国外聚合物驱油技术研究及应用现状

金亚杰.

(大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712)

国外聚合物驱油技术研究及应用现状

金亚杰.

(大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712)

化学EOR方法中，聚驱的应用一直居于首位。但高成本和低油价等因素限制了聚驱的应用，自20世纪90年代以来，除中国外，世界各国的聚驱产量均很少。近年来，随着聚合物浓度和成本的降低，加上产量需求，对聚驱的关注逐渐升温。为了了解国外聚驱研究进展及应用效果，本文从聚合物驱项目数量、项目成功率、储层岩性、提高采收率等方面对以往的聚合物驱项目进行了统计分析。对聚合物驱项目的新旧筛选标准进行了对比分析，新筛选标准表明，在油藏温度小于98.9 ℃、原油黏度高至5000 mPa·s、重度低至12°API、渗透率高达5500 mD、埋深2865 m的油藏中，都可以成功应用聚驱。聚驱应用现状方面，重点研究了加拿大和美国的聚驱应用情况。加拿大西部聚合物驱项目数量不断增多，成功率也越来越高，尤其是在稠油和油砂区效果显著。美国近年来聚合物驱油项目较少，但在应用聚合物调剖方面有较大发展。此外，其他国家也有不同程度的聚驱应用。

聚合物驱；筛选标准；应用现状；稠油聚驱；低矿化度聚驱

1 聚合物驱项目统计分析

根据美国《油气杂志》(Oil & Gas Journal)自1974年起每两年发布一次的世界提高原油采收率(EOR)调查可以清楚地看出世界聚合物驱项目数量的变化趋势(图1)。值得注意的是，在1994年以前，中国和苏联的大部分作业者并不向“世界EOR调查”提供信息。

图1 1978—2012年世界EOR调查中统计的聚合物驱项目数量Fig.1 Number of polymer flooding projects in the world EOR survey, 1978-2012

从聚合物驱项目数量的变化情况来看：

(1)20世纪70年代聚驱研究仍然呈上升态势，并于80年代达到历史高峰期，1986年的聚合物驱项目数量比1984年增加了67.9%。

(2)1986—1988年间，聚合物驱项目数量大幅降低，原因是1986年停掉了未能实现增产的40个聚合物驱项目。

(3)1988—1996年，聚合物驱项目数量持续减少，原因是油价降低。这一时期，聚合物驱项目因聚驱成本太高而未能实施。

(4)21世纪初，原油价格开始上涨，刺激了各公司提高采收率。值得注意的是，根据2008年的EOR调查，聚合物驱项目仍有23个(中国19个、印度1个、阿根廷1个、美国1个、加拿大1个)。由于中国的化学聚驱技术已成熟配套，工业化应用规模较大，而且中国有几年未响应世界EOR调查的更新，因而该杂志自2010年起发布的EOR调查中已不包含中国的项目，仅收录了2个聚合物驱项目，这两个聚合物驱项目在2012年仍在实施。2014年的世界EOR调查中聚合物驱项目数量增加到5个(不含中国)[1]。

从聚驱应用的成败情况看，成功率约为63%(303个项目成功，65个效果较差，113个未评估)。当然，也有些项目效果较差，其原因有技术因素、经济因素甚至政治因素。技术因素包括(但不仅限于)：聚合物的有效性、聚合物对地层温度和地层水矿化度及硬度的抵抗能力、聚合物段塞尺寸不够、油藏非均质性(意想不到的大孔道)、注入能力问题，以及环境控制。聚驱的经济效益严重依赖投资、收益率、操作成本和化学剂成本，以及原油价格。65个效果较差的聚合物驱项目中有48个是在1986—1988年间实施的，一般认为项目失败主要是当时油价骤跌导致的，低油价导致聚合物驱项目没有经济效益。

从聚驱应用的油藏岩性方面来看，聚合物驱项目在不同类型的地层中均得以应用。其中，77%以上(314个项目)的聚合物驱项目是在砂岩油藏实施的，20%(82个项目)是在碳酸盐岩油藏实施的，其他岩性地层的聚合物驱项目数量(10个项目)低于3%(注：有些项目未给出地层类型)。

从聚驱提高采收率情况来看，20世纪90年代以前美国一直是聚驱应用大国，美国于 1964 年进行了第一次聚合物驱矿场试验，随后在 1964—1969 年间实施了 61 个聚合物驱项目，并于1986 年达到高潮，进行中的聚合物驱项目共有183 个，其中55.7%取得了明显的经济效益。除美国以外，苏联的奥尔良油田和阿尔兰油田，加拿大的Horsefly Lake 油田、Rapdan油田，法国的Chaterenard 油田以及德国、阿曼等国的部分油田都进行了聚合物驱矿场试验，原油采收率提高了 6%～17%[2]。此外，Pope测量的聚驱成功率为5%～30%[3]。朱友益等人报道了中国各种化学驱的成功，聚驱提高采收率7%～15% OOIP[4]。Mogollon和Lokhandwala引用的聚驱提高采收率系数为5%～15%[5]。整体来看，世界范围内的聚驱提高采收率范围值为5%～30%。

2 聚合物驱油藏筛选标准

2.1 旧筛选标准及存在的问题

过去20年里，许多研究人员发表了不同的EOR技术筛选标准，汇总结果见表1[6-12]。

许多文献中论述的聚驱筛选标准都是根据《油气杂志》中“世界EOR调查”公布的数据进行分析后提出的。该调查中收录了世界范围内的481个聚合物驱项目，但其数据存在很多问题，比如项目数据异常、项目数据重复、数据前后矛盾、数据缺失等。而之前研究中并未对该调查中的数据质量进行提升。因而，之前的筛选标准还需进一步修正。

2.2 新筛选标准

Laila Dao Saleh等人对1979—2012年世界EOR调查数据进行了清理，在筛选并去除重复的、严重矛盾的和缺失的数据记录后，仅剩下250条项目记录。数据清理之后，利用图解法和统计法对数据集进行显示和归纳总结，从而得出了新的筛选标准。修正后的新筛选标准表明，在油藏温度小于98.9℃(210℉)、原油黏度高至5000 mPa·s、重度低至12°API的油藏中，可以成功应用聚合物驱。新筛选标准见表2[13]。

表1 聚驱筛选标准汇总

表2 EOR调查数据集中聚合物驱项目的筛选标准

2.3 新旧标准对比分析

(1)新筛选标准中的最高温度是98.9℃(210℉)，而之前其他标准中的温度均小于93.3℃(200℉)。聚驱最常用的聚合物是水解聚丙烯酰胺(HPAM)，由于存在降解作用，HPAM的黏度会随着温度的增加而逐步降低。然而，如果聚合物伴有疏水基，那么该聚合物对温度的抵抗力会比其他聚合物强。这是因为疏水缔合作用是一个熵驱动的吸热过程，因而高温会促进疏水缔合作用。室内实验显示，通过改变不同单体聚丙烯酰胺可以使聚合物保持稳定温度121.1℃(250℉)。总之，新研发的聚合物比以往的聚合物更适合高温油藏。另外，在低矿化度和低浓度二价阳离子溶液中，聚合物的黏度在高温情况下更稳定。

(2)聚驱可用于原油黏度达到5000 mPa·s的稠油油田。原油黏度越高，越需要黏度高的聚合物改善流度比，降解更多的原油。在3种条件下可以获得高黏度聚合物：高分子质量聚合物(可以保持低浓度[14])、高浓度聚合物(可以保持同样的分子质量)[15]、用低矿化度合成水制备聚合物[16-17]。增加聚合物黏度会降低注入能力，因此，如果储层流度比低，则需要用水平井和水力压裂井口附近地层的方法来满足注入能力的需求[18]。

(3)聚驱已成功用于渗透率超过5500 mD的油田。近几年的室内实验结果表明，聚驱在高渗透率油田提高采收率的幅度更大。新筛选标准中的最低渗透率为0.6 mD。从技术角度来说，聚驱(尤其是分子质量高的聚合物)不能在渗透率低于10 mD的储层流动，因为聚合物的分子过大不能通过孔喉通道。然而，在聚驱油田实例中有13个油田的渗透率低于10 mD，其中9个为碳酸岩盐油田，渗透率范围在0.6～9 mD；4个为砂岩油田，渗透率范围在1.3～6.6 mD。

(4)聚驱适用于埋深2865 m的油藏。其他的筛选标准显示油藏埋深超过2743 m不适合聚驱。油藏深度是必须考虑的，因为聚合物对储层深度敏感，除非把温度作为储层深度的一个反映加以考虑。

(5)聚合物驱项目一般都要求分析敏感性。近年来，海上油田也开始实施聚驱，但面临几个挑战：无法获取淡水来配备聚合物溶液、井距大、平台空间有限、地面设施和环境需求等。这些难题要求聚合物必须在水中速溶、具有高耐盐性，并且不污染环境。

(6)水矿化度和储层非均质性是决定聚合物驱项目成败的两个重要参数。水矿化度和二价离子浓度高严重降低HPAM的黏度和耐热性。此外，HPAM聚合物溶液的剪切降解在敏感性高的地层水中更严重。因此，大部分聚合物溶液都是用淡水或低矿化度水制备的。聚驱的主要机理是降低流度比，改善驱油效率。但是如果储层的非均质性比较严重，聚合物就会过早突破。Tyler和Finley提出在低到中等程度的非均质储层注入聚合物更成功[19]。Du和Guan认为成功的聚合物驱项目应该选择戴克斯特拉—帕森斯渗透率变异系数在0.28～0.80之间的油藏[20]。

(7)某些参数拓宽了聚驱的油藏应用范围：用高黏度聚合物驱替高渗透率、高原油黏度的油藏，使聚驱扩展到了稠油油藏；低矿化度和低硬度地层水制备的聚合物，增强了耐高温性，使聚驱扩展到了高温油藏。

3 聚合物驱应用现状

3.1 加拿大

近几年，聚合物驱技术在加拿大西部的应用越来越多，成功率也越来越高，尤其是在稠油和油砂区。主要原因一是迫于产量需求必须从成熟水驱油田中获取更多产量，二是来自世界其他油田成功化学驱的激励。加拿大西部(主要是阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省)大量稠油和中质油主要是通过水驱开发的。该区239个稠油水驱油藏(原油重度为22°API或更低)的地质储量为1327×104m3OOIP，所占面积相当于稠油总面积的22%。中质油(22～31°API)的开发更为依赖水驱，271个水驱项目，其地质储量为897×104m3OOIP，代表了阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省中质油总量的32%。所有上述水驱油田都已老化。萨斯喀彻温省研究委员会(简称SRC)建立了一个加拿大西部稠油和中质油水驱数据库。研究中的176个水驱项目中，有85个项目的含水率超过95%，作业者积极寻求各种化学驱开发方式。

2011年，加拿大西部的32个聚驱产油量超过1.6×106m3，2012年上升至1.7×106m3。此外，2012年还批准了一些新聚合物驱项目，至少包括430口新井。这32个聚合物驱项目取得了大范围的成功。在过去1～9年的时间里，不同聚合物驱项目的提高采收率范围在0.5%～14%(世界范围内的聚驱提高采收率值为5%～30%)，加权平均值为1.6%[3]。当然有许多项目正在进行中，有些项目刚刚实施了1年，这些提高采收率数值仅能代表截至数据采集时的产量。毫无疑问的是，加拿大的聚驱实现了较好的增油效果，而且含水率有所下降。32个聚合物驱项目中有16个项目降低了水油比(WOR)。利用聚合物驱成功驱替了高黏原油(死油黏度最高达5000 mPa·s)和低重度原油(低至15°API)。

加拿大西部的聚合物驱项目所用的聚合物类型基本相同，除了2个特例以外，其他项目均使用的是标准的聚丙烯酰胺。其中有19个项目较详细地阐述了聚合物类型，只用到了3种不同的聚合物，分别为：Ciba Alkoflood 1275A、 SNF Flopaam 3630S，以及SNF Flopaam 3330S。而影响加拿大西部聚驱成败的重要因素是注入量和注入速度，还包括水平井，尤其是注入井及水质。水质是主要问题之一，许多项目的成功可归结于很好地处理了操作问题，而非项目概念或设计问题。

加拿大最成功的聚合物驱项目是CNRL和Cenovus公司的Pelican Lake项目，目前产量为8400 t/d，大部分产量来自聚合物驱，此外还有Husky Oil公司的Tabor South项目、BlackPearl公司的Mooney项目和Murphy Oil公司的Seal项目等[21-22]，参数见表3。

表3 加拿大典型聚驱油藏参数

3.2 美国

20世纪90年代以前美国一直是聚驱应用大国，自20世纪80年代美国化学驱达到高峰以后的近20多年内，化学驱在美国运用越来越少(图2)，近年来很少出现聚合物驱油项目，根据2014年“世界EOR调查”，美国仅有一个聚合物驱项目，即北Burbank油田。值得一提的是，该油田在20世纪80年代进行了商业聚驱，它证明化学驱方法在提高成熟盆地采收率方面可能仍然具有较大潜力。北Burbank油田于2007年再次开始在19个井网注聚合物。

尽管美国的化学驱应用规模在3次采油中占的比例很小，但美国能源部对提高采收率的基础研究仍十分重视：①重点放在流体深部转向技术上，即凝胶或沉淀型调剖上。其中新的深度调剖体系(胶态凝胶CDG)近几年受到普遍关注，多数矿场试验获得成功。②加强了在高分子物理、高分子化学、流变学等学科上的研究，表面活性剂-聚合物的相互作用、吸附损失等界面化学问题一直在进行理论研究。③在化学剂合成领域开发了多种耐温耐盐聚合物，在表面活性剂合成方面向高效廉价、耐温、抗盐方向发展。④通过识别诊断和图像系统研究油藏岩石性质和岩石、流体相互作用对采油过程的影响，并探讨如何应用新认识提高采收率。

3.3 其他国家

目前，中国是最大的利用化学EOR项目驱油的产油国，世界最大的聚合物驱项目是中国大庆油田的聚合物驱。根据 “世界EOR调查”，除了中国、美国和加拿大以外，在阿根廷(EI Tordillo油田)、德国(Bockstedt油田)、 委内瑞拉(Furrial油田)、印度(Jhalora油田)等多个国家在进行聚合物先导试验项目或大规模聚合驱油项目。其他国家报道的聚合物驱项目还包括巴西的Carmopolis、Buracica及Canto do Amaro油田[23]。印度Sanand油田在全油田范围内实施了聚驱[24]。阿曼在Marmul油田进行了聚驱先导试验，并于约20年之后进行了大规模应用[25]。此外，巴西Voador海上油田、埃及Belayim Land、澳大利亚Pirawarth油田也宣布计划进行聚合物驱项目。Shehata等人统计了除加拿大之外其他地区之前的聚合物驱项目，见表4[26]。

图2 美国历年化学驱项目数量变化图Fig.2 Quantitative change of chemical flooding projects over the years in the United States

油田深度/m厚度/m含油饱和度/%渗透率/mD温度/℃黏度/(mPa·s)聚合物浓度/ppm水矿化度/ppm段塞/pv采收率/%安哥拉Dalia—100．0～119．825．0100～600047．811．070025000—3．0～7．0俄克拉荷马SleepyHollow—3．424．0258037．824．07507180．4808．0尼日利亚NigerDelta——39．0100～600054．416．0500～150020000—7．0阿曼Marmul292．66．130．01500046．180．0100030000．63015．0中国渤海湾579．1～731．538．126．550～48037．830．0～450．0500——3．0中国大庆1199．1100．0～119．820．0～30．050～500045．09．0～10．0500～25005000～70000．60015．0中国喇萨杏613．0～1711．1—17．0～27．0200047．2～53．38．0～10．0—5000～7000—10．0俄克拉荷马NorthStanleyStringer883．9—18．030040．62．2100～600—0．024～0．0703．1WestSelmekCrook县．WY2206．88．220．064762．212．320077500．1504．4TaberManivilleSouth984．5—26．0210735．058．0360～500—0．2002．0

4 结论

(1)通过对以往聚合物驱项目的统计分析可以看出，聚驱在技术和经济上都是成功的，虽然在低油价和高成本等因素影响下聚合物驱项目数量在当前各项EOR项目中所占比例较少，但其应用前景广阔。从目前聚驱相关报道看，世界范围内的聚驱提高采收率范围值为5%～30%。

(2)聚驱的油藏应用范围在不断拓宽：用高黏度聚合物驱替高渗透率、高原油黏度的油藏，使聚驱扩展到了稠油油藏；低矿化度和低硬度地层水制备的聚合物，增强了耐高温性，使聚驱扩展到了高温和高矿化度油藏。目前的聚驱筛选标准表明，在油藏温度小于98.9℃、原油黏度高至5000 mPa·s、重度低至12°API、渗透率高达5500 mD、埋深2865 m的油藏中，可以成功应用聚合物驱。

(3)从聚驱应用国家来看，国外聚合物驱项目主要集中在加拿大，尤其是加拿大西部的稠油和油砂区效果显著，过去1～9年的时间里，不同聚合物驱项目的提高采收率范围在0.5%～14%，利用聚驱成功驱替了高黏原油(死油黏度最高达5000 mPa·s)和低重度原油(低至15°API)。美国聚合物驱油项目较少，但在应用聚合物调剖方面有较大发展。此外，印度、印尼、阿曼、阿根廷、巴西、澳大利亚、德国等国也有不同程度的聚驱应用。

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Progress in Research and Application of Polymer Flooding Technology Abroad

Jin Yajie

(ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofDaqingOilfieldCo.,Ltd.,Daqing,Heilongjiang163712,China)

Polymer flooding has been the most applied chemical EOR method. However, the high cost of chemical additives and low oil prices limited its use, and since the 1990s oil production from polymer flooding has been negligible around the world except for China. Recently, with the advance of low concentrations and low cost of chemical additives, combined with the necessity of earning more oil from mature waterflood, polymer flooding projects are becoming increasingly popular. In order to get a better understanding of the polymer flooding progress, a statistical analysis was made on the quantity, project success ratio, reservoir lithology and enhanced recovery factor based on previous polymer flooding projects. The updated screening criteria were compared with the previously published criteria, and their differences were analyzed. The updated criteria show that a polymer flooding project can be successfully applied in a reservoir with a temperature of less than 98.9℃, an oil viscosity up to 5,000 mPa·s, gravity lower to 12 °API，permeability up to 5500mD and depth of 2865m. The application of polymer flooding abroad was investigated especially in Canada and the United States. Polymer flooding is becoming increasingly more common and more successful in western Canada，particularly for heavy oil and in the oil sands regions.The United States has less polymer flooding projects but it focus on the profile control using polymer. In addition, other countries also have different levels of polymer flooding applications.

polymer flooding; screening criteria; polymer-flooding progress; heavy oil polymer flooding; low-salinity polymer flooding

中国石油天然气股份有限公司“十二五”重大科技专项(2011E-2501)资助。

金亚杰(1980—)，工程师，2005年毕业于佳木斯大学外语学院英语专业，主要从事石油情报调研工作。邮箱：jinyajie@petrochina.com.cn.

TE355

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