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摘 要 本文主要介绍了三次采油的产生背景、基本原理以及主要的驱油方法，并对三次采油在二十一世纪的发展趋势和亟待解决的问题进行了展望。
关键词 三次采油 表面活性剂 驱油剂
石油被广泛运用于交通运输、石化等各行各业，被称为经济乃至整个社会的“黑色黄金”、“经济血液”。石油作为当今最重要的不可再生能源和化工原料，关系到一个国家的能源和国防安全，对国家的经济发展和人民的生活水平的提高具有重要意义。
就目前的石油开采技术而言，通过所谓的一次(自喷)和二次(注水)采油，只能采出总储量的30%左右。如果应用最新的强化采油技术（Enhanced Oil Recovery ）技术，也称三次采油技术，将能进一步提高采收率15-20% ，继续保持我国石油的稳定高产，对我国的经济发展具有重要的战略意义。
一、三次采油的基本原理
经过一、二次开采后的原油称为残余油，通常以簇状﹑孤岛状﹑膜状以及柱状等非连续相形式被束缚于多孔性的地下孔隙网络中。残余油能否流动理论上取决于毛细管数（Ne）的大小：
Ne=Uw×Vw/σ=△P/（L×σ）
式中：Uw、Vw分别为注入水的粘度和流速；△P/L为压力梯度；σ为油/水界面张力。该式表征了二相渗流过程中动力(粘滞力)和阻力(毛细管力)的相对影响，显然毛细管数的大小决定着毛细管中油滴的运动状态、滞留位置和滞留液滴的大小。一般说来，残余油量(通常称为饱和度)随毛细管数增加而减小。因此，要驱动残余油，方法有两种：(1)提高驱替相流速和粘度，(2)降低界面张力。前者通常受到技术条件限制，而后者可以通过向高含酸原油中加入碱或直接加入表面活性剂来实现。实验表明在最佳条件下，生成或加入的表面活性剂能使界面张力从几十mN.m-1降到10-3mN.m-1以下，即可以使毛细管数上升105倍，残余油饱和度接近于零。这就是表面活性剂驱和三元复合驱的理论基础，而具体的机理则包括：(1)油/水界面张力的降低，(2)原油的乳化，(3)岩石润湿性的改变（从油润湿转变为水润湿）等。
二、三次采油的主要技术
目前的三次采油技术主要有热力驱﹑气驱和化学驱等。热力驱包括蒸汽驱﹑热水驱和油层内燃烧，主要针对稠油降低黏度和增加流动性；气驱包括混相﹑非混相驱，注入气体包括干气﹑湿气﹑氮气﹑CO2和烟道气等，一般受到资源的限制；而化学驱包括碱水驱﹑聚合物驱﹑表面活性剂驱以及将其组合而成的三元复合驱新技术。此外微生物采油技术也获得了很快的发展。
（一）热力驱。
热力采油的机理[1]主要是原油降粘、蒸馏热裂解、润湿性的改变和热膨胀等。对于倾角大的稠油油藏，热膨胀、粘性驱替和重力泄油是三种重要的采油机理。对于轻油藏蒸汽驱，降粘的潜力不大，主要开采机理是原油的蒸馏效应。
最早于20世纪50年代运用于委内瑞拉稠油开采的热力驱技术为蒸汽吞吐，因为蒸汽吞吐效果逐渐降低的实际情况，蒸汽驱和火烧油层成为主要接替方法。目前蒸汽驱技术已成为世界上大规模工业化应用的热采技术。为了提高热效应，国外近年来开发的稠油开采先进技术有水平井蒸汽辅助重力泄油技术（SAGD） 和电磁热采技术，其中前者已成为国际开发超稠油的一项成熟技术。
（二）气驱。
气驱包括混相﹑非混相驱，混相驱是指在多孔介质中，一种流体驱替另外一种流体，由于两种流体之间发生扩散、传质作用，使两种流体相互溶解而不存在分界面。其目的是使原油和驱替剂之间完全消除界面张力，毛细管数变为无限大，残余油饱和度降到最低。
用来混相驱的气体有烃类气体和非烃类气体，烃类气体有干气、富气和液化石油气，非烃类气体有二氧化碳、氮气、烟道气等。气体混相驱按混相机理[2]可分为一次接触混相驅和多级接触混相驱。
一次接触混相驱是排驱气体与地层原油以任意比例混合时便可立即达到完全互溶混相的排驱过程，如液化石油气等。多级接触混相驱是排驱气体在地层中推进时，多次与地层中的原油接触后才能达到混相的排驱过程，如二氧化碳，氮气等。
注气混相驱开发低渗透油田具有广阔的应用前景，其驱油效率远高于非混相驱。其中，CO2和N2更是近期研究较多和发展较好的混相驱替技术。
（三）化学驱。
化学驱包括碱水驱﹑聚合物驱﹑表面活性剂驱以及将其组合而成的二元或三元复合驱新技术。
1.碱驱。
碱驱技术是三次采油中应用最早的。但是由于碱耗和可操作浓度范围太窄，一直没有形成规模的应用。
碱驱机理[3]是碱与原油中的酸性物质反应生成表面活性剂，使得油水界面张力和界面黏度降低，并产生润湿性反转形成水包油、油包水和多重乳状液从而改变了毛细管力、附着力和内聚力，使原来不流动的残余油通过夹带、聚并重新处于可流动状态，从而提高采收率。
目前，在三次采油中常用的碱主要是：NaOH、Na2CO3和NaHCO3、Na3PO4和Na2HPO4等。在实际的驱油体系中多使用两种或两种以上的碱复配使用，而且考虑到对地层和复合体系影响，现在有向弱碱配方方向发展的趋势。
2.聚合物驱。
聚合物驱是指在注入水中加入水溶性高分子量的聚合物，增加水相黏度和降低水相渗透率，改善油水黏度比，从而扩大体积波及系数，达到提高原油采收率的方法。
目前，工业上应用的多为聚丙烯酰胺（PAM）、部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和天然改性聚合物和生物聚合物，但天然改性聚合物热稳定性差，生物聚合物成本高，抗生物将解性差，使其进一步推广受到限制。所以聚丙烯酰胺在驱油中获得广泛应用。
为了解决油藏高温、高盐度阻碍聚合物驱油技术应用的问题，现今研究开发方向是：一是合成具有耐温抗盐结构单元的非缔合型丙烯酰胺聚合物，二是合成具有特殊相互作用的聚合物驱油剂。
3.表面活性剂驱。
表面活性剂驱油机理十分复杂，大致有两种情况：一种是稀表面活性剂体系，一般浓度低于2%。为了提高抗吸附和抗二价离子沉淀能力，常加入其他助剂。驱油时，由于油水界面张力降低，使残余油乳化变形拉伸成长条状或丝状，形成油珠渗流，增加了油的流动性，易于聚并并形成油墙。另一种是微乳驱油体系，是指由水、油、表面活性剂和助剂等形成的透明或半透明稳定体系。微乳液与驱残余油接触，改变油水界面膜的性质，发生互溶作用，形成极容易聚并的乳状液，推动水驱残余油流动，最后富集，聚并形成高含和饱和带被带出。
在三次采油复合体系配方中，表面活性剂品种很多，主要有石油磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、木质素磺酸盐、羧酸盐等。目前，石油磺酸盐、烷基芳基磺酸盐仍是三次采油研究中应用最多的表面活性剂。
4.复合驱。
在上世纪60年代中期，复合驱油技术从三次采油技术中脱颖而出。复合驱提高采收率的机理是三方面因素共同作用的结果，即界面张力的降低、较好的流度控制和降低化学剂的吸附。由于碱、表面活性剂和聚合物间的协同效应，使得各化学剂的浓度降低，这样不仅大大降低了成本，而且大大提高了原油采收率。复合驱油主要包括：碱+聚合物驱，表面活性剂+聚合物驱，碱+表面活性剂+聚合物驱。复合驱油技术综合了碱、表面活性剂和聚合物单独驱油的优点，是一种效率高、适用油田广的驱油技术，在我国具有良好的应用前景。
（四）微生物驱。
微生物采油是指将地面分离培养的微生物菌液和营养液注入油层，或单纯注入营养液或油层内微生物，使其在油层内生长繁殖，产生有利于提高采收率的代谢产物，以提高油田采收率的采油方法，也称生物强化采油（Microbial Enhanced Oil Recovery MEOR）。微生物采油技术有两种；一种是外源微生物，一种是本源微生物。二者都是利用其代谢产物作为驱油剂提高石油采收率。
微生物采油机理比较复杂，可以概括为以下几点：（1）微生物新陈代谢所产生的酶，可以裂解重质烃类和石蜡，使原油黏度降低，流动性增强。（2）厌氧微生物在新陈代谢过程中，产生CO2、N2、CH4等气体，这些气体能保持和增加油层压力，并溶于原油，而使其黏度下降。（3）微生物代谢产生的化学物质、聚合物及同重金属反应具有高效封堵作用，这对非均质油藏的注水调剖具有良好的效果。（4）微生物的代谢产生的表面活性物质，使界面张力降低，毛细管数增大；同时使岩石的润湿性转变，使吸附在岩石上的油膜脱落，油藏残余油饱和度降低，从而使采收率提高。
三、结语
三次采油的方法，都有不同的使用条件，需要根据油田的油藏情况、原油组成、地层状况、盐的种类和含量等因素合理选择。目前，虽然三次采油技术取得较大的进展，但是受由于地质条件、油藏组成和经济效益等复杂因素的影响，除碱驱和聚合物驱外，其他方法在油田中应用规模较小。化学复合驱综合了碱、表面活性剂和聚合物驱油的优点，是一种效率高、适用油田较广的驱油技术，具有良好的应用前景，是今后研究开发的主要方向。
参考文献:
[1]李梅霞.国内外三次采油现状及发展趋势[J].当代石油石化,2008,16,(12):19-25.
[2]徐成孝.国外碱水驱油技术发展综述[J].钻采工艺,1993,16,(1):52-57.
[3]葛广章,王勇近,王彦玲.聚合物驱及相关化学进展[J].油田化学,2001,18,(3):282-284.
[4]郭东红,李森,袁建国.表面活性剂的驱油机理与应用[J].精细石油化工进展,2002,3,(7):36-41.
[5]杨清彦,宫文超,贾忠伟.大庆油田三元复合驱油机理研究[J].大庆石油地质与开发,1999,18,(3):24-26. (编辑 徐祺琛)
关键词 三次采油 表面活性剂 驱油剂
石油被广泛运用于交通运输、石化等各行各业，被称为经济乃至整个社会的“黑色黄金”、“经济血液”。石油作为当今最重要的不可再生能源和化工原料，关系到一个国家的能源和国防安全，对国家的经济发展和人民的生活水平的提高具有重要意义。
就目前的石油开采技术而言，通过所谓的一次(自喷)和二次(注水)采油，只能采出总储量的30%左右。如果应用最新的强化采油技术（Enhanced Oil Recovery ）技术，也称三次采油技术，将能进一步提高采收率15-20% ，继续保持我国石油的稳定高产，对我国的经济发展具有重要的战略意义。
一、三次采油的基本原理
经过一、二次开采后的原油称为残余油，通常以簇状﹑孤岛状﹑膜状以及柱状等非连续相形式被束缚于多孔性的地下孔隙网络中。残余油能否流动理论上取决于毛细管数（Ne）的大小：
Ne=Uw×Vw/σ=△P/（L×σ）
式中：Uw、Vw分别为注入水的粘度和流速；△P/L为压力梯度；σ为油/水界面张力。该式表征了二相渗流过程中动力(粘滞力)和阻力(毛细管力)的相对影响，显然毛细管数的大小决定着毛细管中油滴的运动状态、滞留位置和滞留液滴的大小。一般说来，残余油量(通常称为饱和度)随毛细管数增加而减小。因此，要驱动残余油，方法有两种：(1)提高驱替相流速和粘度，(2)降低界面张力。前者通常受到技术条件限制，而后者可以通过向高含酸原油中加入碱或直接加入表面活性剂来实现。实验表明在最佳条件下，生成或加入的表面活性剂能使界面张力从几十mN.m-1降到10-3mN.m-1以下，即可以使毛细管数上升105倍，残余油饱和度接近于零。这就是表面活性剂驱和三元复合驱的理论基础，而具体的机理则包括：(1)油/水界面张力的降低，(2)原油的乳化，(3)岩石润湿性的改变（从油润湿转变为水润湿）等。
二、三次采油的主要技术
目前的三次采油技术主要有热力驱﹑气驱和化学驱等。热力驱包括蒸汽驱﹑热水驱和油层内燃烧，主要针对稠油降低黏度和增加流动性；气驱包括混相﹑非混相驱，注入气体包括干气﹑湿气﹑氮气﹑CO2和烟道气等，一般受到资源的限制；而化学驱包括碱水驱﹑聚合物驱﹑表面活性剂驱以及将其组合而成的三元复合驱新技术。此外微生物采油技术也获得了很快的发展。
（一）热力驱。
热力采油的机理[1]主要是原油降粘、蒸馏热裂解、润湿性的改变和热膨胀等。对于倾角大的稠油油藏，热膨胀、粘性驱替和重力泄油是三种重要的采油机理。对于轻油藏蒸汽驱，降粘的潜力不大，主要开采机理是原油的蒸馏效应。
最早于20世纪50年代运用于委内瑞拉稠油开采的热力驱技术为蒸汽吞吐，因为蒸汽吞吐效果逐渐降低的实际情况，蒸汽驱和火烧油层成为主要接替方法。目前蒸汽驱技术已成为世界上大规模工业化应用的热采技术。为了提高热效应，国外近年来开发的稠油开采先进技术有水平井蒸汽辅助重力泄油技术（SAGD） 和电磁热采技术，其中前者已成为国际开发超稠油的一项成熟技术。
（二）气驱。
气驱包括混相﹑非混相驱，混相驱是指在多孔介质中，一种流体驱替另外一种流体，由于两种流体之间发生扩散、传质作用，使两种流体相互溶解而不存在分界面。其目的是使原油和驱替剂之间完全消除界面张力，毛细管数变为无限大，残余油饱和度降到最低。
用来混相驱的气体有烃类气体和非烃类气体，烃类气体有干气、富气和液化石油气，非烃类气体有二氧化碳、氮气、烟道气等。气体混相驱按混相机理[2]可分为一次接触混相驅和多级接触混相驱。
一次接触混相驱是排驱气体与地层原油以任意比例混合时便可立即达到完全互溶混相的排驱过程，如液化石油气等。多级接触混相驱是排驱气体在地层中推进时，多次与地层中的原油接触后才能达到混相的排驱过程，如二氧化碳，氮气等。
注气混相驱开发低渗透油田具有广阔的应用前景，其驱油效率远高于非混相驱。其中，CO2和N2更是近期研究较多和发展较好的混相驱替技术。
（三）化学驱。
化学驱包括碱水驱﹑聚合物驱﹑表面活性剂驱以及将其组合而成的二元或三元复合驱新技术。
1.碱驱。
碱驱技术是三次采油中应用最早的。但是由于碱耗和可操作浓度范围太窄，一直没有形成规模的应用。
碱驱机理[3]是碱与原油中的酸性物质反应生成表面活性剂，使得油水界面张力和界面黏度降低，并产生润湿性反转形成水包油、油包水和多重乳状液从而改变了毛细管力、附着力和内聚力，使原来不流动的残余油通过夹带、聚并重新处于可流动状态，从而提高采收率。
目前，在三次采油中常用的碱主要是：NaOH、Na2CO3和NaHCO3、Na3PO4和Na2HPO4等。在实际的驱油体系中多使用两种或两种以上的碱复配使用，而且考虑到对地层和复合体系影响，现在有向弱碱配方方向发展的趋势。
2.聚合物驱。
聚合物驱是指在注入水中加入水溶性高分子量的聚合物，增加水相黏度和降低水相渗透率，改善油水黏度比，从而扩大体积波及系数，达到提高原油采收率的方法。
目前，工业上应用的多为聚丙烯酰胺（PAM）、部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和天然改性聚合物和生物聚合物，但天然改性聚合物热稳定性差，生物聚合物成本高，抗生物将解性差，使其进一步推广受到限制。所以聚丙烯酰胺在驱油中获得广泛应用。
为了解决油藏高温、高盐度阻碍聚合物驱油技术应用的问题，现今研究开发方向是：一是合成具有耐温抗盐结构单元的非缔合型丙烯酰胺聚合物，二是合成具有特殊相互作用的聚合物驱油剂。
3.表面活性剂驱。
表面活性剂驱油机理十分复杂，大致有两种情况：一种是稀表面活性剂体系，一般浓度低于2%。为了提高抗吸附和抗二价离子沉淀能力，常加入其他助剂。驱油时，由于油水界面张力降低，使残余油乳化变形拉伸成长条状或丝状，形成油珠渗流，增加了油的流动性，易于聚并并形成油墙。另一种是微乳驱油体系，是指由水、油、表面活性剂和助剂等形成的透明或半透明稳定体系。微乳液与驱残余油接触，改变油水界面膜的性质，发生互溶作用，形成极容易聚并的乳状液，推动水驱残余油流动，最后富集，聚并形成高含和饱和带被带出。
在三次采油复合体系配方中，表面活性剂品种很多，主要有石油磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、木质素磺酸盐、羧酸盐等。目前，石油磺酸盐、烷基芳基磺酸盐仍是三次采油研究中应用最多的表面活性剂。
4.复合驱。
在上世纪60年代中期，复合驱油技术从三次采油技术中脱颖而出。复合驱提高采收率的机理是三方面因素共同作用的结果，即界面张力的降低、较好的流度控制和降低化学剂的吸附。由于碱、表面活性剂和聚合物间的协同效应，使得各化学剂的浓度降低，这样不仅大大降低了成本，而且大大提高了原油采收率。复合驱油主要包括：碱+聚合物驱，表面活性剂+聚合物驱，碱+表面活性剂+聚合物驱。复合驱油技术综合了碱、表面活性剂和聚合物单独驱油的优点，是一种效率高、适用油田广的驱油技术，在我国具有良好的应用前景。
（四）微生物驱。
微生物采油是指将地面分离培养的微生物菌液和营养液注入油层，或单纯注入营养液或油层内微生物，使其在油层内生长繁殖，产生有利于提高采收率的代谢产物，以提高油田采收率的采油方法，也称生物强化采油（Microbial Enhanced Oil Recovery MEOR）。微生物采油技术有两种；一种是外源微生物，一种是本源微生物。二者都是利用其代谢产物作为驱油剂提高石油采收率。
微生物采油机理比较复杂，可以概括为以下几点：（1）微生物新陈代谢所产生的酶，可以裂解重质烃类和石蜡，使原油黏度降低，流动性增强。（2）厌氧微生物在新陈代谢过程中，产生CO2、N2、CH4等气体，这些气体能保持和增加油层压力，并溶于原油，而使其黏度下降。（3）微生物代谢产生的化学物质、聚合物及同重金属反应具有高效封堵作用，这对非均质油藏的注水调剖具有良好的效果。（4）微生物的代谢产生的表面活性物质，使界面张力降低，毛细管数增大；同时使岩石的润湿性转变，使吸附在岩石上的油膜脱落，油藏残余油饱和度降低，从而使采收率提高。
三、结语
三次采油的方法，都有不同的使用条件，需要根据油田的油藏情况、原油组成、地层状况、盐的种类和含量等因素合理选择。目前，虽然三次采油技术取得较大的进展，但是受由于地质条件、油藏组成和经济效益等复杂因素的影响，除碱驱和聚合物驱外，其他方法在油田中应用规模较小。化学复合驱综合了碱、表面活性剂和聚合物驱油的优点，是一种效率高、适用油田较广的驱油技术，具有良好的应用前景，是今后研究开发的主要方向。
参考文献:
[1]李梅霞.国内外三次采油现状及发展趋势[J].当代石油石化,2008,16,(12):19-25.
[2]徐成孝.国外碱水驱油技术发展综述[J].钻采工艺,1993,16,(1):52-57.
[3]葛广章,王勇近,王彦玲.聚合物驱及相关化学进展[J].油田化学,2001,18,(3):282-284.
[4]郭东红,李森,袁建国.表面活性剂的驱油机理与应用[J].精细石油化工进展,2002,3,(7):36-41.
[5]杨清彦,宫文超,贾忠伟.大庆油田三元复合驱油机理研究[J].大庆石油地质与开发,1999,18,(3):24-26. (编辑 徐祺琛)