全球熱衷三次采油技術

□趙華

隨著世界對石油需求量的不斷增加，石油作為有限非再生能源，再發(fā)現(xiàn)較大儲油油田的機遇減少，已開發(fā)油田正在老化，未開采的油田多為稠油、超稠油等難采儲量，這就迫使業(yè)界把注意力投向提高老油田采收率的技術。三次采油技術是一項能夠利用物理、化學和生物等新技術提高原油采收率的重要石油開采技術。在過去數(shù)十年內，美國、加拿大和委內瑞拉等石油大國都把如何提高原油采收率作為研究工作的重點。

三次采油發(fā)展歷程

世界三次采油技術的發(fā)展經(jīng)歷了3次飛躍。

第一次飛躍發(fā)生在20世紀50年代后期至60年代中期，這是蒸汽驅油項目的高速發(fā)展時期。50年代后期，蒸汽在委內瑞拉首次用于重油開采，從此在世界范圍內打開了重油這個資源寶庫。60年代中期，美國蒸汽項目和產(chǎn)量激增，實施中的蒸汽項目達到了132個，其中蒸汽吞吐項目達94個，蒸汽驅項目38個。

英國PSN公司將二氧化碳驅三次采油技術應用于海上油田。 宋 雨 供圖

第二次飛躍發(fā)生在20世紀80年代，化學驅的發(fā)展達到高峰期。據(jù)1971年調查，美國三次采油項目共有133個，其中蒸汽驅53個，火燒油層38個，化學驅19個，注氣驅23個。雖然蒸汽項目仍是主要的，但其他項目的數(shù)量加起來已超過蒸汽驅項目數(shù)。80年代，美國化學驅項目數(shù)從1980年的42個激增至1986年的206個，但到1988年卻快速降到了124個，此后逐年下降，直到現(xiàn)在的2個。造成化學驅發(fā)展變緩的原因主要是化學注劑比熱采和注氣的成本高，且化學驅后對地下情況認識還有許多不確定因素。盡管在此期間化學驅項目數(shù)量要多于注氣驅，但產(chǎn)量卻遠低于注氣驅，如1986年化學驅產(chǎn)量為1.69萬桶/日，而注氣驅產(chǎn)量卻高達10.82萬桶/日。

第三次飛躍發(fā)生在20世紀90年代初至今，混相注氣驅技術得以快速發(fā)展。最早獲得成功利用的注氣驅技術是烴類混相驅，加拿大運用該技術在許多油田獲得成功。隨后，由于烴類氣體價格上漲和天然二氧化碳氣藏的發(fā)現(xiàn)以及二氧化碳混相驅技術適用范圍大、成本較低等優(yōu)勢，二氧化碳混相驅逐漸發(fā)展起來。到90年代，世界上已有上千個注氣工程，其中美國最多，其注氣采油量約占三次采油總產(chǎn)量的53.5%。近年來，隨著全球氣候變暖要求減少二氧化碳排放以及各國隨之制定的不同優(yōu)惠政策和排放稅等措施，使得二氧化碳混相驅得以迅速發(fā)展，世界各大石油公司利用二氧化碳驅油后。將其埋存在油藏中，這種方法不僅可以提高石油采收率，而且能消減溫室效應。

四大三次采油技術

目前，世界上已形成四大三次采油技術系列，即化學驅、熱力驅、注氣驅和微生物驅。其中，化學驅包括聚合物驅，表面活性劑驅，堿驅及其復配的二元、三元復合驅，泡沫驅等；熱力驅包括蒸汽吞吐、熱水驅、蒸汽驅和火燒油層等；注氣驅包括二氧化碳混相/非混相驅、氮氣驅、烴類氣驅和煙道氣驅等；微生物驅包括微生物調剖或微生物驅油等。四大三次采油技術中，有的已形成工業(yè)化應用，有的正在開展先導性礦場試驗，還有的處于理論研究之中。

化學驅

自20世紀80年代美國化學驅達到高峰以后的近20多年內，化學驅在美國運用越來越少，但在中國卻得到了成功應用。中國的化學驅技術已代表世界先進水平。中國聚合物驅技術于1996年形成工業(yè)化應用?！笆濉逼陂g大慶油田形成了以烷基苯磺酸鹽為主劑的“堿+聚合物+表面活性劑”二元復合驅技術，勝利油田形成“聚合物+表面活性劑”的無堿二元復合驅技術。目前，已開展“堿+聚合物+表面活性劑+天然氣”泡沫復合驅室內研究和礦場試驗。

化學驅油目前存在著3個不同的研究方向。首先，從改善油水的流度比出發(fā)，除使原油降黏外，相應的辦法是提高驅油劑的黏度，降低其流度，應用此原理開發(fā)了聚合物溶液、泡沫液等驅油法。其次，從改善驅油劑的洗滌能力以及巖石的不利潤濕性出發(fā)，開發(fā)了活性水驅油法。再其次，就是介于前兩種之間的化學驅油法，稱為堿性水驅，利用堿性水與原油組分就地形成活性水劑而改善潤濕性或就地使原油乳化。

熱力驅

最早于20世紀50年代運用于委內瑞拉稠油開采的熱力驅技術為蒸汽吞吐。因蒸汽吞吐技術伴隨著吞吐效果逐漸降低的實際情況，蒸汽驅和火燒油層成為主要接替方法。目前蒸汽驅技術已成為世界上大規(guī)模工業(yè)化應用的熱采技術。為了提高熱效應，國外近年來開發(fā)的稠油開采先進技術有水平井蒸汽輔助重力泄油技術和電磁波熱采技術。蒸汽輔助重力泄油技術已成為國際開發(fā)超稠油的一項成熟技術，而電磁波熱采技術被認為是未進行蒸汽驅油區(qū)的最好替代方法，但在巴西試驗效果不如注蒸汽。

目前熱采的方法有兩種，第一種是向油層注入水蒸氣來驅動原油流動，一般稱為蒸汽驅；第二種是以地下燃燒原油產(chǎn)生蒸汽來驅動油流動，一般稱為火燒油層法。在國外采油技術中，熱采占了很大一部分，盡管實施的項目數(shù)有所減少，但自1986年以來，熱采產(chǎn)量一直保持穩(wěn)定。

最近幾年，又出現(xiàn)了一種新的熱采方法，業(yè)界稱之為地熱采油。地熱采油是利用豐富的地熱資源，以深層高溫度開發(fā)流體（油、氣、水及其混合物）將大量的熱量帶入淺油層，降低原油薪度、提高原油流動能力。這種方法是基于節(jié)能減排力度加大、石油資源供需矛盾日益突出、國際油價持續(xù)走高的形勢下發(fā)展起來的。

注氣驅

20世紀70年代，注烴類氣驅主要在加拿大獲成功應用，到80年代，二氧化碳混相驅成為美國最重要的三次采油方法。氮氣或煙道氣技術應用較少。

北京化工研究院三次采油助劑研發(fā)工作步入快車道。金 湖 攝

在國外，注二氧化碳技術主要用于后期的高含水油藏、非均質油藏以及不適合熱采的重質油藏。推廣二氧化碳驅油的主要制約因素是天然的二氧化碳資源、二氧化碳的輸送及二氧化碳向生產(chǎn)井的突進問題以及油井及設備腐蝕、安全和環(huán)境問題等。為解決以上問題，提出了注二氧化碳提高原油采收率技術，這種技術是向地層中注入反應溶液，使其在油藏條件下充分反應而釋放出二氧化碳氣體，二氧化碳溶解于原油之中，降低原油黏度，從而達到提高原油采收率的目的。

微生物驅

國外微生物驅基本處于室內研究和先導試驗階段。

經(jīng)過多年的發(fā)展，微生物清蠟和降低稠油黏度、微生物選擇性封堵地層、微生物吞吐、微生物強化驅等已成為成熟的提高采收率的技術。微生物驅油已成為繼傳統(tǒng)的熱采、化學驅、注氣驅之后第四大類提高采收率的方法。微生物驅油技術的發(fā)展主要有三個方向，一是微生物增效水驅，二是激活油藏微生物驅，三是微生物調剖驅油。

各國大力發(fā)展三次采油技術

美國

美國是世界上三次采油技術發(fā)展最快的國家。在美國，任何三次采油技術推廣使用的時機是由油價、政治經(jīng)濟形勢以及美國國家政策和稅率決定的。美國三次采油技術實施過程中，政府采取的政策和激勵措施主要有：采取各種聯(lián)邦或州政府可選擇的消除風險措施，即降低與三次采油相關的金融和投資障礙；積極開展研究和現(xiàn)場試驗降低三次采油地質和技術風險；鼓勵資源開發(fā)及工業(yè)排放二氧化碳捕集回收利用，以便極大增加三次采油用二氧化碳的供應量；提倡建立綜合能源體系，減少與重油生產(chǎn)相關的能耗；增加技術開發(fā)、轉讓的投資，提高國內三次采油技術采收率。

1986年以來，美國大部分三次采油技術實施項目在減少，只有二氧化碳混相驅項目數(shù)一直在穩(wěn)定增加。這一方面是由于美國有十分豐富的天然二氧化碳氣源，并已修好了3條輸送二氧化碳管道，可以把二氧化碳從產(chǎn)地直接輸送到二氧化碳用地；另一方面是由于二氧化碳驅技術得到很快的發(fā)展，其成本大幅度下降，使一些較小的項目也有利可圖，從而促進了二氧化碳驅的發(fā)展。到2008年，二氧化碳混相驅項目數(shù)由1986年的38個增至100個，占三次采油總項目數(shù)的54%。

2008年調查的美國三次采油項目數(shù)和產(chǎn)量均排世界第一。與2006年調查結果相比，項目由154個增加到184個，增加的項目主要是蒸汽驅和二氧化碳混相氣驅。

加拿大

加拿大以重油開采為主，現(xiàn)擁有國際一流的重油開采技術，如蒸汽輔助重力驅油、溶劑驅油、火燒油藏等。應用最多的是蒸汽輔助重力泄油，大都用于油砂開采中。加拿大對于輕油主要采用注烴混相驅或非混相驅，主要是因為擁有豐富的天然氣資源，其原油性質又適合混相驅之故。Encana公司在Weybum油田進行的二氧化碳混相驅被認為是世界上最大、最成功的減少二氧化碳排放并提高采收率的項目。Talisman能源公司在Turner Valley油田進行的注氮氣三次采油項目，計劃投資1.5億美元進行3年的先導性試驗，以證明注氮氣開采15%地質儲量的可能性。

2007年底加拿大三次采油項目數(shù)和產(chǎn)量均排世界第二。與2006年調查結果相比，項目數(shù)由45個增加到49個，增加的項目數(shù)主要是蒸汽驅、二氧化碳混相氣驅和化學驅。

委內瑞拉

2006年底，委內瑞拉石油探明儲量800億桶，其中約有70%是重質原油。委內瑞拉對于提高這部分高黏度重質原油采收率的方法主要是注蒸汽熱采，對于低黏度原油的主要方法則是采取交替注水和注烴類氣體。

2007年底委內瑞拉三次采油項目數(shù)和產(chǎn)量均列世界第三，與2006年調查結果相比變化不大，項目數(shù)41個，產(chǎn)量36.55萬桶/日。其中，蒸汽驅38個，產(chǎn)量19.95萬桶/日；烴混相驅3個，產(chǎn)量16.6萬桶/日?？梢?，烴混相驅項目數(shù)雖然少，但產(chǎn)量卻很高。主要原因是委內瑞拉國家石油勘探開發(fā)公司于1996～1998年開始在Maturin CampoMulata油田實施的注烴氣混相驅，均獲得高產(chǎn)。

印尼

2007年底印尼三次采油產(chǎn)量列世界第四，為19萬桶/日，約占該國石油總量的22.6%。但項目數(shù)只有兩個，均為杜里油田的蒸汽驅項目。

印尼杜里油田是世界上最大采用蒸汽驅動開發(fā)的油田。雪佛龍石油公司旗下加德士公司在杜里油田的作業(yè)中實施了熱采管理項目，在維持凈產(chǎn)量的同時，降低了燃料油的消耗和蒸汽注入量，同時使用了地震數(shù)據(jù)確定蒸汽移動情況，進一步提高了儲層管理和采收率。

三次采油產(chǎn)量比例將增

未來，世界三次采油產(chǎn)量占石油總產(chǎn)量的比例不斷增加，將由目前的不足3%增至2030年的15%～20%。

目前三次采油產(chǎn)量對美國石油總產(chǎn)量的貢獻是12%，對世界石油總產(chǎn)量的貢獻不到4%。未來在原油價格保持相對較高且非常穩(wěn)定的情況下，三次采油產(chǎn)量占美國或全球其他任何國家的原油總產(chǎn)量的比例最高為18%。據(jù)預測，世界范圍內的三次采油產(chǎn)量高峰很可能在全球石油總產(chǎn)量開始遞減30～35年之后出現(xiàn)，或在21世紀60年代出現(xiàn)。

在預測未來幾十年內三次采油產(chǎn)量占世界石油總產(chǎn)量比例持續(xù)增加情況下，世界豐富稠油資源決定了以蒸汽驅為主的熱采仍是未來三次采油的主要方法；注聚合物技術的使用在急劇減少，近年隨油價升高而有所增加；由于具有環(huán)保特性和成本優(yōu)勢，注二氧化碳驅的發(fā)展空間極大。