據美國“油氣雜志”資料數據，2008年，世界總EOR產量為186.1×104 bbl/d（桶/日，下同）。在1998年初，世界規模來自提高采收率（EOR）和重油項目的石油產量大約為230萬bbl/d，比1996年初的220萬bbl/d稍有增長，這個數量相當于世界石油產量的3.5%。美國EOR產量比兩年前增加5%，達到74.8萬bbl/d，為美國石油年產量的12%。其他各國的EOR和重油產量為：加拿大40萬bbl/d；中國28萬bbl/d；前蘇聯20萬bbl/d；其他70萬bbl/d。熱采（蒸汽、地下燃燒）仍是最主要的方法。美國EOR產量中約60%來自熱采，其他絕大多數來自注氣（輕烴、二氧化碳和氮氣）。化學驅主要在我國得到發展，其他國家基本處于停滯狀態。
我國一方面石油資源短缺，而石油需求量逐年大幅增加，另一方面石油采收率不高，開發過程中破壞性開采比較嚴重。我國陸上油田采用常規的注水方式開發，平均采收率只有33％左右，大約有2/3的儲量仍滯留在地下，而對那些低滲透油田、斷塊油田、稠油油田等來說采收率還要更低些，因而提高原油采收率是一項不容忽視的工作，也是我國從源頭節約石油資源的最有效途徑之一。由此產生的對石油高效開采技術的需求也將更為強烈。分析借鑒國外石油開采技術的發展態勢，將有助于我國發揮優勢，彌補不足。
美國提高采收率技術的發展過程、現狀和趨勢
在美國，任何提高采收率技術的發展水平，其方法能否、或在什么時候推廣使用是由油價、政治經濟形勢以及美國國家政策和稅率決定的。提高采收率方法最早可以追溯到20世紀初期，但發展并不快。其從研究到試驗真正受到重視是從1973年阿拉伯石油禁運開始的，把提高采收率作為美國能源政策的一部分，并對提高采收率項目給予特殊的優惠政策，使提高采收率的研究和應用得到迅速發展。1976年安排實施的項目有159個，在刺激方案下提出申請的項目超過400個。到1986年達到高峰，共有512個項目。1986年后，隨著油價急劇下跌，提高采收率項目急劇減少；其產油量1992年達到高峰，以后略有下降，近幾年又稍有回升。
現在，美國熱采盡管實施的項目數有所減少，但自1986年以來產量一直保持穩定，在EOR產量中始終保持在60%以上。近年來，在低油價下各種提高采收率方法的實施項目都在減少，只有二氧化碳混相驅項目一直在穩定增加。這一方面是由于美國有十分豐富的天然二氧化碳氣源，并在高油價下已修好了3條輸送二氧化碳的管道，可以把二氧化碳從產地直接輸送到二氧化碳的用地得克薩斯州；另一方面，二氧化碳驅的技術得到很快的發展，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展。目前二氧化碳驅的成本已從1985年的18.20美元/bbl降到1995年的10.25美元/bbl。其中投資從1.50美元/bbl降到0.80美元/bbl；操作費用從5.00美元/bbl降到2.60美元/bbl，二氧化碳售價從6.50美元/bbl降到3.25美元/bbl，各種稅、礦場使用費和保險從5.20美元/bbl降到3.60美元/bbl，各項費用幾乎都降低了一半。隨著二氧化碳價格的下降，二氧化碳注入量有所增加，提高采收率的幅度增大。二氧化碳驅的項目一般可提高采收率8%～15%（地質儲量），生產壽命15～20年，成功的二氧化碳混相驅預計每增產1bbl油需1.1萬ft3CO2。二氧化碳驅主要集中在西得克薩斯州的二迭盆地，主要是由于該地區的石灰巖和白云巖特別適合于二氧化碳驅，它又靠近幾個主要的二氧化碳天然資源的產地。
化學驅自1986年以來一直呈下降趨勢，特別是表面活性劑驅幾乎停止。但應用聚合物凋剖仍有很大的發展。美國已把調剖和聚合物驅、鉆加密井，水平井等列為改進的二次采油，也屬于提高采收率的范圍。特別是深度調剖，它已不再是單純的增產措施，在一定條件下它可以代替聚合物驅，或與聚合物驅結合，使聚合物驅獲得更大的成效。它與聚合物驅相比，具有所用化學劑量較少、投資回收快等特點。其中新的深度調剖體系（膠體分散凝膠CDG）近幾年受到普遍重視。這種凝膠是一種半流體狀態，在地層中可以緩慢流動，由于聚合物濃度很低，不僅使成本大大降低，同時由于其粘度很小，不會使注入壓力明顯提高，因而進入低滲透層的量相對減少。并且由于是緩慢交聯，可以更深入地層內部，大大提高了調剖效果。美國已進行29個礦場試驗，其中19個獲得成功。懷俄明州的北Rainbow Ranch開發單元進行了一個成功的膠體分散凝膠注入項目，總共注入11.7%PV，提高采收率至少為8%，其增油費用為2美元/bbl。
盡管三次采油在美國發展比較緩慢，但美國能源部對提高采收率的基礎研究仍十分重視，研究項目的80%資金由能源部提供。主要研究領域為：
（1）通過診斷和圖像系統研究油藏巖石性質和巖石、流體相互作用對采油過程的影響。其中包括：應用X射線層析和核磁共振成像或其他技術在孔隙級別上研究巖石、流體及它們的相互作用，以幫助確定其對采油過程的影響：研究流體在巖石表面上的粘附或吸附趨勢，即潤濕性和滲吸對流體通過巖石流動速度的影響；在不同油藏條件下影響原油、水、氣通過孔隙介質流動速度的物理化學因素；研究巖石孔隙級別內的過程與油藏內同一過程之間的關系，并如何應用這一關系提高采收率。
（2）開發或改善經濟有效的采油過程。在氣驅方面，主要是研究如何提高二氧化碳的掃及效率以及提高在低于最小混相壓力下進行氣驅的能力（即近混相驅）；在化學驅方面主要是開發廉價的表面活性劑和控制水流動的聚合物；微生物驅方面則研究可產生廉價表面活性劑、氣體或聚合物的細菌；在重油開采方面主要研究可改善注蒸汽過程掃及效率的高溫泡沫，開發新的熱采方法以及把這些過程與水平井結合起來。在油藏模擬方面，主要是開發可在大型計算機系統、臺式計算機或工作站都能預測油田動態的模器，以能讓較小的石油生產者應用，該軟件還要能模擬水平井采油過程。
（3）探索烴類沉積系統的模擬方法和建立風險評價技術，開發便宜的可用于臺式計算機或工作站的軟件，研究新的算法以降低對硬件的要求。
（4）環保研究。主要是對煉廠排放顆粒的研究，如何降低環境污染，開發由于鉆井、生產、管道作業造成土壤污染的診斷模型；研究油氣勘探開發作業過程對空氣質量的影響，研究和開發降低有害物質排放的廉價方法，發展油氣廢物的應用技術，其中包括如何減少廢物以及取樣、表征和處理方法等。在低油價下美國政府仍然對三次采油的基礎研究十分重視，每兩年召開一次SPE/DOE的提高采收率會議，為今后的發展提供了儲備。
美國提高采收率的潛力和發展遠景
由于二次采油的機理十分復雜，并有投資大、成本高、風險大等特點，因此各國對提高采收率方法的潛力分析工作都十分重視。美國在1976年、1984年曾兩次由美國國家石油委員會（NPC）組織幾百名專家對美國各油田進行了潛力分析和預測，為美國能源部發展化石能源提供了科學依據。1993年又第三次進行了潛力評價，下面對這次潛力評價的結果作一簡要介紹。
美國總的探明地質儲量為5330億bbl，至1991年底已采出1570億bbl，在當時經濟條件下剩余可采儲量為250億bbl。這樣，將有3510億bbl原油需依靠新的有效的采油方法才能開采。在這3510億bbl中可分成兩類：一類是由水驅可以驅替，但在常規生產中由于旁通或不與水接觸而不能采出的可流動油，約1130億bbl；另一類是由于粘滯力和毛細管力而捕集在油藏孔隙中不能被水驅替的不可流動油，這部分約有2380億bbl。可流動油可用改進的二次采油（ASR）方法開采，如鉆加密井、調剖、聚合物驅、鉆水平井等，主要是盡量擴大掃及效率。這些過程成本比較低，并可快速提高生產水平。開采不可流動油則要采用二氧化碳驅，化學驅、熱力采油等三次采油方法（EOR），在擴大掃及效率的同時還要提高驅油效率。這些方法比常規方法需較大的投資和操作費用，才能夠增產更多的油，以產生更大的經濟效益。據分析，如果油價繼續保持在16美元/bbl到20美元/bbl，利用現有技術大概85%以上的剩余地質儲量到2000年要被揚棄。因此必須開發更為先進的提高采收率方法，并轉讓給油田生產者，以增加可采儲量。
這次潛力分析共包括了2307個油藏，涵蓋了3440億bbl地質儲量（占美國探明地質儲量的64.5%）。NPC為進行這項工作共花費兩年時間，在原有能源部三次采油數據庫（TORIS）基礎上動用50多個人年，耗資7百萬美元。來自工業界、大學、政府及非盈利性組織的提高采收率專家參與了這項工作。
分析結果表明，在現有技術水平和1993年的油價下不論是EOR或是ASR都對美國經濟和能源有很大貢獻。如在24美元/bbl的油價下，EOR過程可增加46億bbl的可采儲量，ASR技術可增加74億bbl，二者相加相當于美國目前剩余可采儲量的1/2。并且可以看出，ASR技術特別是聚合物驅和調剖對油價不太敏感，在他們評價的16～36美元/bbl的范圍內，其聚合物驅和調剖增加的可采儲量都為10億bbl左右。這一方面說明這兩種方法其技術已完全成熟，另一方面說明在低油價下它有相當大的應用前景。在ASR技術中加密井網受油價影響較大。如技術改進和提高，聚合物驅和調剖的潛力還要增加，相當多的加密井潛力將被聚合物驅或調剖所代替。在高油價下聚合物驅與加密井網的潛力將大大提高，如在36美元/bbl時，ASR可增加可采儲量126億bbl。其中單純加密井網增加可采儲量只有17億bbl，其他主要是加密井網與聚合物驅或調剖相結合的方法。EOR的潛力受油價的影響極大，特別是化學驅，即表面活性劑驅和我們所謂的復合驅。利用現有技術，當油價低于20美元/bbl時，化學驅潛力基本為零，即在這個油價下不能使用化學驅。只有在油價高于24美元/bbl時，化學驅才能得到應用，并明顯受油價影響，即使油價高于32美元/bbl，其增加可采儲量也不到5億bbl。EOR技術如果進一步得到發展，其化學驅的潛力將得到明顯提高，這說明化學驅的技術還不成熟，還未達到工業性應用的程度，還等待技術的進一步發展和油價的提高。二氧化碳混相驅受油價影響較大，在油價低于16美元/bbl時，二氧化碳混相驅的貢獻也很小，當油價高于24美元/bbl或28美元/bbl時二氧化碳混相驅增加的可采儲量與油價關系就不大了，可達26億bbl。其技術發展對其潛力的影響不大，說明其技術已經成熟，其應用程度主要取決于油價的高低。熱采利用現有技術在油價高于20美元/bbl時，其應用潛力雖然也隨油價的升高而增大，但與油價的關系并不像化學驅那樣顯著，它的潛力大小也隨技術和油價的提高而提高。
從這個分析可以看出，在當時低油價下提高掃及效率的ASR方法，如加密井網、聚合物驅和調剖等措施仍是提高采收率的主流方法；二氧化碳混相驅在一定的油價下會有一定的發展，而化學驅其中包括復合驅應用的可能性很小，一方面其經濟成本太高，必須在高油價下才能使用，另一方面其技術尚未成熟，風險比較大，還需在技術上進一步提高，盡量減少其風險。但化學驅畢竟是一種高效率的三次采油方法，并適合一定的油藏條件，仍有進一步開發研究的必要。因此美國提高采收率的發展戰略是在當時期間（在20美元/bbl油價下，利用現有技術），主要針對河流/三角洲沉積占主導的油藏、斜坡盆地和淺的大陸架油藏，利用ASR和EOR（主要是熱采和二氧化碳混相驅）技術大概可以產出近53億bbl；同時加強室內機理性基礎研究，盡快使化學驅取得技術上的突破。估計在近10年內化學驅在礦場上的應用不會得到很大的發展。
前蘇聯及加拿大提高采收率研究與應用情況概述
根據1992年資料，前蘇聯在熱采、氣驅和化學驅三大提高采收率方法中，化學驅所占比例最大，占EOR總量的77%，其次是熱采，占17%，氣驅只占6%。
前蘇聯提高采收率以化學驅為主，但其化學驅的概念與我們和西方不完全一樣，用活性劑增產增注都屬于化學驅提高采收率的范圍。在我們概念的化學驅中他們以聚合物驅和注堿水為主，另外注稀表面活性劑體系、注硫酸等也有很多項目。但從正在進行的項目看，注表面活性劑的項目近年來明顯減少。前蘇聯提高采收率的一個重要特點是盡量采用化工廠的廢液，并開發了許多簡單易行的增產增注辦法，如注粘土膠、紙漿廢液和物理場方法采油等。
盡管化學驅的項目遠遠高于熱采，但其累積產量卻與熱采差不多，說明化學驅的規模還比較小。前蘇聯和俄羅斯氣驅所占比重很小，主要是前蘇聯缺乏天然二氧化碳氣源。近年來，由于俄羅斯等前蘇聯國家經濟不景氣，提高采收率的項目和產量明顯減少。
加拿大以重油開采為主，主要是熱采和露天開采瀝青砂。對于輕油主要采用注烴混相驅或非混相驅。化學驅主要進行室內研究，幾乎沒有什么礦場試驗。這主要是因為加拿大有豐富的天然氣資源，其原油性質又適合混相驅之故。
已探明原油儲量居世界第二的加拿大，僅艾爾伯塔省就擁有1750 億桶的瀝青儲量，這也促進加拿大熱采技術的高速發展，使其擁有國際一流的稠油開采技術，如蒸汽輔助重力泄油(SAGD)、溶劑泄油（VAPEX）、火燒油藏（In-situ Combustion）、foamy oil等。應用數量最多的是蒸汽輔助重力泄油(SAGD)項目，大都應用于油砂開采中。此外Encana 公司的WeyburnCO2 混相驅是加拿大主要的CO2 驅項目，該項目被認為是世界上最大的減少二氧化碳排放的聯合實施項目。Talisman 能源公司擁有在Turner Valley 油田的氮氣EOR 項目，投資1.5 億美元進行3 年的先導性試驗，以證明用注氮氣開采15%地質儲量的可能性。
國外提高采收率發展現狀分析
1、地質特點是選擇提高采收率方法的基礎
三次采油與二次采油或一次采油的明顯不同之處就是前者的適應范圍有限。比如，熱采中的注蒸汽，它要求油藏比較淺，油層比較厚，原油密度和粘度較高；而注氣混相驅則與之恰恰相反，它要求油層比較深，以滿足混相壓力，油層比較薄以減少粘性指數和重力超復，原油密度和粘度小，以易于混相。前二者都要求油藏相對均質，而聚合物驅則對中度和較嚴重非均質更為有效，粘度要求介于二者之間。美國，特別是二迭盆地，屬于海相沉積。原油密度很小，非常適合二氧化碳混相驅，從而注二氧化碳得到很快的發展。
我國東部地區除了二氧化碳和天然氣比較貧乏之外，其油藏主要是河流相沉積，非均質比較嚴重，并且原油密度和粘度較大，與天然氣很難達到混相，因此我國必然以化學驅，特別是以聚合物驅為主；而西部地區原油較輕，其地質特點比較適合注氣混相驅，則應發展注氣技術。搞三次采油潛力評價也正是基于地質特點進行的。了解國外三次采油發展動向，必須首先注意其地質特征，切記不要盲目追隨國外，一定要與中國的實際情況結合起來，才能有的放矢地發展我國的三次采油技術。
2、物料來源決定提高采收率發展的方向
從美國和加拿大的注氣提高采收率的實例來看，物料來源決定提高采收率的發展方向。美國二迭盆地由于有豐富的二氧化碳供應，這些油藏主要發展二氧化碳混相驅或非混相驅。而阿拉斯加由于有豐富的天然氣資源，并且在近處又無銷路，因此與加拿大相同，主要采用注烴混相驅。俄羅斯有些油田從地質條件看也適合二氧化碳混相驅，但由于無天然二氧化碳來源，因此二氧化碳混相驅并未得到發展。我國西部與阿拉斯加及加拿大有類似之處，因而注氣混相驅或非混相驅大有用武之地。在考慮各種提高采收率方法的潛力和制定提高采收率發展戰略時必須考慮物料來源這一因素，否則，將變成無米之炊。
我國東部地區從地質條件看，比較適合化學驅，化學劑（如聚合物、表面活性劑等）的國產化就十分重要。在制定規劃中必須事先考慮這個因素，以免貽誤時機。
3、油價決定提高采收率的規模和時機
三次采油是一個投資大、成本高、風險大、見效慢的采油方法，其方法不同，風險程度也不同。因此油價是對三次采油技術發展最為敏感的問題。1976年阿拉伯石油禁運使油價大漲，美國政府極力鼓勵三次采油，使三次采油迅速發展，三次采油項目數在1986年達到高峰。從1986年以后油價開始下跌，除因在高油價下已鋪好二氧化碳輸送管道，前期投資已經花費，使二氧化碳驅還在繼續增長外，其他方法都在萎縮。在目前低油價下，只能進行技術相對成熟、投資較少、風險較小的方法，如聚合物驅、調剖等所謂先進的二次采油方法。復合驅，特別是三元復合驅目前技術還不成熟，風險也比較大，只有在油價高的時候才能采用。但它畢竟是一種十分有效且很有前途的三次采油方法，現在還需加強機理性研究，進行不同規模的先導性試驗，暴露矛盾，做好技術儲備。隨著技術的發展，還可以使成本降低，風險減小，這樣一旦時機成熟就可以大規模應用。美國進行的提高采收率潛力與油價關系的分析研究值得我們借鑒。
4、地質、油藏工程研究越來越受重視，是提高采收率技術成敗的關鍵
盡管在目前低油價下二次采油礦場試驗和應用大幅度減少，但美國在地質、油藏工程方面的研究一直持續不斷，并且國家給予大量資助。這使人們認識到，一個項目的成功與否，主要取決于油藏描述是否符合實際情況。因此美國一直把油藏描述做為科學研究的重點，并且主要為三次采油服務。三次采油是個極端復雜的采油方法，它需要化學家、地質學家、油藏工程師、測井、數值模擬等各方面專家的共同努力才能完成。現在許多礦場試驗之所以失敗，有許多主要是對地下地質情況認識不清。因此地質、油藏工程、數值模擬以及測井、試井等監測手段的研究非常重要。在這方面我們與國外的差距較大，必須迎頭趕上，以提高我們礦場應用的成功率。
5、國家鼓勵政策是促進提高采收率工作發展的保證
國外三次采油發展都離不開國家的鼓勵政策，比如美國，為推動三次采油的發展，曾先后執行成本分擔、不控制油價、暴利稅優惠等鼓勵政策，使1986年三次采油礦場試驗項目最高達到512項。1986年后，一方面由于油價下跌，另一方面美國政府取消了優惠政策，使得礦場試驗項目急劇下降。特別是成本較高的化學驅，由1986年的206項降至1998年的11項。目前美國政府已不再資助礦場試驗項目，僅資助室內機理性研究。加拿大也有類似情況，曾在稅率上對三次采油給予特殊政策，在一定程度上刺激了三次采油的迅速發展。當時由于油價很低，用常規開采已能滿足需要，因此各國已不再鼓勵三次采油，這也是近年來三次采油處于蕭條的原因之一。
（作者單位：勝利油田孤東采油廠地質所） |
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