孫煥泉

（中國石油化工股份有限公司）

特高含水期是油田重要的開發(fā)階段，如何在該階段實現(xiàn)高效開發(fā)對我國東部老油田持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義[1-6]。特高含水老油田石油儲量、產(chǎn)量分別占全國石油儲量和產(chǎn)量的21%、18%，已整體進(jìn)入“雙特高”開發(fā)階段。雖然可采儲量采出程度平均高達(dá)93.4%，但地質(zhì)儲量采出程度僅為41%，仍有大量原油滯留地下，剩余儲量規(guī)模大，儲量品位好（滲透率為0.3～2.5D，儲量豐度為100×104～500×104t/km2），常規(guī)開發(fā)技術(shù)開采難度大，亟須發(fā)展新的開發(fā)理論、顛覆性低成本技術(shù)，大幅度提高采收率。通過技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，依靠化學(xué)驅(qū)技術(shù)，特高含水老油田依然能夠大幅提高采收率[7-11]，老油田采收率每提高1個百分點，相當(dāng)于發(fā)現(xiàn)1個億噸級大油田。大幅度提高采收率對于增加經(jīng)濟(jì)可采儲量、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要支撐作用。本文以聚合物驅(qū)技術(shù)、無堿二元復(fù)合驅(qū)技術(shù)、非均相復(fù)合驅(qū)技術(shù)發(fā)展為主線，分析國內(nèi)外化學(xué)驅(qū)應(yīng)用現(xiàn)狀，以及中國石油化工集團(tuán)有限公司（簡稱中國石化）在高溫高鹽油藏化學(xué)驅(qū)的研究進(jìn)展及技術(shù)成果，并對其未來發(fā)展方向提出了認(rèn)識和建議。

1 國內(nèi)外化學(xué)驅(qū)發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代，國外開始化學(xué)驅(qū)油技術(shù)研究，開展了聚合物驅(qū)礦場試驗；80年代，進(jìn)行了三元復(fù)合驅(qū)、膠束/聚合物驅(qū)礦場試驗，達(dá)到應(yīng)用高峰；2000年以來，開展了稠油聚合物驅(qū)、海上聚合物驅(qū)礦場試驗。隨著技術(shù)進(jìn)步和油價回升，美國、加拿大、委內(nèi)瑞拉、德國等國家相繼開展了化學(xué)驅(qū)試驗與應(yīng)用。截至2020年底，全球?qū)嵤┑幕瘜W(xué)驅(qū)項目有132個（不包括中國），日產(chǎn)原油37.5×104bbl。聚合物驅(qū)實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，三元復(fù)合驅(qū)進(jìn)入礦場試驗階段，高溫高鹽油藏?zé)o堿二元復(fù)合驅(qū)尚未有工業(yè)化應(yīng)用報道，分析原因主要是缺乏主表面活性劑。國外的化學(xué)驅(qū)油體系均為均相體系，未見相關(guān)非均相復(fù)合驅(qū)油體系的報道。

我國化學(xué)驅(qū)室內(nèi)研究始于20世紀(jì)60年代，80年代開展聚合物驅(qū)礦場試驗，90年代在勝利油田、大慶油田等地實施三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗和聚合物驅(qū)推廣應(yīng)用；2000年，在勝利油田孤島七區(qū)西Ng54—61單元開展無堿二元復(fù)合驅(qū)礦場試驗，在大慶油田長垣中部杏樹崗油田北部開展三元復(fù)合驅(qū)擴(kuò)大試驗；2007年以來，遼河、新疆、大港等油田開展了不同類型油藏?zé)o堿二元復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)試驗；2010年以來，勝利油田開展了無堿二元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化、非均相復(fù)合驅(qū)試驗及推廣、海上聚合物驅(qū)試驗。我國現(xiàn)已形成聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)、無堿二元復(fù)合驅(qū)、非均相復(fù)合驅(qū)等系列技術(shù)，動用地質(zhì)儲量17.6×108t，年產(chǎn)量達(dá)1400×104t。我國化學(xué)驅(qū)項目數(shù)量和年產(chǎn)油量分別占全球總量的60%和80%，化學(xué)驅(qū)油技術(shù)整體處于世界領(lǐng)先水平，在老油田穩(wěn)油降本中發(fā)揮了重要作用。

2 高溫高鹽油藏化學(xué)驅(qū)技術(shù)進(jìn)展

依據(jù)《化學(xué)驅(qū)資源篩選及潛力評價技術(shù)規(guī)范》[12]，中國石化化學(xué)驅(qū)資源以河流相為主，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，平均滲透率級差大于16；原油黏度高，地下原油黏度為50～2000mPa·s；油藏溫度為65～120℃，地層水礦化度為6000～100000mg/L，屬于高溫高鹽稠油油藏，開展化學(xué)驅(qū)難度大。通過持續(xù)攻關(guān)研究，中國石化形成了高溫高鹽油藏聚合物驅(qū)、無堿二元復(fù)合驅(qū)和非均相復(fù)合驅(qū)等特色技術(shù)。

2.1 高溫高鹽油藏聚合物驅(qū)技術(shù)

中國石化聚合物驅(qū)技術(shù)主要應(yīng)用在勝利油田，針對該油田高溫高鹽油稠特點，通過大量室內(nèi)實驗，確定地層中聚合物與原油的黏度比合理范圍為0.15～0.50，為聚合物選型及其濃度優(yōu)選提供了依據(jù)。

針對Ⅰ類油藏條件（油藏溫度為65～70℃，地層水礦化度為5000～10000mg/L），優(yōu)選相對分子質(zhì)量為1500萬的部分水解聚丙烯酰胺，當(dāng)聚合物濃度≥1500mg/L時，其黏度比可滿足聚合物溶液與原油合理黏度比的要求。1992年10月，在孤島油田中一區(qū)Ng3單元進(jìn)行了聚合物驅(qū)先導(dǎo)試驗，綜合含水率由注聚合物前的92.1%最低降至70.9%，下降幅度高達(dá)21.2個百分點，產(chǎn)油量由注聚合物前122t/d最高升至351t/d（圖1），提高采收率12.0%。

圖1 孤島中一區(qū)Ng3聚合物驅(qū)先導(dǎo)試驗區(qū)生產(chǎn)曲線

針對Ⅱ類油藏條件（油藏溫度為70～80℃，地層水礦化度為10000～20000mg/L），優(yōu)選了超高相對分子質(zhì)量（為2000萬）的部分水解聚丙烯酰胺。1998年在勝坨油田一區(qū)沙二段1—3砂層組開展了聚合物驅(qū)先導(dǎo)試驗，綜合含水率由注聚合物前95.9%最低降至81.7%，產(chǎn)油量由注聚合物前261t/d最高升至608t/d（圖2），提高采收率6.8%。

圖2 勝坨油田一區(qū)沙二段1—3砂層先導(dǎo)試驗區(qū)生產(chǎn)曲線

在上述研究基礎(chǔ)上，勝利油田實現(xiàn)聚合物驅(qū)工業(yè)推廣，覆蓋地質(zhì)儲量3.2×108t，累計增油量達(dá)2270×104t，提高采收率7.2%。

2.2 無堿二元復(fù)合驅(qū)技術(shù)

針對原油酸值高的特點，勝利油田在20世紀(jì)90年代先后開展了三元復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)試驗和擴(kuò)大試驗，采收率分別提高了13.4%、14.7%。由于堿的存在，高溫高鹽油藏注入系統(tǒng)易結(jié)垢且產(chǎn)出液乳化嚴(yán)重、處理難度大，制約了工業(yè)化應(yīng)用。勝利油田針對高溫高鹽油藏特點，創(chuàng)新發(fā)展了“聚合物/表面活性劑”無堿二元復(fù)合驅(qū)提高采收率技術(shù)，實現(xiàn)兩大技術(shù)突破：一是提出了以“油劑相似富集、陰非加合增效、聚表抑制分離”為核心的二元復(fù)合驅(qū)理論，解決了無堿條件下驅(qū)油體系難以獲得超低界面張力的難題，指導(dǎo)了無堿二元復(fù)合驅(qū)體系設(shè)計[13]。二是以原油為原料研發(fā)出石油磺酸鹽表面活性劑，并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，以其為主劑創(chuàng)建了無堿二元復(fù)合驅(qū)油體系，界面張力達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級。

2003年在孤東油田七區(qū)西Ng54—61單元開展了二元復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)試驗，中心井區(qū)綜合含水率由98.2%下降至60.4%，產(chǎn)油量由10.7t/d上升到127t/d（圖3），提高采收率18.0%。

圖3 孤東七區(qū)西二元復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)試驗區(qū)生產(chǎn)曲線

無堿二元復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)試驗成功后，勝利油田在國內(nèi)率先實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，成為高溫高鹽油藏化學(xué)驅(qū)核心技術(shù)。截至2020年底，動用地質(zhì)儲量1.7×108t，累計產(chǎn)油量為1500×104t，提高采收率11%。

2.3 非均相復(fù)合驅(qū)技術(shù)

目前，我國聚合物驅(qū)后油藏地質(zhì)儲量達(dá)17.6×108t，采出程度約為50%，仍有較大的提高采收率潛力。但因油藏非均質(zhì)性更強(qiáng)，剩余油更分散，依靠已有的化學(xué)驅(qū)技術(shù)很難滿足進(jìn)一步大幅度提高采收率的需求，亟須尋找更加有效的新方法。為此，中國石化突破傳統(tǒng)均相體系提高采收率技術(shù)，創(chuàng)建了固—液非均相復(fù)合驅(qū)油技術(shù)，解決了油藏非均質(zhì)性強(qiáng)和剩余油分散的難題，實現(xiàn)了驅(qū)油劑在油藏深部的運移和高效驅(qū)替，拓展了無堿二元復(fù)合驅(qū)應(yīng)用領(lǐng)域，促使聚合物驅(qū)后油藏仍能進(jìn)一步大幅度提高采收率[14]。

一是研發(fā)了適合不同油藏條件的系列黏彈性顆粒驅(qū)油劑。結(jié)合現(xiàn)有驅(qū)油用線性聚丙烯酰胺與網(wǎng)狀交聯(lián)聚丙烯酰胺的特點，通過分子模擬與理論計算，揭示了高分子聚合物線性結(jié)構(gòu)、交聯(lián)結(jié)構(gòu)與黏彈性的構(gòu)效關(guān)系，設(shè)計了支化—交聯(lián)共存的軟固體顆粒分子結(jié)構(gòu)（圖4），調(diào)控自加速效應(yīng)控制支化結(jié)構(gòu)與交聯(lián)結(jié)構(gòu)的比例，合成了變形能力可控的系列黏彈性顆粒驅(qū)油劑[15-18]，滿足了不同非均質(zhì)油藏的調(diào)驅(qū)需求。研究表明，黏彈性顆粒驅(qū)油劑產(chǎn)品變形能力強(qiáng)，通過喉道時直徑可變至微米級，通過喉道后仍能恢復(fù)彈性，持續(xù)發(fā)揮封堵作用，比現(xiàn)有驅(qū)油劑進(jìn)一步擴(kuò)大波及體積10%以上（圖5），實現(xiàn)了特高含水油藏非均質(zhì)性的有效調(diào)節(jié)。

圖4 黏彈性顆粒驅(qū)油劑結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 聚合物與黏彈性顆粒驅(qū)油劑擴(kuò)大波及體積對比

二是發(fā)明了非均相復(fù)合驅(qū)體系。突破化學(xué)驅(qū)采用均相液體作為驅(qū)油介質(zhì)的傳統(tǒng)方式，首次提出在已有聚合物驅(qū)油體系中，加入黏彈性顆粒驅(qū)油劑和具有超強(qiáng)洗油能力的表面活性劑，形成固液共存、具有各向異性特征的驅(qū)油體系，即非均相復(fù)合驅(qū)油體系。通過黏彈性顆粒驅(qū)油劑與聚合物的協(xié)同增大阻力作用以及提高洗油作用，分別解決了聚合物驅(qū)后油藏非均質(zhì)性強(qiáng)、注入流體易竄流，以及油藏剩余油分散、難以采出等問題，實現(xiàn)均衡驅(qū)替、高效洗油，大幅度提高了特高含水油藏的石油采收率。

三是明晰了非均相復(fù)合驅(qū)驅(qū)油機(jī)理。通過大量微觀模擬研究，發(fā)現(xiàn)黏彈性顆粒驅(qū)油劑隨注入流體進(jìn)入高滲透區(qū)域后，在孔喉處會發(fā)生暫時的滯留堵塞，隨著封堵壓差升高，顆粒發(fā)生變形并繼續(xù)向油藏深部運移，即“顆粒暫堵變形運移”。黏彈性顆粒驅(qū)油劑在孔喉處的暫時封堵和變形通過產(chǎn)生額外阻力，引起油藏壓力交替波動、流線交替改變（圖6），使得注入流體轉(zhuǎn)向富含剩余油的連通孔隙和微小孔喉，進(jìn)一步擴(kuò)大驅(qū)油介質(zhì)波及效率，固—液協(xié)同作用提高了調(diào)整油藏動態(tài)非均質(zhì)性的能力，即“固液增阻擴(kuò)大波及”。

圖6 黏彈性顆粒驅(qū)油劑在多孔介質(zhì)中運移情況力學(xué)模擬結(jié)果

2010年在孤島油田中一區(qū)Ng3聚合物驅(qū)后油藏開展非均相復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)試驗，實施前采出程度為52.3%，綜合含水率為98.3%，實施后產(chǎn)油量由4.5t/d上升到81.2t/d（圖7），綜合含水率由98.3%下降到79.8%，下降了18.5個百分點，提高采收率8.5%，最終采收率高達(dá)63.6%。

圖7 孤島中一區(qū)Ng3非均相復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)試驗區(qū)生產(chǎn)曲線

目前，非均相復(fù)合驅(qū)技術(shù)已在中國石化規(guī)?；瘧?yīng)用，“十四五”預(yù)計可覆蓋儲量規(guī)模達(dá)到1.5×108t，成為聚合物驅(qū)后油藏大幅度提高采收率支撐技術(shù)，同時也可應(yīng)用于特高含水水驅(qū)油藏，可延長老油田經(jīng)濟(jì)壽命期8～11年，為石油尾礦資源的高效利用提供了有效的開發(fā)技術(shù)。

3 化學(xué)驅(qū)技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 應(yīng)用領(lǐng)域向更高溫度、更高礦化度、更高原油黏度的油藏拓展

經(jīng)過30年持續(xù)攻關(guān)究，形成了系列化的化學(xué)驅(qū)技術(shù)，解決了溫度小于85℃、地層水礦化度小于30000mg/L、原油黏度小于150mPa·s油藏大幅度提高采收率難題?；瘜W(xué)驅(qū)資源潛力評價結(jié)果表明，地層溫度為85～120℃、地層水礦化度為（3～10）×104mg/L、原油黏度為150～2000mPa·s的更高溫高鹽油藏是化學(xué)驅(qū)主要接替陣地，地質(zhì)儲量接近10×108t。作為今后化學(xué)驅(qū)的主攻方向，亟須研發(fā)適合更苛刻油藏條件的新型驅(qū)油劑和驅(qū)油體系。

3.2 化學(xué)驅(qū)地面工程向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、信息化方向發(fā)展

化學(xué)驅(qū)地面工程投資占總投資40%以上，降低地面工程投資是提高化學(xué)驅(qū)項目生命力的重要路徑。標(biāo)準(zhǔn)化是化學(xué)驅(qū)地面工程發(fā)展的必然方向，應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、模塊化建設(shè)和信息化管理的原則。（1）地面工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化。針對同類型站場、裝置和設(shè)施，設(shè)計通用性強(qiáng)、技術(shù)先進(jìn)、可重復(fù)利用的標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)地面工程設(shè)計內(nèi)容、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)形式的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，同時也降低設(shè)備對驅(qū)油劑性能的影響。（2）設(shè)備模塊化、橇裝化和小型化。單一項目驅(qū)油劑注入一般持續(xù)5～9年，項目結(jié)束后模塊化設(shè)備可在其他項目重復(fù)利用；橇裝化可縮短項目建設(shè)周期，設(shè)備易于維護(hù)、操作簡單；設(shè)備小型化，占地面積少，降低占地費用。（3）生產(chǎn)管理信息化。注入設(shè)備自動控制，運行數(shù)據(jù)自動采集和實時傳輸，利用信息管理平臺實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高管理和運行效率，降低人力成本。

3.3 降低成本是增強(qiáng)化學(xué)驅(qū)技術(shù)競爭力的發(fā)展方向

特高含水開發(fā)階段，化學(xué)驅(qū)不僅能降低油藏單位成本，還能降低SEC噸油折耗[19-21]。為了更好地提高化學(xué)驅(qū)技術(shù)競爭力和生命力，還需要進(jìn)一步降低應(yīng)用成本。（1）研發(fā)低成本綠色驅(qū)油劑產(chǎn)品。以綠色環(huán)保可降解材料、廢舊材料等為反應(yīng)單體，通過優(yōu)化配方和工藝，研制綠色高效低成本驅(qū)油劑。（2）設(shè)計基于少打井模式下的井網(wǎng)變流線方法，降低新井投資。孤島油田中一區(qū)Ng3聚合物驅(qū)后油藏非均相復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)試驗，共設(shè)計17口新井，新鉆井費用占投入成本比例超過40%，這樣的井網(wǎng)加密模式無法大規(guī)模推廣，應(yīng)當(dāng)綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，開展變流線井網(wǎng)調(diào)整研究。

3.4 綠色開發(fā)是化學(xué)驅(qū)技術(shù)發(fā)展必然趨勢

“雙碳”目標(biāo)的確立，石油行業(yè)需踐行新發(fā)展理念，實現(xiàn)油田綠色開發(fā)。一是發(fā)展驅(qū)油劑綠色合成工藝。二是大力減少產(chǎn)出水，降低能耗。特高含水油藏水驅(qū)開發(fā)動力費用占單位操作成本60%以上，化學(xué)驅(qū)技術(shù)通過降低含水、降低單位能耗，單位操作成本可以降低至50%左右，仍然有較大下降空間。三是產(chǎn)出水全過程密閉配注，一方面實現(xiàn)油田產(chǎn)出水資源化利用，實現(xiàn)變廢為寶；另一方面全過程密閉配注方式阻斷了氧與產(chǎn)出水中還原型物質(zhì)反應(yīng)，實現(xiàn)聚合物溶液全過程高效保黏。

4 結(jié)束語

化學(xué)驅(qū)在理論認(rèn)識和關(guān)鍵技術(shù)上取得重要突破，已經(jīng)成為特高含水老油田增儲穩(wěn)產(chǎn)和高效開發(fā)的重要技術(shù)手段。我國高含水老油田動用地質(zhì)儲量及年產(chǎn)油量均占全國的70%以上，但采收率僅為31%，仍然是我國石油生產(chǎn)的主陣地，是保障國家能源安全的戰(zhàn)略需要，老油田提高采收率有大潛力、新作為。

研發(fā)適合更高地層溫度、更高地層水礦化度、更高原油黏度的化學(xué)驅(qū)方法，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、信息化的地面工程，開發(fā)節(jié)能環(huán)保符合綠色開發(fā)的低成本化學(xué)驅(qū)油技術(shù)，是今后化學(xué)驅(qū)技術(shù)發(fā)展的主要方向。