礫巖油藏復(fù)合驅(qū)過程中化學(xué)劑的吸附滯留規(guī)律*

欒和鑫，唐文潔，陳艷萍，陳權(quán)生，關(guān)丹，闕庭麗，徐崇軍，云慶慶，帕提古麗·麥麥提，焦秋菊，向湘興

（1.中國(guó)石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司礫巖油氣藏勘探開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆克拉瑪依 834000；3.新疆礫巖油藏實(shí)驗(yàn)室，新疆克拉瑪依 834000；4.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司油田化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室新疆油田分研究室，新疆克拉瑪依 834000；5.新疆油田公司新港公司，新疆克拉瑪依 834000）

新疆油田稀油老區(qū)先后開展了弱堿/表面活性劑/聚合物三元復(fù)合驅(qū)、表面活性劑/聚合物二元復(fù)合驅(qū)和聚合物驅(qū)，并取得了多項(xiàng)成熟配套技術(shù)。但也面臨許多問題，例如注入流體在滲流過程中會(huì)發(fā)生吸附滯留及色譜分離現(xiàn)象［1-5］，主要是由于復(fù)合驅(qū)過程中驅(qū)油體系各組分的極性不同導(dǎo)致的化學(xué)劑分離，化學(xué)劑在油藏運(yùn)移過程中由于吸附、脫附能力不同而導(dǎo)致的化學(xué)劑色譜分離會(huì)嚴(yán)重影響開發(fā)效果［5-10］。本文為研究驅(qū)油體系在油藏條件下運(yùn)移規(guī)律，考察了二元復(fù)合驅(qū)油體系（0.2% KPS202+0.1% KYPAM2）和三元復(fù)合驅(qū)油體系（0.3%KPS304+0.15%KYPAM1+1.2%碳酸鈉）在巖心砂表面的吸附規(guī)律以及在不同吸附條件下化學(xué)劑的色譜分離情況，研究了不同液固比條件下二元/三元復(fù)合驅(qū)油體系在礫巖油砂/水界面的吸附滯留量，得出礫巖油藏二元/三元復(fù)合驅(qū)油體系中表面活性劑、聚合物的吸附遞減速率方程，為二元/三元復(fù)合驅(qū)油配方體系化學(xué)劑濃度設(shè)計(jì)及驅(qū)油體系用量提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

表面活性劑KPS202，平均摩爾質(zhì)量420 g/mol，有效物含量20%，新疆金塔公司；表面活性劑KPS304，平均摩爾質(zhì)量450 g/mol，有效物含量15%，新疆金塔公司；抗鹽聚合物KYPAM1，相對(duì)分子量分別為2500×104，水解度26.7%，固含量93.14%，北京恒聚化工集團(tuán)有限公司；KYPAM2，相對(duì)分子質(zhì)量1.0×107，水解度24.9%，固含量91.3%，北京恒聚化工集團(tuán)有限公司；Na2CO3，工業(yè)品，含量99%。三元復(fù)合驅(qū)油體系配液用水為清水，礦化度3400 mg/L，主要離子質(zhì)量濃度（單位mg/L）：762.75、Cl-1063.59、114.1、Ca2+28.06、Mg2+19.3、Na++K+1023.27；二元復(fù)合驅(qū)油體系的配液用水為克拉瑪依油田A 井區(qū)產(chǎn)出水，礦化度10260.8 mg/L，主要離子質(zhì)量濃度（單位mg/L）：Na++K+3438.8、Mg2+17.48、Ca2+16.47、Cl-2941.78、實(shí)驗(yàn)油為七中區(qū)井區(qū)原油，黏度6.0 mPa·s（40℃）；巖心砂：由新疆油田巖心經(jīng)過粉碎而得，粒徑（mm）級(jí)別：<0.25、0.25～0.45、>0.45～1.0、>1.0～1.25、>1.25～1.5、>1.5分別占11.86%、11.01%、23.27%、4.42%、5.42%和44.01%，采用等體積比酒精/苯混合溶劑清洗去油。

TX500C 型界面張力儀，美國(guó)彪維公司；KS 4000i CS25型控溫?fù)u床，德國(guó)IKA公司；Waters2695型液相色譜儀，美國(guó)waters公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 吸附實(shí)驗(yàn)

（1）采用清水配制配方為0.3%KPS304+0.15%KYPAM2+1.2%碳酸鈉的三元復(fù)合驅(qū)油體系，采用克拉瑪依油田A 井區(qū)產(chǎn)出水配制配方為0.2%KPS202+0.1%KYPAM1的二元復(fù)合驅(qū)油體系，測(cè)定體系中的堿、表面活性劑和聚合物的濃度，即吸附前的初始濃度；（2）按一定固液比（質(zhì)量比）將粉碎后的巖心砂和二元/三元復(fù)合驅(qū)油體系（400 g）加入具塞的磨口錐形瓶中，振搖混勻后蓋好瓶塞，密封保存后放入（40±0.5）℃的震蕩恒溫箱中震蕩恒溫48 h；（3）取出錐形瓶，靜置分層，取20 mL上層清液倒入離心管中，在10000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心15 min；（4）取出離心管中上層清液，測(cè)定清液與區(qū)塊原油間的界面張力以及化學(xué)劑的濃度，即吸附達(dá)到平衡時(shí)的化學(xué)劑濃度。

第二次～第四次吸附實(shí)驗(yàn)，取上一次吸附后的上層清液與粉碎后的巖心砂按一定固液比混合后，放入恒溫振蕩器中振蕩48 h，測(cè)定吸附后驅(qū)油體系中化學(xué)劑的濃度以及驅(qū)油體系與原油間的界面張力。

1.2.2 測(cè)試與表征

（1）聚合物、表面活性劑濃度測(cè)定

參照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6576—2016《用于提高石油采收率的聚合物評(píng)價(jià)方法》方法，采用液相色譜法分析檢測(cè)表面活性劑、聚合物濃度。HPLC 色譜柱：KPS 陰離子交換填料；流動(dòng)相：甲醇/水=60/40（A液），甲醇/0.2 mol/L KNaH2PO4溶液=60/40（B液）；流速為1.0 mL/min。

（2）堿濃度測(cè)定

采用兩相滴定法測(cè)定三元復(fù)合驅(qū)油體系中堿濃度。具體地，取一定體積的樣品溶液于150 mL的錐形瓶中，加蒸餾水至體積約為25 mL，加3滴甲基橙指示劑，用HCl 標(biāo)準(zhǔn)液滴定至溶液由黃色突變?yōu)槌燃t色則達(dá)到終點(diǎn)，記錄所消耗的HCI標(biāo)準(zhǔn)液的體積。按式（1）和（2）分別計(jì)算NaOH、Na2CO3濃度：

式中：Vl、V2—滴定NaOH 樣品溶液時(shí)消耗HCl 標(biāo)準(zhǔn)液的體積和取樣體積，單位mL；V3、V4——滴定Na2CO3樣品溶液時(shí)消耗HCl 標(biāo)準(zhǔn)液的體積和取樣體積，單位mL；cHCl—HCl 標(biāo)準(zhǔn)液的濃度，單位0.1 mol/L。

（3）界面張力測(cè)定

參照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5370—2018《表面及界面張力測(cè)試方法》中含有黏彈性體系界面張力測(cè)試方法，在40 ℃下測(cè)定驅(qū)油體系與原油間的界面張力，取120 min的平衡界面張力。

2 結(jié)果與討論

2.1 初始化學(xué)劑含量分析

吸附前二元/三元復(fù)合驅(qū)油體系分別與原油間的界面張力如圖1 所示。在二元/三元復(fù)合驅(qū)油體系中表面活性劑用量分別為0.2%和0.3%，因此展現(xiàn)出了很好的降低油水界面張力性能，在120 min 范圍內(nèi)界面張力均達(dá)到超低數(shù)量級(jí)（10-3mN/m）的技術(shù)指標(biāo)要求。采用液相色譜法分析檢測(cè)表面活性劑、聚合物濃度，采用兩相滴定法測(cè)定堿濃度，經(jīng)測(cè)試，三元復(fù)合驅(qū)油體系中含碳酸鈉12.41 g/L、KPS304 3.01 g/L 和KYPAM1 1.58 g/L，二元復(fù)合驅(qū)油體系中含KPS202 2.11 g/L、KYPAM2 1.01 g/L，所測(cè)定結(jié)果與配液濃度相差不大，說明檢測(cè)化學(xué)劑濃度的方法行之有效。

圖1 吸附前二元/三元復(fù)合驅(qū)油體系與原油間的界面張力隨測(cè)試時(shí)間變化

2.2 吸附次數(shù)對(duì)體系界面性能的影響

將二元/三元復(fù)合驅(qū)油體系與巖心砂分別按液固比9∶1、7∶3、5∶5混合，在40 ℃下恒溫?fù)u床中震蕩吸附48 h，吸附后上層清液與原油間的界面張力隨測(cè)試時(shí)間變化如表1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同固液比條件下，二元體系/三元體系經(jīng)過巖心砂4次吸附后界面張力基本未發(fā)生改變，平衡界面張力IFT120min均達(dá)到超低界面張力（10-3mN/m）的指標(biāo)要求。

表1 不同吸附次數(shù)界面張力情況

2.3 不同吸附次數(shù)下的化學(xué)劑含量變化

二元/三元體系與巖心砂按不同液固比（9∶1、7∶3、5∶5）混合后，在40 ℃下恒溫?fù)u床中震蕩吸附48 h，不同吸附次數(shù)下化學(xué)劑濃度變化見圖2。不同液固比條件下，二元體系/三元體系經(jīng)過巖心砂4次吸附后各化學(xué)劑含量均隨著吸附次數(shù)增加而減少，隨著巖心砂含量增加各化學(xué)劑含量逐漸降低，整體上堿濃度的吸附遞減速率最大，吸附4 次后含量損失了一半左右。

圖2 不同固液比條件下二元體系/三元體系中化學(xué)劑濃度隨吸附次數(shù)變化

對(duì)曲線進(jìn)行擬合可以得出一定固液比條件下的化學(xué)劑濃度y與吸附次數(shù)x關(guān)系的擬合方程，具體如表2所示，其中x的系數(shù)可表征化學(xué)劑濃度變化幅度。隨著巖心砂含量增加，化學(xué)劑濃度變化幅度增大。化學(xué)劑濃度隨吸附次數(shù)增加降低幅度大小排序?yàn)椋篈SP堿濃度＞ASP表面活性劑濃度＞SP表面活性劑濃度＞ASP 聚合物濃度≈SP 聚合物濃度。ASP 三元體系中堿濃度隨吸附次數(shù)降幅最大，為ASP 表面活性劑濃度隨吸附次數(shù)降幅的2 倍，ASP三元體系中聚合物濃度隨吸附次數(shù)的降幅比SP 二元體系中聚合物濃度隨吸附次數(shù)的降幅略大，這與堿存在時(shí)聚合物的水解度變化有關(guān)。SP 二元體系中表面活性劑濃度隨吸附次數(shù)的降幅略低于ASP三元體系表面活性劑濃度隨吸附次數(shù)的降幅。ASP體系中堿在油砂上的吸附損耗速率最快、吸附量最大，利用堿的吸附特性復(fù)配體系中增大堿的含量可以有效降低表面活性劑和聚合物的吸附遞減速率，在涉及ASP三元體系配方時(shí)，堿濃度一定要大于表面活性劑濃度的2 倍以上。與SP 二元體系相比，ASP 三元體系中表面活性劑的吸附速率比二元體系中的吸附速率略大，其主要原因是堿的加入增加了離子強(qiáng)度而導(dǎo)致表面活性劑的吸附量增加。

表2 化學(xué)劑濃度與吸附次數(shù)關(guān)系擬合方程

在驅(qū)油體系設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮堿在油藏中的吸附，由于吸附作用被“犧牲”的堿不能起到降低界面張力的作用。為充分發(fā)揮驅(qū)油體系擴(kuò)大波及體積和洗油效率作用，建議驅(qū)油體系設(shè)計(jì)時(shí)按照“梯次降低堿濃度”的方法設(shè)計(jì)段塞，即前期注入高堿濃度的三元體系段塞，后期注入低堿濃度的三元體系段塞。

3 結(jié)論

二元體系/三元體系經(jīng)過4 次巖心砂吸附后界面張力未發(fā)生明顯改變，平衡界面張力IFT120min均達(dá)到超低界面張力（10-3mN/m）的指標(biāo)要求。

二元體系/三元體系經(jīng)過4次巖心砂吸附后，各化學(xué)劑附損耗量均隨著吸附次數(shù)而增加，隨著巖心砂含量增加各化學(xué)劑含量逐漸降低，堿的吸附損耗量最大，吸附4 次后堿濃度損失一半左右。各化學(xué)劑濃度與吸附次數(shù)關(guān)系基本滿足線性吸附，化學(xué)劑濃度降低幅度大小排序?yàn)椋篈SP 堿濃度＞ASP 表面活性劑濃度＞SP 表面活性劑濃度＞ASP 聚合物濃度≈SP聚合物濃度。