聚合物驱油技术提高油田采收率分析与研究

◇中国石油辽河油田分公司钻采工艺研究院 张西子

目前，我国的能源消费仍然是以煤、石油、天然气等化石能源为主，其中石油的消费量巨大，并且严重依赖进口。但是，我国很多油田都进入了三次采油阶段，已经步入了开发中后期，如何提高油田的采收率和产量，是目前工作人员迫切需要解决的难题。本文主要对聚合物驱油技术提高油田采收率进行了分析与研究，首先对聚合物驱油技术进行了简要介绍，然后分析了聚合物驱油机理以及影响因素，最后重点阐述了聚合物驱油技术面临的困难及解决办法，以期对于生产实践具有一定的指导作用。

我国是一个发展中国家，并且人口数量排名世界第一，对能源的需求逐年递增。据有关数据统计表明，2020年，我国石油消费量为7.02×108t，进口量为5.4×108t，同比增加7.3%，对外依存度攀升到73%。通常而言，油田的开发会经历3个阶段：①一次采油；②二次采油；③三次采油。在经过前两次的采油阶段之后，油井的含水率会持续递增，产量会日益降低，而开采成本会不断增加，严重影响了油田企业的经济效益。

经过几十年的开采，我国很多油田都已经进入了三次采油阶段，因此，如何提高油田的采收率和产量，是目前工作人员迫切需要解决的难题。目前，在油田开发过程中，热力采油是其中比较常用和有效技术之一，已经广泛应用于各大油田的生产项目中。但是，受到各种因素的影响，导致热力采油技术的成本较高。因此，为了提高原油的采收率，降低开采成本，很多油田都采用化学驱油技术。聚合物驱油是一种发展十分迅速、高效、实用的化学驱油技术，能够有效提高注水质量和效率，从而提高原油的采收率[1-2]。

1 聚合物驱油技术简介

早期的油田开发基本都是采用注水开发，但是长时间注水开发会造成比较严重的指进现象，即由于多种因素的影响，储层中注入的水具有比较大的渗流速度，远远高于原油的渗流速度，在注水井以及采出井之间会形成一定的优势通道，进而使得注水开发之后的油藏仍然存在大量的剩余油，采收率较低[3-4]。聚合物驱油技术（polymer flooding）是一种在注水过程中往储层中加入一定量的水溶性高分子聚合物，以此提高原油采收率的增产方法[1-2]。由于聚合物驱油技术的机理容易理解、技术比较简单、成本较低，早在上世纪60年代，西方发达国家就开展了相应的室内研究和矿场试验，如英国、美国、加拿大等，并且在很多油田都得到了成功应用，驱油效果较好，提高采收率的范围值为5%～30%。

2 聚合物驱油机理

我国是最早使用聚合物驱油技术的国家之一，早在1972年，大庆油田就开始使用聚合物驱油技术，采收率和产量都得到了明显的提高，该技术现已成为我国很多油田稳产的重要手段，如辽河油田、大庆油田、胜利油田等。在早期，研究人员对聚合物驱油的机理认识不够深入，以为该技术只是简单地改变水油流度比，进而提高原油采收率，从而改善注水开发的效果。经过多年的矿场试验和实际应用之后，研究人员发现聚合物驱油技术并不是如此简单，还有其它机理，主要有以下4个方面：①减小油/水的粘堵比能够有效改善驱油效果，特别是在开发中后期，效果更为明显。目前减小原油的粘度所需的成本比较高，并不能开展大规模应用，但是在注水过程中加入一定量的聚合物，可以提高驱替相的粘度，同样可以改善驱油效果；②根据相关分析和研究结果发现，减小油/水的流度比能够有效的减少注水开发中的指进现象，扩大注水的作用范围，从而提高原油采收率；③减小注水层的渗透率是一种十分通用的增产方法，聚合物可以提高驱替相的粘度，进而减小注水层的渗透率；④在进入地下地层之后，聚合物会产生流体转向效应，促进注入水流向高渗透区域，改善注水效果，提高驱油的质量和效率（图1）[2-5]。

图1 聚合物改向作用示意图

3 聚合物驱油技术的影响因素

聚合物驱油技术可以提高采收率，但是其驱油效果的影响因素众多，主要有以下5点：①地下储层的地质情况以及开发环境对聚合物驱油的质量和效果影响较大，储层的各种参数甚至会直接决定最终的采收率；②注聚时机也会对聚合物的驱油效果产生重要影响，主要包含2个方面：a、含水量，在油井注水开发转成聚合物驱油之后，储层的含水量越高，采油率也就越低。b、剩余油饱和度，经过大量的试验和应用效果可知，在相同的地质情况以及聚合物的配置下，剩余油的饱和度越大，地层中形成富集带的概率就会越大，驱油效率和质量就会越好（图2）；③聚合物驱油的效果与注入溶液的粘度也有一定的关系，与原油相比，聚合物的粘度越大，原油的采收率就会越高；④聚合物含量越大，含水率的下降速度就会越大，聚合物的驱油效果就会越明显；⑤窜流也会对聚驱的效果产生影响，在窜流现象比较显著的井区，原油的采收率一般比较低[4-6]。

图2 初始含水率不同情况下的采收率提高值（引自陈宗先等，2016年）

4 聚合物驱油技术面临的困难及解决方法

虽然聚合物驱油技术可以大幅提高油井的采收率，改善油田的开发现状，增加油田企业的经济效益，但是容易造成地层的堵塞，主要表现在以下4个方面：①地层中的多孔介质具有较强的吸附作用以及剪切作用，会破坏聚合物的长链结构，并且与地层中的一些金属离子产生化学反应生成化合物，这些化合物很难降解，会占据地层的孔隙以及堵塞孔喉，最终减小地层的导流能力；②地层中存在一定量的硫化铁矿物，不但会腐蚀金属管件，而且还会与之产生化学反应生成硫化物。注入的聚合物与一些硫化物、油泥等杂质混合在一起，会形成絮凝状的物质，这些物质在地层的孔隙中会慢慢沉积，最终导致地层堵塞；③聚合物溶液配置流程和工序比较复杂，会受到多种因素的影响，导致配制的溶液粘度不是十分稳定，粘度较高的部分溶液会堵塞地层，造成后续的流体很难继续注入；④地下地层的环境非常复杂，如果与地面的环境差不多，则聚合物溶液的性质比较稳定，如果存在高温、高压、高矿化度等情况，则聚合物溶液的性质极不稳定，会出现比较大的变化，最终会造成地层堵塞。地层堵塞会直接降低原油的采收率，尤其对于一些进入开发中后期的老油田，必须尽快解决这一问题。目前，最有效的解堵措施就是将聚合物降解，主要有2种：①均裂降解；②异裂降解。

5 结束语

总而言之，聚合物驱油技术可以有效提高原油的采收率，改善油田开发的现状，对于油田的高产、稳产起到了一定的保障作用，从而提高了油田的经济效益。但是，聚合物驱油技术的影响因素众多，在实际应用过程中，研究人员应该采取对应的措施，尽可能地降低这些因素的影响，提高聚合物驱油技术的质量和效率，尤其是需要解决地层堵塞的问题。