发展三次采油新理论新技术,确保大庆油田持续稳定发展+(上)

第 20 卷
第3期
大庆石油地质与开发
P. G. 0. D. D.
2001 年 6 月
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文章编号：1000-3754（2001）03-0001-07
发展三次采油新理论新技术， 确保大庆油田持续稳定发展 （上）
王 德 民
163453） （大庆油田有限责任公司，黑龙江 大庆
摘要： 简要回顾了大庆油田的发现和开发历程，论述了理论创新和技术创新对大庆发展所起的作用，
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王德民：发展三次采油新理论新技术，确保大庆油田持续稳定发展
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该是聚合物溶液流动时产生了一些与牛顿流体流动时 的一些不同的现象和力。经实验研究，在地面所反映 的这些新的力和现象主要是拉伸力（拉伸粘度） 、法 向力和“海棉效应” （图 20、21 和 7） 。从图中可以看 出，粘弹性流体的流速和速度梯度越高，拉伸粘度和 法向力越大。
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陆相生油理论与大庆油田的发现
西方地质学家过去认为陆相沉积不会有大油田，
而中国的主要沉积盆地是陆相沉积，因此只能是一个 贫油国。中国的石油地质学家指出在条件具备时，陆 相也能生油、也能形成大油田，并指出了最有希望的 地区。大庆就是在这样的理论指导之下被发现的。找 到了 世 界 上 最 大 的 陆 相 油 田（石 油 储 量 超 过 50 > ， 使我国甩掉了贫油国的帽子，并丰富了陆相生 108 I） 油、找油理论。大庆现在每年仍能找到 5 000 > 104 I 以上的新储量，与此同时发展了一整套相应的工艺技 术，包括盆地、构造、生油层和储层研究以及物探、 化探、钻井、试油等工程技术。
比于压差， 也就是说油藏中的压力梯度也需要 增 加 100 ~ 1 > 10 倍才能克服束缚残余油的毛管力。油藏
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面液体，同时还有拉动侧面及其后面液体的作用，这 是因为溶液中长链聚合物分子是互相缠绕的，一个分 子要动，前后左右的分子都得动（整体移动） ，即可 产生上面提到的“海棉胀缩现象” （图 8） 。 ! 有法向 力，是一个阻止流体流束变形的力（图 9） ，主要反 映主流束拉动侧面液体的力（能力） 。 " 有拉伸粘度 和拉伸力，可以抽丝（图 10） ，主要反映前面的液体 拉动后面液体的力（能力） 。 # 在管道中的速度分布 比牛顿流体平，接近壁面的速度梯度也更高。由于法 向力和拉伸力与速度梯度有关，因此这一个特点将加 大前面所提到的法向力和拉伸力的作用（图 11） 。 在油藏、 地面流程和设备以及井筒中流体都有弹 性性质， 但不是所有的性质在不同的地点对过程都有 影响并且都是有利或不利的， 有的有利、 有的不利、 有 的无影响。我们应充分利用有利的特性， 克服不利的 特性， 才能在油藏、 井筒及地面流程中获得好的效果。 现在用传统理论分析一个亲水“盲端”中的残余 油。已形成残余油后，就会受到毛管力 ! 毛 和界面力 ! 界 （由 界 面 张 力 ! 产 生）的 束 缚，防 止 油 滴 运 移 。用聚合物溶液驱替这个油滴，又会产生 3 （图 12） 个驱动力，即弹性流体流动时的法向力 ! 法 、对油滴 界面的拖动力 ! 拖 和拖动后油滴旋转的离心力 ! 离 。 将各驱动力与各束缚力进行比较，计算结果表明驱动 力比束缚力小 1/1 000 ~ 1/10 000，不可能使油滴从盲 端中运移出来。同时可以得出结论，既然这 3 个力的 量级都很小，因此粘弹大庆油藏情况的多层砂岩油田，国外的传
统方法是：!笼统开发或"单层开发，并认为#分层 开发的难度太大，成本太高。 大庆油田通过试验证实： ! 笼 统 开 发 效 果 差， 采收率 低，含 水 上 升 率 高，稳 产 期 短 ……（图 1 ） ， " 若采用单层开发方针，开发时间太长，产油量太 低或井网太密。因此大庆创出了一套分层开发理论及 工艺方法，包括分层开发布井理论和方法、层系划分 原则、打调整井理论和方法、接替稳产理论、稳油控
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可能很大，毛管数（正比于压差）也不可能增加很 多。用传统理论微观分析盲端中残余油所受的各种力 及其响应的毛管数，都表明油滴不会被驱动，即驱油 效率不能提高。只能用新机理解释聚合物溶液能提高 驱油效率的现象。 粘弹性流体对提高采收率起作用的机理是聚合物 溶液的!“海棉效应” ，即可以在孔隙中胀、缩并将 孔隙边缘的油“扫”出来和 " 孔壁处的速度梯度高， 可以使油膜变薄。水不是粘弹性流体，!没有“海棉 效应” ，因此不能把孔隙边缘的油扫出来（图 4、5） ； "孔壁处的速度梯度也低，不能再把油膜变薄。 “海棉效应”是把孔隙中的残余油扫出来的原因。 室内研究和分析表明，牛顿流体和粘弹性流体驱动残 余油的力的方向也不同。对牛顿流体，驱动力是垂直 作用在油水界面上并把油滴推出来；粘弹性流体驱动 残余油的“海棉效应”和孔壁处的高速度梯度所产生 的力都是平行于油水界面的（图 13） ，这个力不克服 毛管力而是将孔隙中的还有流动能力的油扫的更彻底 以便达到一个较低的残余油饱和度。既然牛顿流体与 粘弹性流体驱油的作用力的方向不同，因此适用于牛 顿流体的毛管数与残余油饱和度的关系也就不能用于 粘弹性流体。其定量关系正在深入研究之中。 有： （1）用低矿化度的水。若用高矿化度水，弹性要 下降（图 15） 。大 庆 用 清 水 配 制 聚 合 物 溶 液，效 果 好；国内外凡是用高矿化度水配制聚合物溶液的，采 收率提高值都不高； 既然所有滴状（块状）和油膜状残余油都可以被 聚合物溶液部分地驱替走，因此聚合物可以提高驱油 效率。提高驱油效率的机理不是传统牛顿流体力学的 力，而是由于聚合物溶液中的分子互相缠绕而产生了 “海棉效应”以及由此而派生的孔壁高速度梯度。 因此要进一步提高驱油效率，必须增加“海棉效 应” ，增加聚合物溶液对残余油的拖动力。主要措施
收稿日期：2001-3-11 作者简介：王德民（1937 - ） ，男，河北唐山人，中国工程院首批院士，大庆油田有限责任公司技术委员会副主任，黑龙江省石油学会常务 副理事长，黑龙江省科协副主席。
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水原则和与其配套的细分沉积相研究、“六分四清” 工艺和钻井工艺等。实施后取得了巨大的技术经济效 益，如采收率从 33% 提高到 42% ，可采储量由 10 > 10 t 上升到超过 22 > 108 t，年含水上升率控制在 1% 左右，年产油 5 000 > 104 t 以上已经 26 a，累计产油
关 键 词： 大庆油田；聚合物驱；三元复合驱；二元复合驱 文献标识码： A 中图分类号： TE343
大庆油田经过 40 a 的勘探开发，建成了中国最 大的企业和石油基地，累计生产原油超过 16 > 108 I， 上缴各种资金超过 2 900 > 108 元，为国民经济的发展 做出了巨大的贡献。在这一个过程中，新理论的发展 和创新技术的进步起了决定性的作用。今后，为了确 保油田的可持续发展，我们更需要发展新理论，搞好 具有战略意义的技术创新。
展示了在油田开发提高采收率研究领域的最新成果。由于大庆在粘弹性流体力学和渗流力学基础理论 研究方面有所发展，有所突破，因而带动了整个聚合物驱油技术和方法的发展，大规模推广后取得了 很好的效果。三元复合驱在理论研究和应用方面也有所发展，研究结果表明，三元复合驱不但可以适 应高酸值原油，同时也可以适应大庆这样的低酸值原油。由于化学驱注入段塞的活性剂浓度较低，并 且提高采收率的幅度较高，因此，大庆油田三元复合驱在经济上是可以有效益的。另外，还提出了开 展二元复合驱和进一步提高采收率（即四次采油）的一些超前性理论观点以及如何解决相关的采油工 艺和地面工程等问题，对于指导今后油田开发提高采收率研究工作具有重要的理论意义和现实意义。
孔隙中的各种油滴和簇状油都可以被平行于油水 界面的这个力“扫”出来。以亲水岩石为例：!盲端 中的油滴只有一端与聚合物溶液接触，在接触面有一 个毛管力束缚油滴，接触面是“针形”的；"一个孔 隙中的油滴多方向被聚合物溶液包围，外部都是小孔 隙，在小孔隙中与水基驱替液接触而产生很大的毛管 力将它束缚，其形状像一个“水雷” ； # 簇状油是许 多个核心中的油被更多的小孔隙所包围并被束缚，其 形状像一个“海参”（图 14） 。在上述 3 种类型的残 余油中，只要在其外围与粘弹性流体接触的多个小孔 隙中的一个小孔隙的油被“扫”出来，部分或整个油 滴就有可能被采出来。亲油岩石有类似于上种类型的 残余油，驱替过程类似（在此从略） 。此外，亲油岩 石还有：$第 4 种类型残余油，即油膜，聚合物溶液 也可以把油膜中的一部分驱替走。 （2）用高分子量的聚合物（图 16） 。大庆现在用 分子量为 1 200 > 104 ~ 1 700 > 104 的聚合物。国内外 早期只用分子量小于 1 000 > 104 分子量的聚合物； （3）提高聚合物溶液浓度（图 17）大庆现在用 1 000 mg/L，国内外早期多用 500 mg/L 左右的浓度； （4）用新型聚合物 今后不仅要重视粘度，更应该重视弹性。几个单 位都在研究新型聚合物，初步看可以提高弹性，技术 成熟后有望进一步提高聚合物驱的采收率。 !"# 粘弹性流体力学对地面工程的影响 设计地面流程时一般是根据流体流动时的!沿程 阻力和"局部阻力计算允许的压差和管径等以便使系 统中的管线和设备能正常工作。大庆第一个较大的注 聚站（1993 ~ 1994 年的北一断西聚合物配制注入站）
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聚合物驱理论与实践
国外一般是否定聚合物驱油的，主要原因是认为
聚合物驱只能扩大波及体积，不能提高驱油效率，因 此总的采收率提高值较低。美国 20 世纪 70 ~ 80 年代 在现场实施了很多聚合物驱油区块，但平均采收率只 提高 4.9%（大庆认为提高 6% ~ 7% 是经济下限） ， 经济效益差。 我们认为波及体积和驱油效率都可以提高。大规 模实施聚合物驱后， 平均采收率提高值为 12% 左右， 地面注采工艺和设备运行正常、 可靠。经济效益很好。 产生这个反差的重要原因是大庆在粘弹性流体力 学和渗流力学方面有所发展，有些部分还有突破，带 动了整个工艺技术和方法的发展，大规模推广后取得 了很好的效果。 !"# 3.1.1 因 粘弹性渗流力学对采收率的影响 国外认为聚合物溶液只能提高波及体积的原