǎng)與井距布置合理，則注水效果可得到明顯改善[14]。目前在低滲透油田中，菱形反九點(diǎn)法的井網(wǎng)部署技術(shù)效果十分可觀，在開采后期隨著采油井改為注水井，菱形反九點(diǎn)法可以演變?yōu)榫匦挝妩c(diǎn)井網(wǎng)，提高采收率效果顯著。井網(wǎng)部署形式見圖1。

圖1 井網(wǎng)部署形式

在單元井網(wǎng)中，假設(shè)注采平衡，可以推導(dǎo)出以下關(guān)系式

(1)

式中：V0——采油速度，小數(shù)；Iw——注水速度，m3/(d·m)；η0——油井井網(wǎng)密度，口/km2；M——注采井?dāng)?shù)比，小數(shù)；A——單儲(chǔ)系數(shù)，104t/(km2·m)；B/r——原油體積換算系數(shù)；fw——油井含水率；T——采油井年生產(chǎn)天數(shù)。

從式(1)中可以看出，在相同含水率和注水強(qiáng)度條件下，采油速度隨著井網(wǎng)密度的增加而增大，井間的剩余油會(huì)隨注采井距的減小而減少。

通過(guò)加密井網(wǎng)、縮小井距可以增大波及系數(shù)，提高原油采收率，但只是一味增加井網(wǎng)密度勢(shì)必會(huì)增加開發(fā)成本，因此，在實(shí)際開發(fā)中，應(yīng)根據(jù)油田實(shí)際情況，通過(guò)相關(guān)地質(zhì)軟件模擬來(lái)確定合理的井網(wǎng)部署方式。

2.2 超前注水開發(fā)

目前，國(guó)內(nèi)低滲透油藏的主要開發(fā)方式仍然是注水開發(fā)，超前注水、精細(xì)注水技術(shù)應(yīng)用廣泛。超前注水是指注水井在采油井投產(chǎn)前投注，形成有效的壓力驅(qū)替系統(tǒng)的一種助采方式，合理補(bǔ)充底層能量，提高地層壓力，降低因地層壓力下降造成的滲透率傷害，從而達(dá)到提高原油采收率的效果[15]。

統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)慶油田852口油井在不同時(shí)期的注水效果，發(fā)現(xiàn)滯后注水的油井初期產(chǎn)量遞減率高，遞減期長(zhǎng)，注水一年后產(chǎn)量才會(huì)有小幅的提升。超前注水和同步注水的遞減期相對(duì)較短，但超前注水的產(chǎn)量比同步注水或滯后注水提高20%～30%，穩(wěn)產(chǎn)期更長(zhǎng)，平均地層壓力升高2.5～3MPa[16]。

對(duì)于油藏原始?jí)毫ο禂?shù)低、孔隙吼道較細(xì)啟動(dòng)壓力梯度大、地層原油飽和度高，地飽壓差小、水敏性礦物含量較少等的低滲透儲(chǔ)層，適用于超前注水的開采方式[17]。但由于注水過(guò)程中對(duì)低滲透油藏造成污染以及水鎖、水竄、水淹等現(xiàn)象嚴(yán)重，波及系數(shù)低，超前注水技術(shù)還有待進(jìn)一步改進(jìn)，目前水驅(qū)采收率最高34.9%，最低21.4%，平均26.85%[18]。

2.3 CO2驅(qū)技術(shù)

CO2臨界點(diǎn)較低(31.1℃，7.39MPa)、易于壓縮并溶解于原油形成混相，能使地層流體碳酸化，是低滲透油藏注氣提高采收率中比較理想的介質(zhì)。其中CO2混相驅(qū)相對(duì)非混相驅(qū)提高采收率幅度更大。CO2驅(qū)油機(jī)理主要包括以下幾個(gè)方面：(1)降低原油粘度；(2)改善流度比；(3)原油體積膨脹；(4)萃取和汽化原油中的輕烴；(5)混相效應(yīng)；(6)溶解氣驅(qū)作用；(7)提高滲透率。

劉淑霞、鐘張起等人通過(guò)CO2驅(qū)室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)，對(duì)注水后注CO2驅(qū)油進(jìn)行可行性分析[19-20]，結(jié)果水驅(qū)后轉(zhuǎn)氣驅(qū)可平均提高采收率13%左右，且氣水交替驅(qū)相比連續(xù)氣驅(qū)可平均提高采收率20%。張勇等在草舍油田泰州組低滲斷塊油藏開展了CO2驅(qū)油實(shí)踐，2005～2011年間，累積注入CO27380×104m3，評(píng)價(jià)期末綜合含水由56.4%降為33.7%，比水驅(qū)采收率提高16.8個(gè)百分點(diǎn)[21]。

但由于CO2氣源緊張和經(jīng)濟(jì)因素的制約，以及CO2驅(qū)過(guò)程中的竄流問(wèn)題，制約了其在低滲透油田中的發(fā)展。

2.4 表面活性劑驅(qū)油技術(shù)

表面活性劑在驅(qū)油過(guò)程中作用機(jī)理主要有通過(guò)降低界面張力、乳化、聚并形成油帶、改變巖石表面潤(rùn)濕性、提高表面電荷密度、改變?cè)土鲃?dòng)性等多種復(fù)合機(jī)理形成的有利于提高原油采收率的作用一種驅(qū)油技術(shù)。

目前驅(qū)油用表面活性劑主要有陰離子型、陽(yáng)離子型、非離子型、復(fù)配型以及兩性表面活性劑，其中，由于陽(yáng)離子型表面活性劑易被地層中帶有負(fù)電的粘土礦物顆粒吸附而產(chǎn)生沉淀，因而在實(shí)際采油應(yīng)用較少[22]。

大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明[23-24]，表面活性劑能有效改善低滲透油藏注水壓力上升快，注水困難等問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)替壓力可降低10%～50%左右，在臨南油田的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中可提高水驅(qū)效率10%以上[25]。

雖然表面活性劑驅(qū)油技術(shù)在室內(nèi)研究取得了一定進(jìn)展，但是由于油藏的性質(zhì)多種多樣，驅(qū)油用表面活性劑對(duì)試驗(yàn)區(qū)塊具有很大選擇性和針對(duì)性，加之表面活性劑在合成及應(yīng)用中存在成本高、針對(duì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，其在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中還未推廣。

2.5 微生物采油技術(shù)

微生物驅(qū)油技術(shù)主要有兩種類型[26]：第一類是把細(xì)菌代謝產(chǎn)物(又稱外源微生物)作為驅(qū)油劑直接注入地層；第二類是直接在地層中有目的地培養(yǎng)和發(fā)展微生物(又稱內(nèi)源微生物)，使其產(chǎn)生有利于提高采收率的代謝產(chǎn)物(代謝產(chǎn)物的作用見表1)或直接作用于原油。其中內(nèi)源微生物工藝簡(jiǎn)單、操作方便，是目前主要發(fā)展的微生物驅(qū)油技術(shù)。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明[27-28]，微生物菌液能夠解除油藏有機(jī)物堵塞，提高滲流能力，試驗(yàn)期間，油藏日均增產(chǎn)幅度9%，綜合含水下降10.8%左右。

但微生物驅(qū)油技術(shù)也存在一定的局限性，如培養(yǎng)基效果受油藏環(huán)境影響大、采出液流體對(duì)管線和采油設(shè)備造成腐蝕、微生物菌體易堵塞低孔喉度滲流通道使?jié)B透率降低等，制約了微生物的推廣應(yīng)用。

表1 微生物代謝產(chǎn)物對(duì)低滲透油藏EOR的作用

2.6 納米驅(qū)油技術(shù)

納米驅(qū)油技術(shù)是將尺寸為0.1～100nm的材料擠入注水層位后，以水溶液為傳遞介質(zhì)，在水中形成幾個(gè)至幾百個(gè)納米級(jí)的小顆粒，具有很大的比表面積和表面能，大大降低了油水界面張力，巖石的許多性質(zhì)也隨之發(fā)生改變[29-30]。納米材料在地層中的微觀作用機(jī)理是：相對(duì)滲透率的變化、潤(rùn)濕性改變、擴(kuò)大波及體積、毛細(xì)管自發(fā)滲吸作用、吸附作用以及界面性質(zhì)的改變等[31-33]。納米驅(qū)油技術(shù)成為提高低滲透油田采收率的一項(xiàng)新技術(shù)。

張德華等在純梁油區(qū)低滲透油田應(yīng)用納米聚硅增注技術(shù)開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)16井次，施工壓力均有不同程度的降低，措施有效率86%，有效期795天，累計(jì)增注7921m3，對(duì)應(yīng)油井累計(jì)增油306t[34]。

盡管納米驅(qū)油在油田開發(fā)有了成功應(yīng)用的范例，但作為一種新興技術(shù)，納米驅(qū)油仍然處于認(rèn)識(shí)和發(fā)展階段。

2.7 其他物理技術(shù)

除以上方法外，還有許多其他近代物理學(xué)的一些新理論、新技術(shù)被引入石油開發(fā)領(lǐng)域，以改善油水井近井地帶的滲透性、提高單井產(chǎn)量為目的，為低滲透油藏提高采收率技術(shù)提供新思路[35]。主要有：直流電法、聲波采油技術(shù)、熱力采油技術(shù)、電磁場(chǎng)強(qiáng)化采油技術(shù)等。

3 提高低滲透油藏采收率新技術(shù)展望

(1)低滲透油藏存在明顯的非線性滲流特征，雷諾數(shù)與摩阻系數(shù)之間的關(guān)系不同于常規(guī)油藏，滲流機(jī)理復(fù)雜。因此，掌握“非達(dá)西流”滲流規(guī)律，深化研究低滲透儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性及其對(duì)油井產(chǎn)能的影響，深入認(rèn)識(shí)低滲透油藏開發(fā)機(jī)理以及油氣水三相滲流基礎(chǔ)理論有待進(jìn)一步發(fā)展。

(2)提高低滲透油藏單井產(chǎn)量的主要措施是進(jìn)行壓裂改造。從目前的技術(shù)發(fā)展來(lái)看，在壓前儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)和儲(chǔ)層改造基礎(chǔ)方面的研究還需要進(jìn)一步加強(qiáng)，并加速環(huán)保型、低傷害新型壓裂液材料的研發(fā)及推廣應(yīng)用，加快壓裂配套工具的研制。

(3)現(xiàn)有開發(fā)特低滲油藏技術(shù)，存在油藏適應(yīng)性差，方法單一，經(jīng)濟(jì)效益不高等問(wèn)題。因此，對(duì)低滲透油藏開采技術(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，尋找各工藝技術(shù)之間的協(xié)同性，發(fā)展高效復(fù)合開采工藝技術(shù)，如注氣-化學(xué)驅(qū)技術(shù)、注氣-超聲波采油技術(shù)、空氣輔助微生物采油技術(shù)等。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)低滲透油藏滲透率低、孔隙結(jié)構(gòu)、滲流環(huán)境復(fù)雜，注水開發(fā)過(guò)程中面臨注水井吸水能力差、注水壓力高、采油指數(shù)低等問(wèn)題，現(xiàn)有的物理化學(xué)開采技術(shù)雖然在改善儲(chǔ)層、降壓增注、提高滲透率、降低表面張力、擴(kuò)大波及系數(shù)、改善原油流動(dòng)性等方面有所突破，但依然存在油藏針對(duì)性差、水淹、水竄嚴(yán)重、原油采收率不高、經(jīng)濟(jì)效益差等問(wèn)題。要進(jìn)一步提高低滲透油藏采收率，必須改變傳統(tǒng)思維，在油藏開發(fā)機(jī)理和壓裂改造技術(shù)方面深入認(rèn)識(shí)和強(qiáng)化，將各種新型采油技術(shù)有效組合，發(fā)展高效復(fù)合采油工藝新技術(shù)，為低滲透油藏的高效開發(fā)提供更為有利的技術(shù)支撐。

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ThePresentSituationandProspectofEnhancingLowPermeabilityReservoirRecoveryTechnologyinChina

CaoJingjing1,YangYuqi2

(1.XinjiangUygurAutonomousRegionProductQualitySupervisionandInspectionInstitute,Urumqi830011,Xinjiang,China; 2.EnhancedOilRecoveryResearchInstitute,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

Low permeability reservoirs is abundant in China, but turn out difficult to be exploited, improving oil recovery has become the focus of the low permeability reservoir development work. This paper expounds the problems facing in the process of the low permeability reservoir development, introduces the physical and chemical technology to improve the low permeability reservoir recovery as well as their mechanism, advantages, disadvantages and application status, and the technology development of improving low permeability recovery is prospected, new train of thoughts were provided.

enhance oil recovery; present situation of technology; low permeability