概述国外油田提高采收率发展现状

概述国外油田提高采收率发展现状

据美国“油气杂志”资料数据，在1998年初，世界规模来自提高采收率（EOR）和重油项目的石油产量大约为230万bbl/d，比1996年初的220万bbl/d稍有增长，这个数量相当于世界石油产量的3.5%。美国EOR产量比两年前增加5%，达到74.8万bbl/d，为美国石油年产量的12%。其他各国的EOR和重油产量为：加拿大40万bbl/d；中国28万bbl/d；前苏联20万bbl/d；其他70万bbl/d。热采（蒸汽、地下燃烧）仍是最主要的方法。美国EOR 产量中约60%来自热采，其他绝大多数来自注气（轻烃、二氧化碳和氮气）。化学驱主要在我国得到发展，其他国家基本处于停滞状态。

美国提高采收率技术的发展过程、现状和趋势

在美国，任何提高采收率技术的发展水平，其方法能否、或在什么时候推广使用是由油价、政治经济形势以及美国国家政策和税率决定的。提高采收率方法最早可以追溯到20世纪初期，但发展并不快。其从研究到试验真正受到重视是从1973年阿拉伯石油禁运开始的，把提高采收率作为美国能源政策的一部分，并对提高采收率项目给予特殊的优惠政策，使提高采收率的研究和应用得到迅速发展。1976年安排实施的项目有159个，在刺激方案下提出申请的项目超过400个。到1986年达到高峰，共有512个项目。1986年后，随着油价急剧下跌，提高采收率项目急剧减少；其产油量1992年达到高峰，以后略有下降，近几年又稍有回升。

现在，美国热采尽管实施的项目数有所减少，但自1986年以来产量一直保持稳定，在EOR产量中始终保持在60%以上。近年来，在低油价下各种提高采收率方法的实施项目都在减少，只有二氧化碳混相驱项目一直在稳定增加。这一方面是由于美国有十分丰富的天然二氧化碳气源，并在高油价下已修好了3条输送二氧化碳的管道，可以把二氧化碳从产地直接输送到二氧化碳的用地得克萨斯州；另一方面，二氧化碳驱的技术得到很快的发展，其成本大幅度下降，使一些较小的项目也有利可图，从而促进了二氧化碳驱的发展。目前二氧化碳驱的成本已从1985年的18.20美元/bbl降到1995年的10.25美元/bbl。其中投资从1.50美元/bbl降到0.80美元/bbl；操作费用从5.00美元/bbl降到2.60美元/bbl，二氧化碳售价从6.50美元/bbl降到3.25美元/bbl，各种税、矿场使用费和保险从5.20美元/bbl降到3.60美元/bbl，各项费用几乎都降低了一半。随着二氧化碳价格的下降，二氧化碳注入量有所增加，提高采收率的幅度增大。二氧化碳驱的项目一般可提高采收率8%～15%（地质储量），生产寿命15～20年，成功的二氧化碳混相驱预计每增产1bbl油需1.1万ft3CO2。二氧化碳驱主要集中在西得克萨斯州的二迭盆地，主要是由于该地区的石灰岩和白云岩特别适合于二氧化碳驱，它又靠近几个主要的二氧化碳天然资源的产地。

化学驱自1986年以来一直呈下降趋势，特别是表面活性剂驱几乎停止。但应用聚合物凋剖仍有很大的发展。美国已把调剖和聚合物驱、钻加密井，水平井等列为改进的二次采油，也属于提高采收率的范围。特别是深度调剖，它已不再是单纯的增产措施，在一定条件下它

可以代替聚合物驱，或与聚合物驱结合，使聚合物驱获得更大的成效。它与聚合物驱相比，具有所用化学剂量较少、投资回收快等特点。其中新的深度调剖体系（胶体分散凝胶CDG）近几年受到普遍重视。这种凝胶是一种半流体状态，在地层中可以缓慢流动，由于聚合物浓度很低，不仅使成本大大降低，同时由于其粘度很小，不会使注入压力明显提高，因而进入低渗透层的量相对减少。并且由于是缓慢交联，可以更深入地层内部，大大提高了调剖效果。美国已进行29个矿场试验，其中19个获得成功。怀俄明州的北Rainbow Ranch开发单元进行了一个成功的胶体分散凝胶注入项目，总共注入11.7%PV，提高采收率至少为8%，其增油费用为2美元/bbl。

尽管三次采油在美国发展比较缓慢，但美国能源部对提高采收率的基础研究仍十分重视，研究项目的80%资金由能源部提供。主要研究领域为：

（1）通过诊断和图像系统研究油藏岩石性质和岩石、流体相互作用对采油过程的影响。其中包括：应用X射线层析和核磁共振成像或其他技术在孔隙级别上研究岩石、流体及它们的相互作用，以帮助确定其对采油过程的影响：研究流体在岩石表面上的粘附或吸附趋势，即润湿性和渗吸对流体通过岩石流动速度的影响；在不同油藏条件下影响原油、水、气通过孔隙介质流动速度的物理化学因素；研究岩石孔隙级别内的过程与油藏内同一过程之间的关系，并如何应用这一关系提高采收率。

（2）开发或改善经济有效的采油过程。在气驱方面，主要是研究如何提高二氧化碳的扫及效率以及提高在低于最小混相压力下进行气驱的能力（即近混相驱）；在化学驱方面主要是开发廉价的表面活性剂和控制水流动的聚合物；微生物驱方面则研究可产生廉价表面活性剂、气体或聚合物的细菌；在重油开采方面主要研究可改善注蒸汽过程扫及效率的高温泡沫，开发新的热采方法以及把这些过程与水平井结合起来。在油藏模拟方面，主要是开发可在大型计算机系统、台式计算机或工作站都能预测油田动态的模器，以能让较小的石油生产者应用，该软件还要能模拟水平井采油过程。

（3）探索烃类沉积系统的模拟方法和建立风险评价技术，开发便宜的可用于台式计算机或工作站的软件，研究新的算法以降低对硬件的要求。

（4）环保研究。主要是对炼厂排放颗粒的研究，如何降低环境污染，开发由于钻井、生产、管道作业造成土壤污染的诊断模型；研究油气勘探开发作业过程对空气质量的影响，研究和开发降低有害物质排放的廉价方法，发展油气废物的应用技术，其中包括如何减少废物以及取样、表征和处理方法等。在低油价下美国政府仍然对三次采油的基础研究十分重视，每两年召开一次SPE/DOE的提高采收率会议，为今后的发展提供了储备。

美国提高采收率的潜力和发展远景

由于二次采油的机理十分复杂，并有投资大、成本高、风险大等特点，因此各国对提高采收率方法的潜力分析工作都十分重视。美国在1976年、1984年曾两次由美国国家石油委员会（NPC）组织几百名专家对美国各油田进行了潜力分析和预测，为美国能源部发展化石能源提供了科学依据。1993年又第三次进行了潜力评价，下面对这次潜力评价的结果作一简要介绍。

美国总的探明地质储量为5330亿bbl，至1991年底已采出1570亿bbl，在当时经济条件下剩余可采储量为250亿bbl。这样，将有3510亿bbl原油需依靠新的有效的采油方法才能开采。在这3510亿bbl中可分成两类：一类是由水驱可以驱替，但在常规生产中由于旁通或不与水接触而不能采出的可流动油，约1130亿bbl；另一类是由于粘滞力和毛细管力而捕集在油藏孔隙中不能被水驱替的不可流动油，这部分约有2380亿bbl（见图）。可流动油可用改进的二次采油（ASR）方法开采，如钻加密井、调剖、聚合物驱、钻水平井等，主要是尽量扩大扫及效率。这些过程成本比较低，并可快速提高生产水平。开采不可流动油则要采用二氧化碳驱，化学驱、热力采油等三次采油方法（EOR），在扩大扫及效率的同时还要提高驱油效率。这些方法比常规方法需较大的投资和操作费用，才能够增产更多的油，以产生更大的经济效益。据分析，如果油价继续保持在16美元/bbl到20美元/bbl，利用现有技术大概85%以上的剩余地质储量到2000年要被扬弃。因此必须开发更为先进的提高采收率方法，并转让给油田生产者，以增加可采储量。

这次潜力分析共包括了2307个油藏，涵盖了3440亿bbl地质储量（占美国探明地质储量的64.5%）。NPC为进行这项工作共花费两年时间，在原有能源部三次采油数据库（TORIS）基础上动用50多个人年，耗资7百万美元。来自工业界、大学、政府及非盈利性组织的提高采收率专家参与了这项工作。

分析结果表明，在现有技术水平和1993年的油价下不论是EOR或是ASR都对美国经济和能源有很大贡献。如在24美元/bbl的油价下，EOR过程可增加46亿bbl的可采储量，ASR技术可增加74亿bbl，二者相加相当于美国目前剩余可采储量的1/2。并且可以看出，ASR技术特别是聚合物驱和调剖对油价不太敏感，在他们评价的16～36美元/bbl的范围内，其聚合物驱和调剖增加的可采储量都为10亿bbl左右（见图2）。这一方面说明这两种方法其技术已完全成熟，另一方面说明在低油价下它有相当大的应用前景。在ASR技术中加密井网受油价影响较大。如技术改进和提高，聚合物驱和调剖的潜力还要增加，相当多的加密井潜力将被聚合物驱或调剖所代替。在高油价下聚合物驱与加密井网的潜力将大大提高，如在36美元/bbl时，ASR可增加可采储量126亿bbl。其中单纯加密井网增加可采储量只有17亿bbl，其他主要是加密井网与聚合物驱或调剖相结合的方法（见图3）。EOR的潜力受油价的影响极大，特别是化学驱，即表面活性剂驱和我们所谓的复合驱。利用现有技术，当油价低于20美元/bbl时，化学驱潜力基本为零，即在这个油价下不能使用化学驱。只有在油价高于24美元/bbl时，化学驱才能得到应用，并明显受油价影响，即使油价高于32美元/bbl，其增加可采储量也不到5亿bbl（图4）。由图5可知，EOR技术如果进一步得到发展，其化学驱的潜力将得到明显提高，这说明化学驱的技术还不成熟，还未达到工业性应用的程度，还等待技术的进一步发展和油价的提高。二氧化碳混相驱受油价影响较大，在油价低于

16美元/bbl时，二氧化碳混相驱的贡献也很小，当油价高于24美元/bbl或28美元/bbl时二氧化碳混相驱增加的可采储量与油价关系就不大了，可达26亿bbl。其技术发展对其潜力的影响不大，说明其技术已经成熟，其应用程度主要取决于油价的高低。热采利用现有技术在油价高于20美元/bbl时，其应用潜力虽然也随油价的升高而增大，但与油价的关系并不像化学驱那样显著，它的潜力大小也随技术和油价的提高而提高。

从这个分析可以看出，在当时低油价下提高扫及效率的ASR方法，如加密井网、聚合物驱和调剖等措施仍是提高采收率的主流方法；二氧化碳混相驱在一定的油价下会有一定的发展，而化学驱其中包括复合驱应用的可能性很小，一方面其经济成本太高，必须在高油价下才能使用，另一方面其技术尚未成熟，风险比较大，还需在技术上进一步提高，尽量减少其风险。但化学驱毕竟是一种高效率的三次采油方法，并适合一定的油藏条件，仍有进一步开发研究的必要。因此美国提高采收率的发展战略是在当时期间（在20美元/bbl油价下，利用现有技术），主要针对河流/三角洲沉积占主导的油藏、斜坡盆地和浅的大陆架油藏，利用ASR和EOR（主要是热采和二氧化碳混相驱）技术大概可以产出近53亿bbl；同时加强室内机理性基础研究，尽快使化学驱取得技术上的突破。估计在近10年内化学驱在矿场上的应用不会得到很大的发展。

前苏联及加拿大提高采收率研究与应用情况概述

根据1992年资料，前苏联在热采、气驱和化学驱三大提高采收率方法中，化学驱所占比例最大，占EOR总量的77%，其次是热采，占17%，气驱只占6%。

前苏联提高采收率以化学驱为主，但其化学驱的概念与我们和西方不完全一样，用活性剂增产增注都属于化学驱提高采收率的范围。在我们概念的化学驱中他们以聚合物驱和注碱水为主，另外注稀表面活性剂体系、注硫酸等也有很多项目。但从正在进行的项目看，注表面活性剂的项目近年来明显减少。前苏联提高采收率的一个重要特点是尽量采用化工厂的废液，并开发了许多简单易行的增产增注办法，如注粘土胶、纸浆废液和物理场方法采油等。

尽管化学驱的项目远远高于热采，但其累积产量却与热采差不多，说明化学驱的规模还比较小。前苏联和俄罗斯气驱所占比重很小，主要是前苏联缺乏天然二氧化碳气源。近年来，由于俄罗斯等前苏联国家经济不景气，提高采收率的项目和产量明显减少。

加拿大以重油开采为主，主要是热采和露天开采沥青砂。对于轻油主要采用注烃混相驱或非混相驱。化学驱主要进行室内研究，几乎没有什么矿场试验。这主要是因为加拿大有丰富的天然气资源，其原油性质又适合混相驱之故。

国外提高采收率发展现状分析

1、地质特点是选择提高采收率方法的基础

三次采油与二次采油或一次采油的明显不同之处就是前者的适应范围有限。比如，热采中的注蒸汽，它要求油藏比较浅，油层比较厚，原油密度和粘度较高；而注气混相驱则与之恰恰相反，它要求油层比较深，以满足混相压力，油层比较薄以减少粘性指数和重力超复，原油密度和粘度小，以易于混相。前二者都要求油藏相对均质，而聚合物驱则对中度和较严重非均质更为有效，粘度要求介于二者之间。美国，特别是二迭盆地，属于海相沉积。原油密度很小，非常适合二氧化碳混相驱，从而注二氧化碳得到很快的发展。

我国东部地区除了二氧化碳和天然气比较贫乏之外，其油藏主要是河流相沉积，非均质比较严重，并且原油密度和粘度较大，与天然气很难达到混相，因此我国必然以化学驱，特别是以聚合物驱为主；而西部地区原油较轻，其地质特点比较适合注气混相驱，则应发展注气技术。搞三次采油潜力评价也正是基于地质特点进行的。了解国外三次采油发展动向，必须首先注意其地质特征，切记不要盲目追随国外，一定要与中国的实际情况结合起来，才能有的放矢地发展我国的三次采油技术。

2、物料来源决定提高采收率发展的方向

从美国和加拿大的注气提高采收率的实例来看，物料来源决定提高采收率的发展方向。美国二迭盆地由于有丰富的二氧化碳供应，这些油藏主要发展二氧化碳混相驱或非混相驱。而阿拉斯加由于有丰富的天然气资源，并且在近处又无销路，因此与加拿大相同，主要采用注烃混相驱。俄罗斯有些油田从地质条件看也适合二氧化碳混相驱，但由于无天然二氧化碳来源，因此二氧化碳混相驱并未得到发展。我国西部与阿拉斯加及加拿大有类似之处，因而注气混相驱或非混相驱大有用武之地。在考虑各种提高采收率方法的潜力和制定提高采收率发展战略时必须考虑物料来源这一因素，否则，将变成无米之炊。

我国东部地区从地质条件看，比较适合化学驱，化学剂（如聚合物、表面活性剂等）的国产化就十分重要。在制定规划中必须事先考虑这个因素，以免贻误时机。

3、油价决定提高采收率的规模和时机

三次采油是一个投资大、成本高、风险大、见效慢的采油方法，其方法不同，风险程度也不同。因此油价是对三次采油技术发展最为敏感的问题。1976年阿拉伯石油禁运使油价大涨，美国政府极力鼓励三次采油，使三次采油迅速发展，三次采油项目数在1986年达到高峰。从1986年以后油价开始下跌，除因在高油价下已铺好二氧化碳输送管道，前期投资

已经花费，使二氧化碳驱还在继续增长外，其他方法都在萎缩。在目前低油价下，只能进行技术相对成熟、投资较少、风险较小的方法，如聚合物驱、调剖等所谓先进的二次采油方法。复合驱，特别是三元复合驱目前技术还不成熟，风险也比较大，只有在油价高的时候才能采用。但它毕竟是一种十分有效且很有前途的三次采油方法，现在还需加强机理性研究，进行不同规模的先导性试验，暴露矛盾，做好技术储备。随着技术的发展，还可以使成本降低，风险减小，这样一旦时机成熟就可以大规模应用。美国进行的提高采收率潜力与油价关系的分析研究值得我们借鉴。

4、地质、油藏工程研究越来越受重视，是提高采收率技术成败的关键

尽管在目前低油价下二次采油矿场试验和应用大幅度减少，但美国在地质、油藏工程方面的研究一直持续不断，并且国家给予大量资助。这使人们认识到，一个项目的成功与否，主要取决于油藏描述是否符合实际情况。因此美国一直把油藏描述做为科学研究的重点，并且主要为三次采油服务。三次采油是个极端复杂的采油方法，它需要化学家、地质学家、油藏工程师、测井、数值模拟等各方面专家的共同努力才能完成。现在许多矿场试验之所以失败，有许多主要是对地下地质情况认识不清。因此地质、油藏工程、数值模拟以及测井、试井等监测手段的研究非常重要。在这方面我们与国外的差距较大，必须迎头赶上，以提高我们矿场应用的成功率。

5、国家鼓励政策是促进提高采收率工作发展的保证

国外三次采油发展都离不开国家的鼓励政策，比如美国，为推动三次采油的发展，曾先后执行成本分担、不控制油价、暴利税优惠等鼓励政策，使1986年三次采油矿场试验项目最高达到512项。1986年后，一方面由于油价下跌，另一方面美国政府取消了优惠政策，使得矿场试验项目急剧下降。特别是成本较高的化学驱，由1986年的206项降至1998年的11项。目前美国政府已不再资助矿场试验项目，仅资助室内机理性研究。加拿大也有类似情况，曾在税率上对三次采油给予特殊政策，在一定程度上刺激了三次采油的迅速发展。当时由于油价很低，用常规开采已能满足需要，因此各国已不再鼓励三次采油，这也是近年来三次采油处于萧条的原因之一。