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·油气开发总论·提高采收率研究的现状及近期发展方向杨普华(中国石油天然气集团公司石油勘探开发科学研究院)摘要 介绍了国外提高油气采收率(EOR )方法的应用现状、应用规模、增油量及其在总产量中的比例;介绍了美国能源部支持的三次采油基础研究情况;分析了EOR 方法与油价的关系;分析了我国在聚合物驱、复合驱、注气、微生物采油等方面的技术状况和应用规模,对近期的发展思路提出了建议。
主题词 提高采收率 方法 研究 分析1 国外提高采收率技术现状据1998年美国《油气杂志》(O il &Gas J ou rnal A p r .20,1998)资料,在1998年初,全世界来自提高采收率(EOR )和重油项目的石油产量大约为213×106b d ,比1996年初的212×106b d 稍有增长,这个数量相当于世界石油产量的315%。
美国EOR 产量比两年前增加5%,达到760000b 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,400000b d ;中国,280000b d ;前苏联,200000b d ;其他国家,700000b d 。
111 热采热采(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。
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。
图1 美国EOR 产量112 注二氧化碳近年来,在低油价下,各种提高采收率方法实施的项目都在减少,只有二氧化碳混相驱项目一直在稳定增加(见图1)。
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三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T exas 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收稿日期:1999207201 改回日期:1999208223杨普华,教授级高工,博导,享受政府特殊津贴,长期从事油层物理和提高采收率科研工作,石油勘探开发科学研究院副总工程师兼采收率研究所所长。
一、名词解释1. 三次采油：针对二次采油未能采出的残余油和剩余油，采用向油层注入其它驱油工作剂或引入其它能量开采原油的方法称为三次采油。
2．孔隙结构：油层岩石孔隙的形态、大小、分布状况、相互关系以及与孔间通道的组合方式称为孔隙结构。
3．宏观非均质性：是指油层岩性、物性、厚度等在平面上和垂向上的差异。
4．附着功：是指将单位面积的固-液界面拉开变成液－气和固－气表面所做的功。
5．润湿：是固体表面上的气体被液体取代的过程。
润湿滞后：三相润湿周界，沿固体表面移动迟缓,而产生润湿接触角改变的现象。
6、水解度:聚丙烯酰胺分子链上已经发生水解反应的单元数占总单元数的百分数。
7、流变性：是指流体在外力场作用下发生流动和变形的特性。
8、残余阻力系数：残余阻力系数是指注入聚合物前后盐水的流度比。
9、阻力系数：指水通过岩芯的流度与聚合物溶液通过岩芯的流度之比。
10、有效粘度：指聚合物溶液通过多孔介质的实际粘度，由剪切粘度和拉伸粘度两部分构成11、调剖：是指从注水井进行封堵高渗透层，调整注水层段的吸水剖面。
12、堵水：是指从油井进行封堵高渗透层，减少油井的产水。
13、突破压力梯度：是指当岩心出口端流出第一滴液体时，在岩心两端所施加的压力差与岩心长度的比值。
14、乳化：一种液体或多种液体以微小的液珠均匀地分散于另一种液体中的过程叫乳化，形成的乳液称为乳状液。
15、增溶作用：增溶作用是指水溶液中表面活性剂的浓度达到CMC之后，在水中难溶或不溶的有机物(如油)的溶解度显著增大的作用。
16、临界胶束浓度:表面活性剂溶于水时，在水中开始行成胶束的浓度，以CMC表示。
17、原油酸值；指中和1g原油(pH=7)所需氢氧化钾的毫克数。
一般说来，若要碱水驱使界面张力显著下降，原油的酸值应大于0.5mg/g。
18、三元复合驱：指在注入水中加入低浓度的表面活性剂、碱和聚合物的复合体系驱油的一种提高原油采收率方法。
19、混相性：是指两种或多种物质混合后能够形成均相体系的性质。
提高采收率原理1．一次采油:依靠天然能量开采原油的方法2、二次采油：继一次采油之后，向地层中注入液体或气体补充能量采油的方法。
3、三次采油：采用向地层注入其他工作剂或引入其它能量的方法。
4、原油采收率：采出地下原油原始储量的百分数，即采出原油量与地下原始储量的比值。
5、波及效率：一个井网为注入剂所波及的面积占井网面积的百分数。
6、排驱效率：已被水从孔隙中排出的那部分原油饱和度占原始含油饱和度的百分数。
7、注水采收率：从开始注水到达到经济极限时期所获得的累计采油量与注水前原始储量之比。
8、毛管数：粘滞力与毛管力的比值称为毛管数。
9、剩余油：水未波及的区域内所剩下的油称为剩余油。
10、残余油：注入水波及区内水洗后所剩下的油为残余油。
11、流度：是指流体流动的能力。
12、流度比：表示驱替相流度与被驱替相流度的比值。
13、油水前缘：分隔油区和油水两相区的界面称为油水前缘。
14、一次驱油效率：是指排驱前缘的驱油效率。
15、无水采收率：是指油水前缘突破时总产油量与地质储量之比。
16、注水极限采收率：是指注水达到经济极限时，即产水率达95％－98％时，总产油量与地质储量之比。
17、井网：是指按一定几何形状布置的生产井和注水井系统。
18、微观驱替效率E D：是指在水波及区，水洗油的程度。
19、宏观扫油效率E V：水在油藏中的波及程度。
20、粘性指进：是指在排驱过程中由于油水粘度差异引起的微观排驱前缘不规则地呈指状穿入油区的现象。
21、舌进：是指油水前缘沿高渗透层凸进的现象。
22、水驱油藏中毛管准数：是指水驱油藏驱油的动力与阻力的比值。
23、水驱特征曲线：即累计产水量于累计产油量的关系曲线。
24、原始油带：油水界面前方的原始油水饱和区称为原始油带。
25、两相流动区：油水界面后方的水波及区称为两相流动区。
26、前缘突破：当前缘到达生产井井底时称为前缘突破。
1、聚和物：由大量简单分子（单体）化合而成的高分子量的大分子所组成的天然或合成的物质。
西南石油大学学报(自然科学版)2021年6月第43卷第3期Journal of Southwest Petroleum University (Science & Technology Edition )Vol. 43 No. 3 Jun. 2021DOI : 10.11885/j.issn.1674 —5086.2020.04.07.01文章编号：1674—5086(2021)03—0101 — 10 中图分类号：TE357文献标志码：A页岩油藏提高采收率技术及展望李一波1 *，何天双】，胡志明2,李亚龙2,蒲万芬1*收稿日期：2020-04-07 网络出版时间：2021-05-11通信作者：李一波，E-mail : ***************.cn基金项目：中国石油创新基金(2019D-5007-0212);四川省科技计划(2021YFH0081)1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都6105002.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊065007摘要：通过调研近二十年国内外页岩油藏提高采收率技术的室内研究和现场应用，结合页岩油藏储层特征，总结了 开发过程中的难点，并针对各类提高页岩油藏采收率技术的作用机理，讨论了对页岩油藏的适应性。
研究表明，注气是页岩油藏补充地层能量的最佳方法，二氧化碳和天然气是常用的注入介质，但其作用机理还有待深入探讨；通过改善储层润湿性来提高渗吸效果是表面活性剂和低矿化度水的主要机理；泡沫驱拥有良好注入性的同时能够有效调整裂缝性油藏的非均质性，但是其在裂缝中的稳定性有待加强；热力采油可以改变储层的热应力，诱导裂缝扩张，增大注入介质的波及范围。
溶剂和纳米材料在机理上有改善页岩储层润湿性的作用，但是其在页岩油藏开发中的可行性还 有待验证。
关键词：页岩油藏；提高采收率；非常规油气；机理研究；综述A Comprehensive Review of Enhanced Oil Recovery Technologiesfor Shale OilLI Yibo 1*, HE Tianshuang 1, HU Zhiming 2, LI Yalong 2, PU Wanfen 11. Petroleum Engineering School, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China2. Langfang Branch, PetroChina Research Insittute of Petroleum Exploration & Development, Langfang, Hebei 065007, ChinaAbstract: Through the investigation of the indoor research and field application of EOR technologies in shale oil reservoirs at home and abroad in the past 20 years, the difficulties in the development process are summarized in combination with the characteristics of shale oil reservoirs, and the adaptability of various EOR mechanisms to shale oil reservoirs. The results show: The gas injection is the best way to supply energy for shale reservoir. Carbon dioxide and natural gas are the normal injection media and the displacement mechanism needs further investigation. The wettability alteration to enhance the performance of imbibition effect is the main mechanism for surfactant and low salinity water flooding. Foam has the good performance in adjusting the heterogeneity but its stability needs to be enhanced. Thermal methods can change the thermal stress of the shale formation and thus induce the propagation of fracture to increase the sweep efficiency. In theory, solvent and nano-based material can also improve the wettability of shale reservoir, but its adaptation needs further discussion.Keywords: shale reservoir; enhanced oil recovery; unconventional resource; mechanism investigation; review网络出版地址：http :///kcms/detail/51.1718.TE.20210510.1809.002.html李一波，何天双，胡志明，等.页岩油藏提高采收率技术及展望[〕]•西南石油大学学报(自然科学版)，2021,43(3): 101-110.LI Yibo, HE Tianshuang, HU Zhiming, et al. A Comprehensive Review of Enhanced Oil Recovery Technologies for Shale Oil[J]. Journal of Southwest Petroleum University (Science & Technology Edition), 2021, 43(3):101-110.102西南石油大学学报（自然科学版）2021年引言随着世界能源需求的不断增加以及常规油气资源开发难度日益加大，以页岩油气为代表的非常规油气资源作为接替能源受到了广泛的关注。
润湿性对提高石油采收率的影响
【摘要】：结合大量文献调研，综述润湿反转性的概念、类型、影响因素、
形成机理及与驱油效率间的关系。润湿反转是将岩石表面由亲油转变为亲水性，
使油滴更易于脱离岩石而流动，提高原油采收率。
【关键词】：润湿反转; 驱油效率; 机理
在提高石油采收率的研究中发现，润湿性占有很重要的地位，而且润湿反
转性与驱油效率间的关系也越来越受到重视[1]。
油层中的砂岩（主要是硅酸盐），按它的性质是亲水性固体。因此，在砂岩
表面上的油较容易被洗下来，但砂岩表面常常由于表面活性物质的吸附而改变性
质，即发生了润湿反转。现在储油层中相当一部分的砂岩表面是亲油表面，油在
这样的砂岩表面上是不易被水洗下来的，这是原油采收率不高的一个原因。目前
有些提高采收率的方法是根据润湿反转的原理提出来的。例如，向油层注入活性
水，使注入水中的表面活性剂按极性相近规则吸附第二层，抵消了原来表面活性
物质的作用，从而使砂岩表面由亲油表面再次反转为亲水表面。这样，油就容易
为水洗下，使采收率得以提高[2]。
一、润湿反转性的概念
固体表面的亲水性和亲油性都可在一定条件下发生相互转化。把固体表面
的亲水性和亲油性的相互转化叫做润湿反转。
二、润湿反转性的类型
岩石的润湿性支配着油气水在储层孔隙中微观分布，决定着孔隙吼道中毛
管力的大小和方向从而影响着水驱油效率和剩余油分布[3-4]。
一般可以将岩石润湿反转分为：水湿转变为油湿、油湿转变为水湿、混合润
湿转变为油湿或水湿。
三、润湿反转性的影响因素
由于岩石润湿反转性与驱油效率有着密切的关系，因此分析岩石润湿反转
的影响因素至关重要。通过大量文献调研，目前比较一致的认为影响岩石润湿反
转性的因素有以下几种。
（一）岩石的矿物组成的影响
不同的矿物成分具有不同的润湿性，而储油岩石沉积来源广，矿物本身又
十分复杂，因而在宏观和微观上都会导致岩石之间润湿性存在着显著的差异。
如粘土矿物对岩石的润湿性有较大影响。有些粘土矿物含有铁，铁具有从
原油中吸附表面活性物质的能力，当其覆盖在岩石颗粒表面时，可以局部改变岩
石表面为亲油的[2]。
（二）油藏流体组成的影响
研究流体组成对润湿性的影响包括三个方面：原油中主要成分-不同烃类（非
极性）的影响；原油中所含极性物（各种O2、S、N2的化合物）的影响；原油
中活性物质的影响。
实际原油中，除含有烃类非极性物外，总是不同程度的含有极性物质。石油
中的极性物对各种矿物表面的润湿性都有影响，但影响的程度各不相同，有的能
够完全改变岩石的润湿性，使润湿性发生转化，有的影响程度比较轻微，这取决
于极性物质的性质[2]。
大部分油层的润湿性都可能由于极性化合物的吸附作用和(或)原油中有机
物质的沉淀而改变，也就是说，油层的润湿性在很大程度上取决于油层岩石对原
油组分的吸附。因此，从微观上看，决定从单个孔隙中采出油量多少的主要因素
是地层水的分布、岩石的矿物组分及其表面膜的特征。原油中的表面活性组分一
般都是含氧、氮和(或)硫的极性化合物，这些化合物含有一极性端和一烃端，极
性端吸附在岩石表面上，暴露出烃端，从而使岩石表面更加油湿[5-7]。
（三）表面活性物质的影响
表面活性物质对岩石润湿性的影响较上述极性物的影响更为显著。一定量
的活性剂在庞大的岩石表面上吸附，会使润湿发生反转。
综上所述，岩石的润湿性是岩石骨架本身矿物的组成与地层中液体组成相互
作用的结果。润湿性不是岩石骨架的性质，而是岩石-液体的综合特性[2]。
（四）地层水的组成的影响
研究发现，原油中表面活性组分改变油层润湿性的程度还取决于地层水的
化学组成及其pH值大小[8]，地层水中含有的多价阳离子可增强表面活性组分在
岩石表面的吸附作用。
地层水的化学组成和pH值在决定润湿性方面是及其重要的，因为它们对
岩石与流体界面上的表面电荷有强烈影响，而表面电荷可影响岩石对表面物质的
吸附。pH值还可影响地层流体中表面活性有机酸和碱的电离作用，从而改变岩
石的润湿性。
（五）原油沥青质的影响
原油沥青质在岩石孔隙表面的吸附被认为是导致油藏岩石润湿性发生改变
的一个重要原因。润湿性的改变将对油/水相对渗透率、毛管压力和水驱油效率
等特性产生一系列的影响，最终影响油气井的采收率和产量[1，10]。
储层岩石润湿性的改变意味着储层中油、水的分布位置和流动状态将发生
变化。根据相对渗透率曲线的变化规律，水湿性减弱将导致储层岩石的油相相对
渗透率Kro下降，水相的相对渗透率Krw上升，从而使储层受到不同程度的损
害，对油井产能产生不利影响[11]。因此，在原油开采过程中，只有尽量控制沥
青质在岩石上的吸附量，才能避免润湿反转的发生。
除了以上4个影响因素外，油层的润湿性还受油层岩石原始含水饱和度、
老化时间(油层岩石与流体接触时间)、油层温度和压力等因素的影响[9]。
四、润湿反转性的形成机理
在油气田开发中，润湿反转现象是很普遍的，为了更好的利用润湿反转性
提高原油采收率，研究润湿反转的形成机理是至关重要的。
通过大量的文献调研，可知在注水开发的油藏中，润湿反转剂体系主要是
通过其吸附能力，提高油藏岩石的亲水性，从而增大注入水自吸所产生的驱动力。
润湿反转体系具有低吸附，高活性的特点，可有效提高中性、弱亲水或亲油性毛
管孔隙的亲水能力，提高基质岩心系统水驱采出程度[14]。
以上是对润湿反转剂在宏观上的分析。在微观上[12]分析，注入润湿性反
转剂之前，原油主要沿孔道壁面流动，注入水占据孔道轴心位置，原油逐渐被注
入水驱替出来；随着原油越来越少，附着在孔道壁面的油膜越来越薄，其流动阻
力也越来越大，至最后剩余一层油膜附着在岩石壁上驱不出来，一些小孔道中的
原油甚至没有被驱动。注入润湿性反转剂后，润湿性反转剂使油水界面张力减小，
油膜变薄；而润湿性反转剂在孔道壁上的吸附，使壁面的亲油性逐渐变弱，油膜
在壁面上吸附力减小，当驱替力足够大时，油膜就被剥离下来，而小孔道则会由
于润湿性的改变而产生自动渗吸，驱替液进入小孔道中将原油驱替出来，剥离和
驱替出来的原油在大孔道中流动时，在孔道的轴心处形成油桥，渗流阻力大大降
低，如此不断作用，孔道壁面的亲水性变强，残余油逐渐被驱替出来。
润湿反转剂可以是原油中的活性组分，也可以是表面活性剂等物质。例如某
油藏的岩石是油湿表面，通过加入合适的表面活性剂，改变岩石表面的润湿性，
可以使原油与岩石间的润湿接触角增加，使岩石表面由油湿性向水湿性转变，从
而降低油滴在岩石表面的粘附功(如图1 [13]所示)。
五、润湿反转性与驱油效率的关系
驱油效率受许多因素影响，如原油地下粘度、润湿性、岩石孔隙结构和油水
界面张力、渗透率与注水孔隙体积倍数等因素[15]。文章着重考虑的是润湿反转
性与驱油效率的关系。
