1、项目名称：化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究首席科学家：袁士义 中国石油天然气股份有限公司勘探开发科学研究院起止年限：2005.12至2010.11依托部门：中国石油天然气集团公司一、研究内容(1) 分子设计理论及高效廉价低/无储层伤害驱油剂合成以化学驱为重点，研究油水界面层分子结构和化学剂分子结构-性能的定量关系，发展定量化分子设计理论，开展适合弱碱/无碱体系的新型高效表面活性剂分子设计与合成，研制出对储层低/无伤害的表面活性剂体系，使界面张力达到超低水平（10-3mN/m）或高效乳化启动残余油之后采出原油。开展适宜中低渗储层的中分子量聚合物和耐温抗盐聚合物分子设计与合成，研制出适合中
2、低渗储层的高效聚合物和耐温80120、抗盐30000-100000mg/L的新型聚合物产品。（2）化学驱油和破乳机理及物理化学复杂渗流理论研究开展弱碱/无碱复合化学体系与原油形成超低界面张力机理研究，研制出高效稳定的驱油配方体系；开展弱碱/无碱体系乳化、结垢和化学剂吸附规律研究，搞清主要影响因素，保持驱油体系在油藏中的长期有效性；通过复杂产出液组成对乳化程度的影响以及界面膜破裂机理研究，提供高效产出液分离方法；开展物理化学非线性渗流和微观渗流规律研究，发展物理化学渗流等复杂渗流理论，为驱油过程的描述、预测和优化设计提供理论基础。（3）剩余油分布数字化定量描述及精细模拟方法研究开展数字化油藏精细
3、描述方法和精度研究，在地质知识库的基础上建立储层数学描述方程，提高井间储层描述和剩余油饱和度分布数字化描述精度，为化学驱油和微生物驱油提供可靠的油藏地质基础；通过室内和油藏条件下化学驱模拟对比研究，找出结果差异的主要影响因素，提出合理模拟方法；进行考虑物理化学渗流的数值模拟研究，形成复杂系统精细数值模拟方法，为化学驱优化设计和矿场应用提供可靠的模拟方法和手段。（4）微生物驱油机理及适宜菌种培育方法研究进行油藏条件下微生物资源分布及对驱油效率的影响研究，搞清油藏内原生菌的分布类型及对外加微生物菌种的影响，为选择适合驱油的微生物提供指导；针对主要类型油藏和原油情况，搞清微生物菌种驱油的主要机理及影
4、响因素；研究利用基因工程、地下激活等方法培育微生物有效菌种的方法，培育出具有特定功能的微生物菌种，探索微生物驱提高采收率新方法。二、预期目标1、总体目标 在基础理论重大发展的基础上，使复合化学驱具备工业化应用的条件，在实施地区提高采收率515（如果全国已开发油田平均提高采收率1%，就可增加石油可采储量1.8亿吨，可增加产值2000亿元以上），同时探索微生物驱提高石油采收率新方法。2、五年预期目标 本项目将围绕一个目标、发展两个理论、合成两类驱油剂、建立和探索四个方法，为“十一五”后形成提高采收率技术系列提供理论基础和科学依据。 围绕一个目标：提高石油采收率，在应用地区提高515。 发展两个理论
5、：u 发展定量化分子设计理论：通过化学剂结构与性能定量关系研究，发展定量化的化学驱油剂分子设计理论，为低/无储层伤害驱油剂合成提供理论指导。u 发展物理化学渗流理论：通过化学驱油过程中物理化学非线性渗流和微观渗流特征研究及其数学描述，发展物理化学渗流理论，为正确描述化学驱复杂渗流机理和驱油过程及其优化设计奠定基础。 合成两类驱油剂：u 低/无储层伤害的表面活性剂：在分子设计理论指导下，合成出适合弱碱/无碱体系的低/无储层伤害新型表面活性剂体系，为化学驱矿场应用提供高效驱油表面活性剂。u 适合中低渗储层和耐高温高盐的高效聚合物：在分子设计理论指导下，合成出适合中低渗透油藏的中分子量高效增粘聚合物
6、及耐温（80-120）耐盐（30000-100000mg/l）聚合物，为化学驱矿场应用提供高效聚合物。建立和探索四个方法：u 剩余油分布数字化定量描述方法：建立数字化油藏精细描述方法和定量预测剩余油分布方法，为化学驱和微生物驱方法的应用提供地质基础。u 化学驱精细模拟方法：建立考虑复杂物理化学渗流的物理模拟和数值模拟方法，为化学驱应用提供科学的模拟方法和手段。u 复杂产出液高效分离方法：通过复杂产出液组成特征、界面膜强度及其破裂机理研究，合成出新型高效破乳剂，建立产出液高效分离方法；u 探索微生物提高采收率方法：搞清微生物主要驱油机理，通过基因工程等方法培育有效菌种，探索微生物驱提高采收率新方
7、法。三、研究方案1.项目总体研究思路和技术路线 提高石油采收率研究主要包括认识油藏和开采油藏两大方面。认识油藏主要是认识长期注水开发后油藏非均质性的变化及剩余油的分布形态和分布规律，这是提高采收率方法应用的地质基础，决定着提高采收率方法的选择，也决定着油田现场实施的效果。为此需要建立数字化油藏描述方法。在宏观上，将根据我国的沉积储层类型，开展数字化油藏精细描述方法和精度研究，提高井间储层纵向描述精度和剩余油饱和度分布定量化精度，使储层精细研究由定性、半定量向定量化方向发展；在微观上，通过先进的科学手段及可视化技术，在孔隙级别上深入研究剩余油的分布形态及其特殊的物理化学性质和受力情况，分析将其采
8、出的物理化学因素。通过宏观和微观相结合，为化学驱和微生物驱方法的应用提供可靠的地质基础。在开采油藏方面，首先从驱油体系入手，发展定量化的分子设计理论，针对我国油藏特点和原油特性，进行化学剂分子结构设计，合成出高效、廉价、适合弱碱/无碱驱油体系的低/无储层伤害化学驱油剂；除了利用工业副产物作为化学剂初始合成原料的做法以外，考虑利用精细化工的思路生产质量稳定可靠的化学驱油剂，为提高石油采收率方法提供驱油剂物质基础；在微生物驱油研究中利用生物工程技术，主动培育出具有优良驱油性能并能适应不同油藏环境的微生物菌种；通过各种机理研究以及深入的界面物理化学研究，使驱油体系在地层内长期保持高效的驱油性能；通过
9、复杂产出液形成机理研究，给出产出液高效分离方法；研究地下流体及驱油体系在孔隙介质内的物理化学渗流过程，使驱油体系在孔隙介质内有效地传输和驱替；在物理化学渗流规律指导下，研究不同油藏特点和不同流体的渗流规律，建立相应的物理模拟和数值模拟方法。通过上述系统的研究和成果集成，形成低/无储层伤害的高效化学驱方法，探索微生物驱油新方法。上述研究思路和技术路线是根据我国油藏资源的特点，在2004年结题验收的国家973项目“大幅度提高石油采收率的基础研究”的基础上提出的，有很好的工作积累，有较完善的设备和条件，已形成一支稳定的科研队伍和富有特色的“产学研”一体化的组织模式，经过上个973项目的运行，证明这一
10、模式非常成功，可以大大加快基础研究为产业部门服务的步伐。因此，本项目的研究思路和技术途径是可行的，通过多学科联合深入研究，可望在化学驱和微生物驱基础理论、方法和驱油剂方面获得重大突破。2.创新点（1）定量化分子设计理论及新型驱油剂。目前驱油用化学剂的分子设计还停留在以实验化学为基础的水平上，发展定量化分子设计理论可以大大促进胶体界面化学和高分子化学学科的发展，同时在此理论的指导下，针对我国油藏和原油特点，研制出高效、廉价、低/无储层伤害的驱油表面活性剂和新型聚合物。（2）物理化学渗流理论及精细模拟方法。化学驱油过程涉及大量的物理化学反应，目前的渗流理论主要考虑物理渗流过程，尚未深入考虑化学反应
11、及分子变形对渗流的影响。另外，国内外对孔隙尺度的微观渗流研究甚少。物理化学渗流和微观渗流是目前国际前缘性研究课题，发展该理论将为合理描述化学驱过程中复杂的渗流机理奠定基础；建立考虑物理化学渗流过程的精细模拟方法，为化学驱提高采收率研究及应用提供科学的模拟方法和手段。（3）复杂产出液高效分离方法：复杂产出液分离是目前国内外尚未解决的基础难题，通过研究化学剂结构、类型及浓度对复杂产出液组成特征的影响，了解界面膜形成及破裂机理，在此基础上有针对性地研制高效破乳剂，进而建立复杂产出液高效分离方法。（4）储层数学描述方程及剩余油数字化预测方法。目前的研究精度尚不能满足化学驱应用的需要，通过在地质知识库的
12、基础上建立数学方程，实现水驱后油藏特征及剩余油分布的精细定量化描述，为化学驱和微生物驱提高采收率提供定量数字化的油藏基础。（5）微生物驱油机理及适宜菌种培育方法。目前微生物菌种普遍采用从地层原生菌中筛选培育的方法，本研究将探索通过基因工程等方法主动培育适宜高效驱油的微生物菌种及其主要驱油机理和有效提高采收率方法。3.课题设置（1）低/无储层伤害表面活性剂分子结构设计及合成研究内容：以弱碱/无碱表面活性剂体系为重点，研究油水界面层分子结构和超低界面张力的关系，化学剂分子结构和性能的定量关系，在分子设计理论的指导下进行驱油用表面活性剂的分子设计与合成。研究目标：发展定量分子设计理论，研制出适合弱碱
13、/无碱体系的廉价高效低/无储层伤害的新型表面活性剂，与原油达到超低界面张力或高效乳化启动残余油之后开采原油。承担单位：中科院化学所、大庆石油学院、中国石油勘探开发研究院课题负责人：王毅琳经费比例：16.5。（2）新型高效聚合物分子设计及合成研究内容：开展耐温、抗盐、抗降解聚合物分子设计、合成及性能研究，研究适宜中低渗透储层的中分子量高效聚合物溶液性质及驱油性能。研究目标：发展新型聚合物分子设计理论，设计出适合大庆中低渗透储层的抗污水抗降解系列聚合物和耐温80120、抗盐30000100000mg/L的新型聚合物，在驱油聚合物的高效、功能化和新颖性方面取得创新成果，为聚合物驱和复合化学驱现场应用
14、提供新型高效聚合物材料。承担单位：西南石油学院、中国石油勘探开发研究院、中科院化学所课题负责人：罗平亚经费比例：14.2。（3）新型驱油体系驱油机理研究研究内容：弱碱/无碱复合驱体系与原油超低界面张力形成机理，碱在复合驱中降低界面张力的机理以及弱碱对地层的溶蚀作用；驱油过程中复合体系与原油形成乳状液的机理及控制方法，乳化程度对提高采收率的定量影响。研究目标：搞清复合驱油体系中各化学剂对形成超低界面张力主要作用及机理，发展界面化学理论，明确乳化作用对提高采收率的影响，确保新型化学剂驱油体系在地层内驱油性能的长期有效性，为驱油体系的高效化提供理论依据。承担单位：石油大学（北京）、中国石油勘探开发研
15、究院课题负责人：李秀生经费比例：9.5。（4）物理化学渗流特征和规律研究研究内容：开展宏观及微观化学驱物理化学非线性渗流室内实验及渗流规律研究，给出化学驱物理化学非线性渗流特征及其数学描述。研究目标：通过化学驱油过程中物理化学非线性渗流特征及其数学描述，发展物理化学渗流理论，为合理描述化学驱复杂渗流机理奠定基础。承担单位：中国石油勘探开发研究院、中科院力学所课题负责人：沈平平经费比例：12.4。（5）复杂产出液形成机理及高效分离方法研究研究内容：复杂产出液组成、结构及特性，碱/表面活性剂/聚合物类型、结构以及乳化作用对复杂产出液组成和特性的影响；研究液/液界面聚并机理和复杂产出液分离方法。研究
16、目标：通过对复杂产出液特性及分离方法研究，搞清复杂产出液形成机理，建立产出液高效分离方法。承担单位：大庆油田有限责任公司、中科院化学所课题负责人：程杰成经费比例：10.1。（6）剩余油分布数字化定量描述基础研究研究内容：开展数字化油藏精细描述方法和精度、剩余油分布形态、受力状况及精细定量化分布描述研究，使储层精细研究逐渐向数字化油藏的方向发展。研究目标：在地质知识库的基础上建立典型储层物性参数描述方程，提高井间储层描述精度和剩余油饱和度分布定量化精度，为化学驱油提供可靠的地质基础。承担单位：中国石油勘探开发研究院、大庆油田有限责任公司课题负责人：贾爱林经费比例：9.5。（7）化学驱精细模拟方法
17、研究研究内容：开展室内和油藏条件下物理模拟对比研究，给出产生差异的主要影响因素及合理模拟方法，进行考虑物理化学渗流的数学模型及精细数值模拟方法研究。研究目标：形成复杂系统物理模拟和精细数值模拟方法，为形成提高石油采收率技术提供可靠的模拟方法和手段。承担单位：中国石油勘探开发研究院、北京应用物理与计算数学研究所课题负责人：袁士义经费比例：17.7。（8）微生物提高石油采收率基础研究研究内容：进行油藏条件下微生物资源分布及对驱油效率的影响研究，开展微生物基因工程方法、微生物地下激活方法研究；研究在不同油藏和油水情况下微生物代谢及驱油机理。研究目标：搞清油藏内原生菌的分布类型及对外加微生物菌种的影响
18、，培育出高效微生物菌种，搞清微生物菌种的主要驱油机理，使微生物驱成为提高石油采收率的有效方法。承担单位：清华大学、中国石油勘探开发研究院课题负责人：吴晓磊经费比例：10.1。4.各课题之间的相互联系本项目所设课题的有机联系是，通过（1）（2）课题的基础研究，合成出高效廉价低/无储层伤害的化学剂和驱油体系；（3）（5）课题对（1）、（2）课题研制的驱油体系进行与油藏环境的综合研究，确保驱油体系在油藏内的长期稳定性和产出液的高效分离；（6）（7）课题提供应用该驱油体系的地质基础和驱油过程的模拟手段；（8）课题探索微生物驱提高采收率新方法。通过上述课题研究，可以确保项目总体创新目标的实现。 四、年度
19、计划研究内容预期目标第一年1、文献调研。2、在分子设计理论和驱油剂合成方面，合成系列模型化合物，对产品进行提纯分离和结构表征，研究界面张力与模型化合物分子结构的关系；开展耐温抗盐聚合物单体的合成工作。3、研究复合体系与原油超低界面张力形成机理，碱、表面活性剂和聚合物类型及浓度对乳状液形成的影响规律研究，开展物理化学渗流实验研究。4、开展数字化油藏精细描述方法研究、三维油藏物理模拟实验研究和弱碱/无碱体系物理化学现象的数学描述研究。5、进行典型油藏条件下微生物资源分布及对驱油作用的影响研究。1、完成调研，给出调研报告。2、合成两个系列6种以上结构明确的表面活性剂模型化合物，得到纯度大于95的样品
20、；合成4种以上耐温抗盐单体，基本确定新型聚合物分子设计思路和具体合成路线。3、了解碱、表面活性剂和聚合物类型及浓度对油水超低界面张力、乳状液类型、液滴大小分布及稳定性的影响规律，建立化学驱物理化学渗流实验方法。4、初步建立数字化油藏精细描述程序方法、油藏温度和压力下的三维物理模拟实验方法和弱碱/无碱体系物理化学现象的数学描述方法。5、初步分离纯化5株能够对石油和石油组分进行作用的微生物。第二年1、开展界面张力与表面活性剂分子结构的关系研究、适合弱碱/无碱体系的表面活性剂合成、表面活性剂复配机理以及新型单体对聚合物耐温抗盐性能的影响研究。2、研究碱对降低界面张力的机理、乳化程度对驱油效率的影响、
21、复杂产出液组成与微观结构的表征及性能评价研究，开展物理化学渗流实验研究和理论研究。3、利用数字化油藏精细描述程序方法研究剩余油分布规律，开展油藏条件下与室内条件物理模拟结果对比和考虑物化渗流的数学模型研究。4、微生物群落基因组DNA提取，进行功能基因片断的扩增，油藏功能微生物群落基因指纹图谱分析。1、基本了解驱油用表面活性剂、聚合物结构与性能的关系，室内得到适合弱碱/无碱体系的表面活性剂样品和耐温抗盐聚合物样品。2、明确碱在复合体系中对降低界面张力的贡献机理以及乳化程度对驱油效率和产出液分离的影响，了解物化渗流主要机理，初步给出物理化学渗流规律。3、在地质知识库的基础上初步建立典型油藏储层物性
22、参数描述方程，给出油藏及室内条件下物理模拟结果的对比差异，初步建立考虑物化渗流的数学框架模型。4、分离纯化和鉴定20株功能微生物，建立典型油藏功能微生物群落结构信息库。第三年1、开展弱碱/无碱体系表面活性剂界面性质研究，新型水溶性高分子合成以及结构与溶液行为表征研究。2、进行驱油体系界面层结构与界面性质研究、油水界面膜结构与性能评价研究；开展物理化学渗流和微观孔隙尺度内渗流规律数学描述方程研究。3、长期水驱后油藏描述及剩余油数字化分布预测方法研究，新型驱油体系物理模拟研究，考虑物化渗流规律数学模型及解法研究。4、适宜微生物菌种培育方法研究。1、明确化学剂分子结构与性能关系，室内得到针对大庆原油
23、适合弱碱/无碱体系的表面活性剂和针对中低渗储层的新型聚合物系列样品。2、了解油水界面层结构特征以及与油水界面性质的关系，明确化学剂组成与产出液乳化关系，初步建立物理化学渗流表征方程。3、了解长期水驱后油藏物性参数变化和剩余油分布规律，提供物理模拟实验结果，建立考虑物化渗流规律的数学模型及解法。4、确定针对主要驱油机理的微生物培育方法。第四年1、弱碱/无碱体系表面活性剂合成条件的优化与中试，新型聚合物聚合工艺的优化及产品中试研究。2、弱碱/无碱表面活性剂驱油体系吸附与乳化性能研究，高效破乳剂的合成研究，开展物理化学渗流理论研究。3、提高油藏描述和剩余油分布预测精度方法研究，复合化学驱合理物理模拟
24、方法研究，考虑物理化学渗流的数值模拟方法和软件研究。4、克隆微生物相关的功能基因，并进行分析和鉴定，研究微生物在油藏介质中的迁移转化和新陈代谢过程。1、优化出适合弱碱/无碱体系的表面活性剂和新型聚合物合成工艺条件，得到合格的中试样品。2、明确驱油过程中复合体系与原油形成乳状液的机理及控制方法，合成出高效破乳剂样品，发展物理化学渗流理论。3、初步建立数字化油藏精细描述方法和剩余油分布预测方法、合理物理模拟方法，初步研制出考虑物化渗流的数值模拟软件。4、室内得到针对主要驱油机理的2种以上适宜微生物菌种。第五年1、化学驱油剂分子设计理论总结，适合弱碱/无碱体系的表面活性剂和新型聚合物系列化研究；2、弱碱/无碱体系驱油机理总结，物理化学渗流和微观渗流理论总结，产出液高效分离方法研究。3、提高数字化油藏和剩余油分布预测精度方法集成研究，复合驱物理模拟方法和精细数值模拟方法集成研究。4、针对目标油藏油水情况的微生物代谢及驱油机理研究。1、发展定量化分子设计理论，合成出高效、廉价、低/无储层伤害的驱油表面活性剂和新型聚合物。2、明确弱碱/无碱体系驱油机理，发展物理化学渗流理论，建立复杂产出液高效分离方法。3、建立数字化油藏精细描述和定量预测剩余油分布方法、考虑复杂物理化学渗流的物理模拟和数值模拟方法。4、培育出高效微生物菌种2种以上，探索微生物驱提高采收率新方法。
