大庆油田于1996年开始聚合物驱工业化应用，取得了显著的技术经济效果。聚合物驱后油层仍有50%左右的剩余油存留地下，仅大庆油田就涉及地质储量27.8亿吨，潜力巨大，但要开采这部分剩余油难度更高，国内外研究尚处空白,是油田开发世界级难题。 聚合物驱后油层与水驱后油层相比，主要面临四大难题：一是剩余油分布高度零散，相当于“水中找油”，赋存状态和分布特征刻画难度大，急需突破剩余油精准描述技术；二是优势渗流通道普遍存在，主要分布在厚油层内部且夹层不发育，层内找贼层，精准识别定位难度大，急需突破优势渗流通道精准识别定位技术；三是现有调堵剂“注得进堵不住、堵得住走不远”，还易伤害中低渗透层，难以实现优势渗流通道深度定点封堵，急需突破新型堵剂研制技术；四是采出程度高、驱油机理复杂，相当于“水中捞油，孔道刮油”，微观剩余油激活聚并难度大，急需突破驱油体系研发技术。 针对上述聚合物驱后油层开发难题，大庆油田自2010年开始成立了产学研一体化联合攻关项目组，进行了系统集成研究，“十二五”和“十三五”分别被列为国家级和集团公司级科技攻关重大专项（2011ZX05010-005,2016E-0207）。2019年9月在庆祝大庆油田发现60周年新闻发布会上宣布大庆油田开创了四次采油的先河，并获得重大技术突破。大庆油田进入聚驱后开采阶段地质储量达到27.8亿吨，平均采出程度只有50%左右，仍有50%左右的剩余油存留地下，进一步提高采收率潜力巨大。1、建立和发明了剩余油描述及检测技术，量化聚驱后宏观和微观剩余油分布特征，明确了聚合物驱后油层挖潜方向和微观剩余油激活聚并机制 （1）建立宏观剩余油量化描述技术，明确了聚合物驱后油层挖潜方向 聚合物驱后油层采出程度高，剩余油分布高度零散，如何找到相对富集部位对确定挖潜方向尤为重要。以往主要采用测井资料，基于沉积层序学理论，仅通过五级界面描述砂体展布和连通性，不能描述砂体内部夹层空间展布形态和其对宏观剩余油遮挡作用。 针对上述问题，在应用测井资料的基础上，充分利用聚合物驱前、后36口取心井资料，基于储层构型理论，通过五级界面到四级界面、三级界面的精细地质描述，明确了不同界面砂体内部夹层空间展布形态和其对宏观剩余油遮挡机制以及不同层位油层动用状况，实现了宏观剩余油从定性描述向空间立体量化描述的转变。 研究表明，纵向上，聚合物驱后油层强水洗段含油饱和度28.5%,剩余储量比例29.6%，中水洗段含油饱和度43.2%，剩余储量比例44.4%，弱未水洗段（薄差层）含油饱和度65.7%，剩余储量比例26.0%。中水洗段含油饱和度较高，剩余储量比例最大，是聚合物驱后油层的主要挖潜方向，主要依靠扩大波及体积和提高驱油效率的双重作用来挖潜。强水洗段含油饱和度很低，但高于残余油饱和度（20%）8.5个百分点，主要通过提高驱油效率进一步挖潜。弱未水洗段（薄差层）含油饱和度最高，由于渗透率低、波及差，仅比原始含油饱和度低5个百分点，主要通过扩大波及体积来挖潜。平面上，分流线剩余油相对富集，含油饱和度高于主流线4.4个百分点，可以通过改变液流方向挖潜分流线剩余油。 （2）首创微观剩余油系列定量化检测技术，明确了不同类型微观剩余油激活聚并机制 聚合物驱后油层由于化学剂在储层的滞留以及压力场和饱和度场发生了改变，致使驱油机理更复杂，研究微观剩余油激活聚并机制对油层再次开发至关重要，但首要任务是要解决微观剩余油定量化检测瓶颈技术。以往国内外的检测方法是基于岩样常温制片和蓝光激发二维成像。常温制片会破坏岩样初始状态，油水分布失真。蓝光激发采用绿色滤镜接收油水岩图像，原油呈黄褐色，水呈黄色，油、水、岩界面不清晰。以往二维成像技术只能对一个断面进行扫描，所观察到的只是不同类型微观剩余油含油面积及其所占比例，不能反映真实油量比例。 针对微观剩余油描述难题，基于激光微纳尺度成像光学理论，发明了微观剩余油系列检测技术，实现了从无到有，填补了国际空白。一是发明了岩样冷冻制片技术。通过冷冻制片，能够保持岩样中油水分布的原始状态，解决了常温制片油水分布失真的问题，见附件1。；二是发明了荧光显微镜紫外光激发二维成像技术。紫外光激发二维成像技术采用全波段滤镜接收图像信息，岩石呈现黑色，原油呈现黄褐色，水呈现蓝色，可以清晰区分油、水、岩界面，解决了过去油、水、岩边界不清晰的问题；三是发明了激光共聚焦扫描三维成像技术。激光共聚焦扫描显微镜采用点光源和针孔光阑，分波段检测和多层断层扫描，实现对岩石样品孔隙结构和原油形态的三维再现，解决了二维成像只能定性描述的问题。微观剩余油系列检测技术的发明，为研究微观剩余油的类型、赋存状态和如何激活聚并提供了重要技术手段。 应用上述发明技术研究表明，聚合物驱后油层微观剩余油可分为自由态、束缚态、半束缚态三种赋存状态和喉道状、角隅状、孔表薄膜状、簇状、粒内状、粒间吸附状、淡雾状、孔隙中心沉淀状、颗粒吸附状、狭缝状十种亚类型。聚合物驱后微观剩余油以束缚态和自由态为主，束缚态比例为43.8%，自由态比例为52%，半束缚态比例为4.2%。对于自由态剩余油，应以扩大波及体积为主来挖潜。对于束缚态剩余油，应以提高驱油效率为主来挖潜。岩心驱替实验及微观检测分析表明，高浓度聚驱、三元复合驱均可降低聚驱后自由态、束缚态剩余油，三元复合驱降低束缚态剩余油能力强于高浓度聚驱，比高浓度聚驱多降低7.1%。 2、发明了基于流线数值模拟技术的识别技术，量化描述优势渗流通道时空分布特征，实现了优势渗流通道封堵部位的精准定位 油层经过聚合物溶液的长期冲刷，优势渗流通道普遍发育，厚度占比20%，但吸液高达80%，致使驱替液低效无效循环严重。因此，优势渗流通道如何识别定位，对其实施深度定点封堵，实现油层均衡驱替极其重要。在世界范围内，以往采用剖面测试和生产动态等常规方法，由于资料少且不连续，优势渗流通道识别只能定性描述，一直没有取得实质性突破。 针对这一难题，系统集成精细地质、数值模拟、物理化学等多学科理论，发明了基于流线数值模拟技术的优势渗流通道识别技术。流线数值模拟法与常规方法对比，可给出井间小层导液量、井间注入流体的孔隙体积倍数和驱油效率。基本思想是将三维问题分解为一系列沿流线的一维问题，流体沿自然流线运移，保持了明显的驱替前缘和减少了网格方位影响，大幅度提高了模拟计算速度和精度。具体技术路线是，首先建立渗透率时变的数学模型（以往认为渗透率不随驱替流体注入体积倍数发生变化），再选取具备时间累积性和可量化性的井间注入流体的孔隙体积倍数和驱油效率、渗透率变化值和含水饱和度作为关键参数，依据各自权重大小建立了考虑多因素的优势渗流通道综合判识数学模型，据此计算优势渗流通道时空分布。与常规方法相比，具有识别准确率高、快速便捷、费用低廉的优点。 用建立的综合判识数学模型计算了典型区块优势渗流通道的时空分布特征，计算结果与实际连续剖面测试结果高度吻合。该项发明可精准确定聚合物驱后油层优势渗流通道封堵部位。 3、研制了低初粘可控凝胶调堵剂，深部高效封堵优势渗流通道，实现中低渗透率油层动用程度大幅提高 解决了优势渗流通道识别难题，但识别后如何高效封堵，成为了油田开发面临的又一大技术难题。以往在国际范围内，大多采用凝胶类调堵剂进行封堵，中国也借鉴这一做法，凝胶粘度往往高达2000Pa•s，难以注入油层深部，仅能在近井地带实现浅调，且污染中低渗透层，封堵优势渗流通道效果有限。 针对优势渗流通道高效封堵难题，基于高分子物理、化学合成和流体渗流理论，通过链构象收缩降低初粘、pH缓冲体系与强螯合配位体作用延长交联时间、增加交联密度点增加终粘等技术手段，成功研制出了低初粘可控凝胶调堵剂，实现了从跟踪仿制到中国创造的转变。与世界通用常规凝胶类调堵剂相比，初始粘度由2000mPa•s降至10mPa•s以内，成胶时间由几小时增至40天，最终成胶粘度2500mPa•s以上。低初粘可控凝胶调堵剂是新一代智能型调堵剂，能够像水一样自动寻找、靶向定位进入流动阻力较小的优势渗流通道中，由于成胶时间长，运移至油层深部后成胶，成胶后粘度大幅增加，实现对优势渗流通道高效封堵，且不污染中低渗透层。 开展了6注12采聚合物驱后油层低初粘可控凝胶调剖试验。调剖实施后，纵向上“堵高不堵低”，高渗层吸液比例由70.1%降到32.1%，中低渗透层由29.9%提高到67.9%。平面波及效果改善，堵前7个方向存在优势渗流通道，堵后3个方向完全封堵，4个方向推进速度大幅降低，新增2个波及方向。试验结果说明，低初粘凝胶高效封堵了优势渗流通道、提高了中低渗透层动用程度。 4、研发了“堵、调、驱”一体化集成驱油体系，均衡高效驱替聚合物驱后油层，实现四次采油现场试验提高采收率12个百分点 聚合物驱后油层如何进一步提高采收率，属于四次采油范畴。国外油田尚未进入这一开发阶段，也没有开展相关研究。国内大庆、胜利等油田陆续有三次采油区块进入四次采油阶段，迫切需要研究四次采油技术。但聚合物驱后油层剩余油少且高度零散，受毛管力、贾敏效应等微观力束缚，微观剩余油多以薄膜状、角隅状、喉道状存在，激活聚并难度大，如何进一步提高采收率属于世界级难题，没有先例和经验借鉴。大庆油田按照以往常规三次采油方法开展了先导性矿场试验，采收率仅提高1～3个百分点。 针对聚合物驱后四次采油世界级难题，依据粘弹性驱油理论、乳化增粘理论、超低界面张力驱油理论，自主研发了高浓度聚合物体系、聚表剂体系和弱碱三元体系配方，与三次采油驱油体系相比，扩大波及体积和提高驱油效率能力特别是封堵优势渗流通道能力显著增强。微观驱替实验表明，三种驱油体系对自由态剩余油、半束缚态剩余油都能有效动用。因为乳化增容作用和超低界面张力作用，聚表剂和弱碱三元对束缚态剩余油也能有效动用；渗流实验表明，高浓度聚合物浓度为2500mg/L时、聚表剂浓度为1000mg/L时、弱碱三元体系在聚合物浓度为2200mg/L时可达到最佳驱油和调整剖面效果，优势渗流通道分流率由三次采油阶段的64%下降到40%，低渗层分流率由5%提高到20%。 这些体系的共同特点是动态调整，均衡驱替。 在发明三种驱油体系配方研发的基础上，进一步发明了低初粘凝胶/聚合物驱和低初粘凝胶/弱碱三元复合驱技术。驱油实验表明，上述两项技术较高浓度聚合物驱和弱碱三元复合驱既多提高采收率，又显著降低了聚合物用量。 为了验证技术经济效果，开展了聚合物驱后北二东西块高浓度聚合物驱、北一断东聚表剂驱、北二西弱碱三元复合驱现场试验。截至2019年12月，高浓度聚合物驱提高采收率8.16个百分点，预测最终提高8.25个百分点。聚表剂驱提高采收率8.72个百分点，预测最终提高10.05个百分点。弱碱三元复合驱提高采收率9.46个百分点，预测最终提高12个百分点。对于聚驱后油层四次采油驱油体系比三次采油多提高采收率10个百分点。 2019年开展了聚合物驱后低初粘凝胶/聚合物驱试验，数值模拟预测可提高采收率10个百分点，较单纯高浓度聚合物驱多提高2个百分点、降低聚合物用量20%；已选定区块开展聚合物驱后低初粘凝胶/弱碱三元复合驱工业化推广应用，计划2020年10月投注化学驱，数值模拟预测可提高采收率14个百分点，较弱碱三元复合驱多提高2个百分点、降低聚合物用量20%。大庆油田聚驱后提高采收率技术处于国际领先地位，已开展多项先导性及扩大性现场试验，试验取得较好的技术经济效果，具备工业化推广应用的条件。大庆油田可推广聚驱后提高采收率技术地质储量达到20亿吨以上，我国适合推广聚驱后提高采收率技术储量100亿吨。大庆油田聚驱后高浓度聚驱、聚表剂驱和弱碱三元复合驱现场试验累计增油65.19万吨，创经济效益14392.28万元。2020年实现聚合物驱后四次采油技术工业化推广应用。2025年将达到80万吨年产油量，全面推广应用后，仅大庆油田就可增加可采储量2.78亿吨，相当于又找到一个10亿吨以上优质整装大油田。推广该技术，可延长油田开发寿命30～50年，对确保国家能源安全意义重大。

大庆油田有限责任公司

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