石油钻采提高原油采收率.docx
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石油钻采提高原油采收率
前言
我国加入“WTO”后，石油钻采和石油化工设备制造业的市场发生了变化，在市场全球化大背景下，如何融入国际大市场参与世界同行业的竞争，是各企业面临的生死存亡问题。
为提高竞争力，行业中各企业纷纷在产品的技术水平、产品质量、企业结构调整、基本建设、技术改造、采用国际通用标准、开拓国际市场上下功夫，成果十分显著。
一、石油钻采设备技术水平取得突破
近年来，我国许多企业的产品技术水平取得突破。
一批列入国家重大技术装备创新项目的石油设备研制获得成果：
宝鸡石油机械厂研制的ZJ70DB钻机，采用全数字控制交流变频等多项新技术，进入国际先进钻机行列；宏华公司研制的ZJ40DBS钻机，填补了国内空白，达到国际先进水平；江汉石油四机厂研制的2000型成套压裂设备通过鉴定，填补了国内空白，达到国际先进水平。
此外，山西永济电机厂研制的YZ08、YZ08A石油钻井直流电动机由国家科技部授《国家重点新产品证书》；江钻股份有限公司积极开展技术创新，与国内大专院校、科研机构以及国际间的技术合作，获得“单牙轮钻头”等国家专利21项。
该公司现共拥有国家专利56项，美国、伊朗专利5项。
极大地提高了核心竞争力。
荣盛机械制造有限公司研制成功F35-105防喷器，能满足深井、超深井钻探的井控工艺要求，填补了国内空白，达到国外同类产品先进水平。
至此，经过多年的努力，我国已有能力实现对防喷器生产的全系列覆盖。
该公司研制成功高压注水井带压作业装置，有效地解决了油田中后期开发过程中高压注水井带压作业的重大技术难题；宝鸡机械厂下属公司研制成功的BSJ5080TSJ60油田专用试井车体积小、用途广、适应性强；华北油田第一机械厂研制的新一代节能抽油机获得中国、印尼、和加拿大三国专利；胜岛石油机械厂成功推出液压反馈式抽稠油泵、长柱塞防砂泵、高效旋流泵三种抽油泵；华北油田大卡热能技术开发公司研制的ZXCY系列直线电机抽油机通过河北省产品鉴定。
该机达到国际先进水平，重量和占地面积仅为常规抽油机的50%，且节能效果很好；在海洋石油方面，胜利油田自行建成我国国内最大吨位的海上石油钻井平台——赵东一号、生产平台——赵东二号主体结构，胜利油田钢结构承造能力达到国际水平；兰石国民油井公司承包建造的重达1700吨的南海油田自升式井架钻井模块于3月23日完成陆地建造。
该钻井模块用于香港正南20公里海域的南海油田作业的番禹4—2和5—1项目。
井架可以依托安装在井架下端的导向轮滑行分段起升，无须重型起重设备，在海洋设备安装中具有很大的优势。
进来，由中石油管道局承担的“大口径弯管及装备国产化研制”、“西气东输工程用感应加热弯管技术条件”、华北石油第一机械厂承担的“大口径感应加热弯管制造工艺的研究”、吉林化建有限责任公司承担的“感应加热煨制X70钢级、直径1016大弯管工艺研究”4项课题通过中石油鉴定，技术条件达到国际同类标准的先进水平、产品达到国内先进水平。
胜利油田研制成功我国第一台大口径管道全自动开孔机，满足管道、容器带压下开孔、接口、碰头等施工作业。
中石油管道局为西气东输工程组织开展了125项科技攻关，其中“PAW-2000型管道全位置自动焊机”“PFM3640管道坡口整形机”“PPC3640管道气动内对口器”技术性能达到或超过国外同类产品水平。
总体来说，我国石油钻采设备技术水平已达到一定水平。
二、化工设备的科研新产品取得较大成果
经过多年发展，我国化工设备的科研新产品取得较大成果。
由我国自行设计制造的350万吨/年重油催化裂化装置在大连石化一次投料试车成功，标志着我国拥有自主知识产权的催化裂化成套技术，具备了世界级大型催化裂化装置的工程设计、制造和建设实力。
由中石化工程建设公司、一重、齐鲁石化共同设计制造的千吨级加氢反应器通过中石化技术鉴定，标志着我国迈入大型加氢反应器设计与制造商行列。
由中石化和美国鲁姆斯公司合作开发的10万吨/年大型乙烯裂解炉已在中石化各乙烯装置中使用。
正在共同着手开发单炉生产能力15～18万吨/年大型乙烯裂解炉，以满足建设百万吨级大型乙烯装置的需要。
杭州制氧机厂设计制造的乙烯冷箱在燕化71万吨/年乙烯装置运行正常，实现了大型乙烯冷箱国产化，达到国际先进水平。
沈阳鼓风机厂制造的上海石化70万吨/年乙烯装置裂解气压缩机2002年4月12日正式投料运行，达到国外机组水平。
由合肥通用机械研究所承担的国家重大技术装备国产化创新项目：
1万m3天然气球罐研制成功。
填补了国内空白。
由茂名石化设计院设计、茂名石化建设公司施工的12.5万m3原油储罐在茂名兴建，是目前我国最大的原油储罐。
南化机成功制造国内最大的年产45万吨合成氨、80万吨尿素的关健设备—二氧化碳吸收塔。
抚顺机械炼化设备有限公司设计制造的螺旋折流板换热器通过专家鉴定，达到国内先进水平。
辽阳石油化纤公司机械厂研制成功聚酯装置用重型压力离心机，达到国外同类产品水平。
三、产品质量不断提高
国内各企业在努力提高产品技术水平的同时也在不断提高产品质量，如华北石油一机厂为保证其专利产品异型游梁式抽油机的质量，满足批量出口美国等的需要，打破常规，配套产品由原来招标改为联合国内几家获得国际API资格的厂家进行共同攻关，发挥联合优势叫响国产品牌；山西永济电机厂的石油钻井直流电动机由中国质量协会、全国用户委员会授予《全国用户满意产品》称号。
在市场竞争中形成了一些产品质量好、受到用户欢迎、市场占有率不断上升的专业厂。
如：
荣盛机械制造有限公司防喷器产品占据国内市场80%销售份额，跻身于世界4大防喷器制造商行列；江苏阜宁宏达石化机械制造有限公司是一家地方小厂，公司推出的四款新采油工具QS型系列可取式桥塞、KYLM型系列液力锚、DS90-Y241型组合式油层保护封隔器和Y341型系列软卡瓦封隔器，大大提高了采油作业的成功率，降低了油田生产成本，受到油田用户的欢迎。
山西永济电机厂生产的直、交流系列石油钻井电动机已达30多种，国内油田钻机所用配套电机的98%来自该厂。
四、国际通用标准和信息化受到重视
北京石油机械厂获得API16D会标使用权（API16D是美国石油学会关于钻井控制设备控制系统规范），北京石油机械厂是国内第一家、世界第九家拥有API16D会标使用权的厂家。
经过近15年的努力，全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会已形成了面向陆上和海上石油勘探、钻采设备、材料标准体系。
现行有效的国家标准中，等同等效采用国际标准和国外先进标准的有27项。
目前，我国通过API认证的石油设备制造企业已达196家。
宝鸡石油机械厂已获得API认证达8大类55项，是我国取得API认证最多的石油设备制造企业。
为我国的石油机械装备进入国际市场打下了坚实的基础。
为了实现世界级制造商的目标，江钻股份公司一直把信息化建设摆在十分重要的位置。
江钻股份公司信息化系统的成功开发应用，大大提高了在全球一体化市场竞争中的生存与发展能力。
2002年成为湖北省制造业信息化工程重点示范企业。
五、企业结构调整取得较大进展
上海神开科技工程有限公司成功购并上海第一石油机械厂、上海第二石油机械厂、上海石油仪器厂、上海石油化工机械设备研究所等。
由上海神开科技工程有限公司参股60%、上海电器集团总公司参股20%、个人参股20%，成立上海神开石油化工设备有限公司。
宝鸡石油机械厂按照现代企业制度，建立规范的法人治理结构，成功改制为宝鸡石油机械有限责任公司；并全面启动耗资7000万元的钻机生产线技术改造项目。
具有50年历史，生产炼油、化工设备的抚顺机械厂与一些大中型国有企业一样，在竞争激烈的市场竞争中，步履蹒跚，举步维艰。
近年来，虽几经努力，但亏损不断加剧。
在得到员工的支持和认可、在市委、市政府指导组的协调指导下，采取国有民营策略，顺利实现企业转制；原华北石油二机厂的产品85%以上的市场在华北石油管理局外，由于体制的束缚，经营陷入困境。
2002年顺利完成了整体带资分流改制工作，新成立了河北华北石油荣盛机械制造有限公司。
六、石油钻采设备向海外进军取得成效。
江钻股份公司是世界石油钻头三强之一，石油钻头出口到美国、加拿大等19个国家和地区；宏华公司已交付中亚ZJ70D钻机5台，又新接中亚国家的10台ZJ50DBS电动钻机订单；南阳石油机械厂先后有7台3000米车装钻机随长城钻井公司和大港油田等用户赴墨西哥作业，其钻机性能给用户留下了良好印象。
2002年，750马力电动拖挂式钻机在墨西哥中标；中国石油技术开发公司向土库曼出口成套钻机及其外围设备；中原油田特车修造总厂石油钻采特车出口土库曼、格鲁吉亚、哈萨克；新疆石油局采研院研制的一批固井工具、抽油泵出口哈萨克；四川射孔器材公司批量射孔器材出口哈萨克等。
提高原油采收率的若干问题探讨
提高原油采收率从油田开发初期到后期，都是一直都被重视的主题。
在油价低的时候，国外的提高原油采收率工作陷入了低潮，现在虽然油价已经到了其它行业难以承受的地步，但是国外的提高原油采收率的工业化实施依然没有恢复，只有中国除外。
中国大规模的实施了聚合物驱的工业化，美国二氧化碳驱持续在增长。
中国油田很多个聚合物驱的区块进入后续注水阶段，如何进行聚合物驱提高原油采收率的问题在探索之中。
如果检索一下SPE会议论文中提高原油采收率的文献，中国人撰写的文章比例很大，尤其是在聚合物驱方面，这可以看出中国目前在世界上提高原油采收率领域中的位置。
国内在该领域主要是聚合物驱和CDG的文章，部分是关于ASP的。
一篇介绍中国提高原油采收率的文章中提到CDG的效果好于聚合物驱，R.Seright对此提出了质疑。
据报道，在中国，在条件良好的油藏情况下，聚合物驱在工业化应用中可以提高采收率14％OOIP，ASP在矿场实验中可以提高25％OOIP。
除了这些文献外，国外也没有停止对提高原油采收率的研究。
下面结合国外文献中披露的研究信息，以及结合我在提高原油采收率教学研究和实践中探讨一些问题。
一、驱油剂的研究
提高原油采收率，主要向地下注入化学药剂，这些药剂主要为聚合物、表面活性剂和碱。
进行聚合物驱的聚合物主要还是HPAM和GM。
近几年，一些科研机构对于表面活性剂进行更加深入的研究。
另外，对于碱也进行了部分研究。
1、表面活性剂
除了经典的石油磺酸盐外，OP系列的表面活性剂在提高原油采收率中也获得了应用，但是依然认为非离子表面活性剂由于耐温性在提高原油采收率中的应用会受到限制，虽然非离子表面活性剂在破乳中应用广泛。
在高盐中使用的表面活性剂，例如Alain选用了下面结构的表面活性剂，地层水含TDS110,000mg/L，二价金属离子含量为2000mg/L，注入水中含TDS60，000mg/L，地层温度55℃。
D.B.Levitt等人曾经对下列表面活性剂进行了筛选[D.B.Levitt，SPE100089，2006年]，我们看到用于提高原油采收率的表面活性剂种类已经被拓宽了，我们还可以看到非离子-阴离子表面活性剂是重要的考虑对象。
2、有机碱
在使用无机碱时，存在与地层水的配伍性问题。
目前，P.D.Berger[P.D.Berger，C.H.Lee，SPE99581，2006年]等人研究了在ASP中利用有机碱代替无机碱的问题。
有机碱的优点是耐盐，碱耗低等优点，与ASP的其它组分配伍良好。
由于节省了水处理的费用，在ASP的初期几年，用有机碱取代无机碱，总的费用反而会降低。
3、空气
空气驱，较氮气驱，不仅是节省了氮气分离的成本，同时包含了氧化的机理。
氧化的结果是产生热量，生气了一些新的物质，这些物质包括气体和可能的一些活性物质。
根据机理，可以分成四类：
混相－高温氧化，非混相－高温氧化，混相-低温氧化，非混相－低温氧化。
对于注空气是否有效，关键是研究这些机理是否有效的起作用，波及系数问题以及洗油效率问题。
提高原油采收率的机理主要包括混相和氧化机理，以及非混相机理。
对于氧化机理重要的情况下，我们明确的知道，化学反应与原油的具体组成密切相关，原油的反应活性是决定性的，因此在一个新的区块或者油田进行空气驱时，一定要进行针对性的实验。
二、如何提高聚合物驱的效率？
1、防窜
如果地层中存在大孔道，或者地层的非均质性严重，则聚合物驱时聚合物溶液有可能过早的突入到油井。
可以在注聚过程中加入交联剂来生成冻胶封堵大孔道，也可以注聚前先注入阳离子聚丙烯酰胺，这些聚丙烯酰胺预先吸附在大孔道岩石的表面上，带有负电荷的聚合物分子可以通过静电相互作用来封堵这些大孔道。
2、提高驱油效率的研究
聚合物是提高原油采收率中最成功的方法（热采除外），聚合物驱提高原油采收率的机理是提高驱油剂的波及系数。
这是基于均质油层提出的。
（1）在地层非均质的情况下，如何进一步发挥作用？
（2）如何突破聚合物溶液体系提高驱油机理的认识？
在1980s，郭尚平等人发现，聚合物不仅可以提高波及系数，而且可以提高洗油效率，王德民等人从聚合物的体相粘弹性上来解释聚合物溶液的洗油效率问题。
目前中国石油大学（华东）正在对聚合物水溶液的动态界面效应展开研究，期望揭示聚合物溶液提高洗油效率的本质，进一步提高聚合物溶液的洗油效率，从而进一步提高聚合物驱的效果。
三、聚合物驱后提高原油采收率的问题
在胜利油田，23个聚合物驱项目中，有12项目已经进入后续注水阶段，在后续注水阶段含水上升很快，如何进行进一步提高原油采收率是迫切解决的问题[汪庐山，注聚后进一步提高采收率技术研究，中国石油大学（华东）中石化采收率研究中心200年会光盘，青岛]。
1、提高宏观尺度的波及系数
聚合物驱只能解决一定程度上的波及系数问题，对于非均质性严重的地层，聚合物会沿着高深层突进。
聚合物溶液可以认为改变液流方向，但是这种能力会比较弱。
（1）地层残余物聚合物的再利用
聚合物驱后仍然存在一些未波及到的油层部位，这些部分的剩余油在封堵大的渗流通道后，驱油剂可以进一步波及到，因此调剖或者深部调剖是必然的一种想法。
中国石油大学（华东）赵福麟研究组将聚合物驱地层中的聚合物交联来进行调剖，获得了很好的效果。
（2）泡沫驱
泡沫，由于Jamin效应的存在，也可以实现聚合物溶液不能达到的波及系数的调整，中国石油大学（华东）也进行了研究[王其伟等，江汉石油学院学报，36
（1）：
105-107，2004年。
]。
2、提高微观尺度的波及效率以及洗油效率
聚合物驱相对于调剖剂或者调驱剂可以进入更低渗透率的地层，但是对于低渗透地层的不可入孔隙体积问题，依然是一个很重要的问题。
由于毛管效应的存在，聚合物驱后仍然存在表面活性剂驱的可能。
中国石油大学（华东）赵福麟研究组将聚合物驱后向地层注入高效洗油剂来进一步提高原油采收率获得了成功[赵福麟等，断块油气田，12（5）：
49-50，77，2005年。
]。
3、微生物驱油
微生物驱油的历史虽然可以追溯到很早，但是在大规模的矿场应用一直受到一些限制。
微生物虽然可以地层中产生聚合物、表面活性剂以及气体，还有一些堵塞物，由此可以看出微生物驱几乎涉及到了提高原油采收率的所有机理。
这些物质虽然都是提高原油采收率的基本物质，但是要在地层中真正实现其作用机理，还存在难度（数量够吗？
）。
而且，微生物的生存需要营养成分，有些营养成分需要向地层中输送，以及微生物的波及范围都受到波及系数的限制。
微生物驱，因此在国外通常用于油井报废前或者低产井的一种，几乎是最后的生产原油的一种手段。
因此，微生物可以作为聚合物驱后进一步提高原油采收率的一种措施。
4、二次聚合物驱
二次聚合物驱，也是一种可以考虑的措施。
二次聚合物驱时，重新调整了井网。
事实上，在不同的剩余油分布的情况下，再次考虑提高波及系数的方法。
四、稠油非热采方法
总结出的适合于热采的油藏条件：
我们从中可以看出，深部稠油不适合于注蒸汽，火烧油层目前成功率很低。
如何提高原油采收率？
在辽河油田，在地下粘度低于150mPa∙s的情况下，可以进行注水开发[刘其成，辽河油田研究院采收率研究所，私人通讯]。
但是对于高于150mPa∙s的油藏如何进行提高原油采收率工作？
经典的稠油开采方法是热力降粘开发方法，从电热杆井筒降粘，到蒸汽吞吐，以及到蒸汽驱，但是有些油藏不适合热采。
化学乳化方法可以实现稠油的降粘开采。
利用化学乳化方法实现稠油降粘，在地层能量可以把稠油驱动到井筒的时候，采用井筒乳化降粘的方法；稠油不能流入到井筒的时候，就采取多轮次化学吞吐；吞吐一定轮次之后，就进行乳化剂驱。
该项工作，中国石油大学（华东）石油工程学院正在研究中。
五、边水调剖技术
在边水调剖技术方面，中国石油大学（华东）研究了WI决策技术。
WI值的定义为油井产液中的含水率上升指数，由下式定义:
从上式可以看出，WI值为指定统计时间内由油井含水率随时间上升曲线所计算的平均含水率。
WI值可定量描述和评价油井含水上升速度，进而确定边水的主要入侵方向。
对于冀东高104-5区块，WI等值图见下图。
从上式可以看出，WI值为指定统计时间内由油井含水率随时间上升曲线所计算的平均含水率。
WI值可定量描述和评价油井含水上升速度，进而确定边水的主要入侵方向。
对于冀东高104-5区块，WI等值图见下图。
从WI等值图中可以看出：
①边水主要从北面和东面两个方向侵入油藏；
②北面侵入的边水，主要从西北方向进入油藏，此方向的边水侵入速度快，波及面积大；
③东面侵入的边水，主要从东南方向进入油藏，但此方向的边水侵入速度慢，波及面积小；
④高104-5区块的高部位已进入高WI值区，但一些低部位油井的WI值仍较小，说明边水侵入主要受渗透率控制而不是受构造高度控制。
根据油井的WI值等值图对边水调剖井作出如下选择，见下表。
*原注水井
再结合油藏和其它的动态、测试数据，得到第一批的井号，见下表。
选定的第一批边水调剖井
2000年5月～11月，高104-5区块进行第一轮边水调剖试验现场施工，施工累积注入各类调剖剂19012.1m3。
边水调剖受效区内共有油井34口，可对比井21口井，没有其它措施的有12口井明显见效，见效期间，12口井累计增油5819t，降水3.4×104m3。
边水调剖受效区13口作业较频繁的井，在边水调剖有效期间，有10口井产量明显上升，其中有6口井的措施增油效果受到边水调剖影响，排除相关措施的增油因素，共计增油1400t。
即边水调剖措施累积增油7000t左右。
考虑油井综合递减的情况下，边水调剖措施累计增油1.54×104t。
2002年4月27日开始实施第二轮边水调剖现场实验，累计注入17561m3液体，其中调剖剂14929m3。
调剖受效后，含水很快降低，平均含水由92.6%下降至84%；产油量也明显上升，日产油量由50t增加至120t。
不考虑自然递减因素，因调剖受效，老井日增油30t左右。
2000年和2002年进行了两轮边水调剖现场试验，为了进一步加大施工规模，2003年编制“高104-5区块整体边水调剖方案”，设计注入堵剂74504m3，并组织现场施工，从阶段施工效果看，效果依然良好。
序论
探讨
——目前提高原油采收率研究中的问题：
拿来主义与风险招标，高校研究部门的尴尬
不知道从什么时候开始，研究课题越来越少，越来越多的油田奉行“拿来主义”的解决问题的方式。
很多油田喜欢从把在其它油田有效的技术拿到本油田来用，而且主要是采取风险方式。
风险方式不是真正解决问题的办法。
油田，或者甲方的职能越来越变为管理者，技术味道下降。
在一些老的油田，技术力量相对齐全（造成了人多的后果？
），油田自己的技术人员，把油田中存在的问题归纳总结，形成一些具体的难题，然后交给专门的研究机构驱解决。
现在往往是，油田由于某种原因，或许是引入了“风险”机制的原因，把油产量下降，含水上升等之类生产现象作为招标的课题。
需要研究人员分析油田的大量的数据，然后找到根源，再去找到解决问题的方案。
事实上，专门的研究机构不应该比油田更了解油田的问题，而且专业面和时间都受到限制，这样不仅导致效率的降低，而且使得问题不能有效的解决。
对于石油高校来说，由于隶属部门变更或者油公司观念等原因，造成了软件和实验设备的缺乏和落后，这不仅造成了研究上效率降低，也造成了教学上的滞后。
例如Eclips软件在中石油全部门买断，但是中国石油大学（华东）却不包括在内，高校教师总不能拿盗版软件进行教学和研究吧？
如同Ali教授所主张的那样，目前，提高原油采收率更加需要细致的室内研究，因此高校研究部门应该起很大的作用，无论对于工业生产部门还是高校人才的培养方面。
结论
1、提高原油采收率是油田必经之路。
无论油价是高还是低，国内外的研究一直没有停滞，而且随着工业规模的实施，研究工作需要更加进一步的加强。
高校在提高原油采收率研究和具有越来越高水平的人才培养中应该发挥更大的作用。
2、提高聚合物驱油效果的技术是基于对聚合物驱油机理的深入研究为前提的，可以通过宏观尺度的波及系数和微观的洗油效率来实现。
3、聚合物驱后提高原油采收率的基本方法基于大尺度的波及系数的调整和微观波及系数的调整（提高洗油效率）为基本思路。
4、如其在聚合物驱后进行大尺度的波及系数的调整，还不如在聚合物驱中实现聚合物和调剖的协同效应的研究。
5、稠油的化学乳化降粘方法有可能成为稠油非热采开采稠油的有效方法。
6、WI决策技术用于边水调剖取得良好效果。
7、苛刻条件下的驱油剂的研究是目前研究领域的攻关重点。
附录
我国提高原油采收率技术又迈上一个新台阶
中油网消息：
（通讯员 焦念友）日前，由中国石油大学（华东）石油工程学院博士生导师赵福麟教授主持的、戴彩丽博士和王业飞博士后等人参加完成的“先进型油井堵水方法研究”项目通过了山东省科技厅组织的科技成果鉴定。
以中国科学院院士郭尚平、中石化股份公司何生厚副总工程师等专家、教授组成的鉴定委员会一致认为：
该成果提出的概念和方法具有创新性、先进性和实用性，总体达到了国际领先水平。
这标志着我国石油开发过程中提高原油采收率技术又迈上了一个新台阶。
该项成果是科研人员在分析目前油井堵水存在问题的基础上，提出的先进型油井堵水新概念，包含了油井区块整体堵水、深部堵水、选择性堵水、不同来水堵水和与其他措施结合的油井堵水5个方面，互相联系构成一个整体。
科研人员对先进型油井堵水5个方面进行了系统的试验研究，形成了选井决策参数的选择、合理堵水深度的决定、选择性堵水方法的建立、封堵不同来水的设计和油井堵水与化学剂吞吐结合等配套技术。
其中油井堵水与化学剂吞吐结合的方法具有原创性。
目前，先进型油井堵水新概念及其相应技术已在中石化、中石油和中海油等下属单位的胜利油田、冀东油田、新疆油田、南海油田、大庆油田和中原油田等6个油田进行了矿场试验，施工35井次，增油38227t，减水175255m3，平均投入产出比达到1∶4
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