化学驱和气驱：老油田的“回春丹”

  中国工程院院士程杰成介绍，国外自20世纪60年代开始研究化学驱油技术。美国在1964年就开展了首个聚合物驱矿场试验，20世纪80年代进行了三元复合驱、胶束/聚合物驱矿场试验，达到应用高峰，之后受油价、政策因素影响，化学驱项目慢慢地减少。近几年，聚合物驱、复合驱等化学驱技术呈现快速发展的新趋势，加拿大、印度、阿曼聚合物驱实现工业化，提高采收率约10个百分点，复合驱、微乳液驱处于先导试验阶段。

  我国创新发展了驱油理论，自主研发并生产出多种高效驱油剂，形成了聚合物驱、复合驱、中相微乳液复合驱等主体技术。我国渗透率大于50毫达西的砂岩油田地质储量133亿吨，预测适合工业化应用的储量约100亿吨，目前已实施化学驱地质储量23.5亿吨，建成五大化学驱生产基地，产量规模居世界首位，技术水平整体国际领先。

  目前，我国化学驱技术面临着应用对象由整装砂岩向低渗透、砂砾岩、高温高盐、聚驱后等油藏拓展，油藏条件更为复杂、苛刻，现存技术不能解决分类油藏大幅度提高采收率等问题。程杰成认为，下一步攻关方向是立足上述四类拓展对象，工业化推广复合驱提质提效技术，攻关形成适合不同油藏化学驱提高采收率技术，确保化学驱原油年产量长期保持在1000万吨以上。

  中国工程院院士袁士义说，我国聚合物驱、三元复合驱等化学驱技术系列国际领先，拥有世界上最大的化学驱应用基地。针对不同应用对象及面临的新问题，我国油气企业相继研究出无碱二元复合驱技术系列，在辽河、新疆、大港、胜利等油田开展了先导试验，收到了良好效果。目前，我国正在研究以超级二元复合化学驱、中相微乳液为代表的化学驱新方法，以及苛刻油藏绿色生物化学复合驱和表面活性剂乳化调驱等新方法，并通过持续迭代升级，不断突破化学驱技术应用界限。

  中国石化聚焦高温、高盐、高黏等油藏特点，深化驱油机理和驱油体系研究，攻关配套关键工程工艺，持续不断的发展完善非均相复合驱、降黏化学驱、二元复合驱等提高采收率技术。

  2023年以来，中国石化攻关“3+2”大幅度提升采收率技术，通过在化学驱过程中适时对井网进行整体调整，发挥化学驱三次采油和二次井网优化调整全程协同效应，试验区采收率提高15~20个百分点，初步形成整体采收率达到60%的配套技术。

  中国石化化学驱应用油藏条件持续拓宽，2023年产油量达到319万吨、增油151万吨。“十四五”后两年，将持续扩大非均相复合驱和“3+2”提高采收率技术应用规模，新投入地质储量1亿吨以上，年增油150万吨以上。

  针对强非均质砾岩和中低渗砂岩等油藏，我国油气企业建立了多维度乳化性能评价、三相界面吸附及油水固相互作用表征方法，明确乳化强度与孔喉匹配、油膜剥离能力是决定该类油藏化学驱实施效果的关键，研发出新一代兼具超低界面张力、乳化强度可控和高效油膜剥离的低成本驱油体系。室内试验根据结果得出，该驱油体系比水驱提高驱油效率25个百分点以上。目前已在新疆、大港、辽河、长庆等油田开展了先导试验，正在开展工业化扩大试验，预期提高采收率15个百分点以上，其中在新疆开展的先导试验已提高采出程度19.4个百分点。该技术有望成为复杂油藏提高采收率的主体技术。

  中国石化胜利油田研发出超高分子量高黏弹聚合物及兼具降黏附功、降原油黏度、降界面张力的多功能驱油用表面活性剂，构建了适合稠油油藏的新一代二元复合驱油体系，孤岛稠油油藏试验提高采收率27.8个百分点。

  20世纪七八十年代，以石油磺酸盐为主剂形成中相微乳液需要表面活性剂浓度达5%以上。2000年以后，以非离子表面活性剂制备微乳液浓度仍在1%~5%。目前，使用阴非离子型表面活性剂浓度小于0.3%即可形成中相微乳液，室内试验通过调控盐度、优化配方等方法，已实现中相微乳液驱油，大幅度降低了体系成本。

  室内岩芯试验表明，中相微乳液驱可实现储层介质中原位乳化及相态智能转变，在聚合物驱采出程度59.1%的基础上，0.3%浓度表面活性剂的中相微乳液驱可再提高驱油效率34.8个百分点，最终驱油效率达93.9%。目前，正在大庆、长庆、吉林、新疆等多个油田的区块开展矿场先导试验。其中，长庆试验区块8口受效井日产油由11.6吨升至16.2吨，含水率由81.3%降至73.8%。

  该技术预期可大幅度提高采收率，是目前重点攻关试验的接替性化学驱技术。下一步将重点研制使用单一超级表面活性剂体系或高效复配体系，逐步扩大形成中相微乳液的浓度范围，以提高中相体系进入油藏的深度、增强驱油效果。

  利用生物表面活性剂与化学合成表面活性剂复配能轻松实现驱油提质增效。两种表面活性剂复配具有加大分子密度、增强界面活性的协同增效作用，创新形成了脂肽类生物表面活性剂/石油磺酸盐表面活性剂复配的驱油体系配方优化技术，大幅度降低了表面活性剂成本。

  在大庆萨尔图油田开展的生物三元复配（鼠李糖脂-烷基苯磺酸盐-碱）驱油先导试验，预测可提高采收率25.8个百分点，节约化学剂总费用8.56%，初步见到良好效果。

  中国石油研制出适用于高温高盐低渗油藏的多功能甜菜碱乳化调驱表面活性剂体系，利用界面调控降低界面张力、原位乳化液滴卡堵扩大微观波及、润湿性调控剥离油膜等多种机理，提高驱油效率和扩及体积。长庆先导试验区油藏渗透率仅0.86毫达西，日产油由17.1吨升至27.2吨，综合含水率由83.6%降至65.5%，目前正扩大试验范围。

  中国石化研制出具有耐高温、乳化增黏和强洗油性能的增黏型乳液驱油体系，室内试验表明，多轮次交替注入乳液和低张力表面活性剂可提高原油采收率15个百分点以上。该技术主要使用在于特高温低渗透油藏进一步提升采收率。

  具有多功能超强性能的纳米驱油剂因其“尺寸足够小”，能够基本实现全油藏波及；具有“强憎水/强亲油”特性，遇水排斥、遇油亲和，具有自驱动力，可主动与油滴结合并附着在其表面，实现智能找油；具有“强乳化及分散油聚并”能力，可不断寻找新油滴完成汇聚或促使残余油乳化，捕集分散的剩余油形成油墙或富油带被驱出。

  我国油气企业围绕该思路进行了大量的探索研究，特别是研发出“纳米水”等纳米驱油剂，取得了显著进展，初步实现了部分功能。

  纳米智能驱油目标是实现剩余油基本全驱替，有望发展成为提高采收率的战略接替或颠覆性技术，有望达到极限采收率，有很广阔的应用前景。目前虽然取得了重要进展，但离真正的完成纳米智能驱油仍有很长的距离。需要持续加大创新力度，特别是以纳米材料为基础，以化学改性为手段，期望能在同一纳米材料上尽快研制出具有“尺寸足够小、强亲油强憎水、分散油聚并”多种功能的纳米智能驱油剂，推动实现油藏智能全波及驱油。

  袁士义说，对于大量难以有效注水开发的特低渗、致密油藏，注气能形成有效的驱替体系；对于已开发老油田，二氧化碳混相驱潜力巨大，与CCUS（二氧化碳捕集、利用与封存）结合可收到二氧化碳驱油与封存等多重功效；对于具有一定倾角的油层，注气稳定重力驱提高采收率效果非常明显。近年来，我国气驱技术取得了显著进步，二氧化碳驱、天然气驱、空气驱、氮气驱矿场试验均取得新进展，目前气驱年产油已达百万吨，预期未来10年注气采油将达到年产千万吨规模。

  二氧化碳驱及CCUS技术发展迅速，目前我国二氧化碳年注入规模在200万吨以上、年产油70万吨以上，形成了混相、近混相、非混相驱油技术系列，正在建设若干个千万吨级CCUS基地，将为实现“双碳”目标和原油增产作出重要贡献。下一步，需要持续完善技术标准体系，加强油藏适应性研究和更大幅度提高采收率体系优化及调控工艺研发技术完善与应用，建立捕集-运输-驱油-封存产业链，推动形成大规模CCUS新产业。

  程杰成介绍，国外二氧化碳和天然气混相驱技术成熟，早已实现工业应用，提高采收率8~30个百分点。气驱技术适用于不同渗透率的油藏，特别对于低渗透油藏具有非常明显优势。进入21世纪，我国聚焦低/特低渗透储层高效开发，气驱技术取得长足进步，创新发展了非完全混相驱油理论，二氧化碳驱试验提高采收率10~25个百分点、烃气重力驱试验提高采收率25个百分点以上、空气泡沫驱试验提高采收率10个百分点以上。

  下一步，气驱技术的攻关方向是立足低渗透、超低渗、非常规油藏三类开发对象，重点推广CCUS技术，加强空气驱、天然气驱试验攻关，尽早实现不同气驱技术定型，实现气驱年产量达到1000万吨，采收率提高14~25个百分点。

  中国工程院院士李阳介绍，中国石化建成百公里百万吨级超临界压力长输管道，将浓度99%以上密相二氧化碳输送至15座注入站，通过“首台（套）”高压密相注入泵注入地层，实现高压混相、连续自喷，并在采出端建立两座集中处理站，对采出液进行脱碳处理，对产出气中的二氧化碳进行回注，首次实现石油石化行业二氧化碳工业化全流程密闭利用封存。

  中国石化建立了二氧化碳高压混相驱油与封存理论技术，破解了“轻烃含量低混相难、非均质性强易气窜”的技术难题，示范区平均地层压力已提高10.1兆帕，恢复至32兆帕，整体实现高压混相。预计15年累计增油300万吨，采收率提高11.6个百分点，达到24.1%。

  中国石化还攻克了采出液中二氧化碳分压高、含水率随区域变化大、集输半径较小的难题，建立了产出气回收回注模式，实现二氧化碳循环利用，确保“油不落地，气不上天，水不外排”，采出液实现全程密闭集输处理，二氧化碳理论封存率达到100%。

  建立了空-天-地-井四位一体环境监视测定系统，创建不同安全等级区域、不同开发阶段监测布点优化方法，实现优化布点与动态监测同步。完成监测点位布设504个，获取了注入井、油井、管线等周边大气、土壤气、浅层地下水环境监视测定值9000多个，对比背景值监测结果均无异常。

  整个示范区截至目前累计注入封存二氧化碳130.3万吨；2024年预计产油14万吨，未来年产油量将逐年增加；将率先实现CCUS项目产业化运营，拥有非常良好的经济效益与发展前景。

  微纳米气泡是以水为连续相、气为分散相的均匀稳定体系，以分散的形态进入不一样的形状、大小的微小孔隙内，微气泡本身也随之不断发生形变，发挥气体弹性能量微观驱油作用，携带剩余油和改变渗流方向，最终提高采收率。

  2020年，在长庆油田开展一期4注19采试验，中心井日产油由0.2吨升至最高1.5吨，含水率由92.3%降至最低73.2%，试验井组自然递减率由10.5%降至6%，含水上升率由1.8%下降至-0.5%，试验区阶段累计增油超万吨，正在开展16注68采试验。

  微纳米气泡驱技术用于低渗油藏比水驱提高采收率8~20个百分点，前景广阔。该技术工艺流程简单、不添加化学剂、持续见效周期长，实施成本低；采用纯物理方法发泡，成分仅有气体和水，绿色环保；与其他技术兼容性好，可采用二氧化碳、氮气、烃类气、烟道气及各类改性水。下一步，要加强气泡稳定性及注入工艺与参数优化研究，尽可能提高采收率。

  中国石油研究之后发现，陆相原油富含的碳1~碳15组分也具有与二氧化碳较强的传质与混相能力，国外认为仅碳2~碳6组分起作用，这大幅度提高了陆相沉积油藏二氧化碳混相驱的潜力。

  研究揭示了原油与二氧化碳互溶后环状和带支链烃类组分对原油膨胀贡献更大，明确了大PV（孔隙体积）循环注二氧化碳可更大幅度提高采收率的技术方向，揭示了气驱动用微观孔喉机理，基质岩芯持续注气可有效动用0.1微米以下微小孔隙，微裂缝岩芯持续注气可有效动用0.1~1微米小孔隙。

  中国石化研究之后发现，通过大幅度的增加油藏压力，能大大的提升中重组分的混相能力；打造高压驱动体系，可以增大小孔隙中的原油动用程度；控制前缘压力、做到均衡驱替、消减气窜影响，可以大幅度提升采收率和封存率。

  控制气窜、扩及体积是陆相非均质油藏二氧化碳驱油规模应用面临的明显问题之一，利用多维度二氧化碳调驱体系评价方法，根据强化WAG（气水交替）多相耦合、孔喉匹配、逐级扩大的二氧化碳波及体积新机理，研制出酸增稠、耐酸泡沫和原位乳化等三种强化WAG化学剂体系，室内试验评价在水驱和二氧化碳驱基础上可再提高驱油效率12.76个百分点。

  目前，正在吉林油田黑125区块开展泡沫强化WAG调驱试注试验，已初步见到明显的效果。泡沫强化WAG可明显降低气油比、抑制气窜能力，具有大幅度提高二氧化碳驱油效率的潜力。

  顶部注天然气稳定重力驱包括组分传质混相提高驱油效率、重力分异扩及体积等，与常规水驱油、气驱油相比，可以更大幅度提高原油采收率。

  塔里木油田形成了天然气顶部重力驱配套技术，同时将天然气顶部重力驱与储气库建设结合，实现了驱油和天然气调峰保供双重功能。矿场试验表明，原油产量提高了3倍，中心井组提高采收率近30个百分点，已累计注气7.6亿立方米、产油114万吨、储气5.1亿立方米，天然气调峰保供能力超过100万立方米/日，成效显著。

  塔河油田是我国第一个古生界海相亿吨级大油田，油藏类型为岩溶缝洞型油藏，具有埋藏深、非均质性强、流动规律复杂、高温高盐的特点。

  中国石化在精细刻画缝洞储集体的基础上，通过建模数模一体化剩余油定量表征，形成了构建空间结构井网、注氮气提高采收率等技术，典型单元采收率提高8个百分点以上。该技术覆盖地质储量超5亿吨，2023年增油107万吨。