重質(zhì)稠油油藏堿/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

馬奎前,蔡 暉,朱玉國(guó),蔡越釬,張占華

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司,天津塘沽 300452）

重質(zhì)稠油油藏堿/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

馬奎前,蔡 暉,朱玉國(guó),蔡越釬,張占華

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司,天津塘沽 300452）

針對(duì)渤海某稠油油田儲(chǔ)層非均質(zhì)性、儲(chǔ)層物性和流體性質(zhì)等特點(diǎn),利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)堿/表面活性劑二元體系中表面活性劑與原油的界面活性、堿對(duì)表面活性劑/原油間界面活性的影響、堿/表面活性劑之間的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)堿/表面活性劑驅(qū)油效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,堿/表面活性劑二元驅(qū)油體系,具有降低界面張力,提高驅(qū)油效率的作用。

稠油油田;堿/表面活性劑;界面張力;驅(qū)油效率

化學(xué)驅(qū)油機(jī)理主要是通過向地層中注入驅(qū)替介質(zhì),改變地層流體的相對(duì)滲透率、巖石潤(rùn)濕性及驅(qū)替相的粘度來提高原油采收率。通過注入流體既能進(jìn)行流度控制又能降低界面張力,從而使驅(qū)油效率和波及系數(shù)增加,是一種較有前途的提高采收率技術(shù)。

渤海稠油油田儲(chǔ)量約占80%,而在這些稠油油田中,因多種因素,不能投入開發(fā)的儲(chǔ)量占稠油儲(chǔ)量的5%左右[1]。制約這些稠油油田開發(fā)的主要瓶頸是原油粘度大、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、水驅(qū)開發(fā)效果差。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)普通稠油AS驅(qū)油的研究和應(yīng)用很多[2-8],但在重質(zhì)稠油中的研究應(yīng)用很少[9-10]。因此,開展A/S(堿/表面活性劑)二元驅(qū)油體系在重質(zhì)稠油油藏的適應(yīng)性研究,可以為同類稠油油藏A/S二元復(fù)合驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)條件

1.1 實(shí)驗(yàn)用水

采用渤海某稠油油田的地層水,其礦物組成見表1。

1.2 實(shí)驗(yàn)用油

表1 實(shí)驗(yàn)用水化學(xué)成份表

采用某稠油油田的地面脫氣原油與煤油配制而成,50℃時(shí)原油粘度為2004mPa·s。

1.3 實(shí)驗(yàn)巖心

采用冷凍法,取自某稠油油田天然巖心,幾何尺寸:φ2.15cm×5cm。

1.4 實(shí)驗(yàn)化學(xué)劑

表面活性劑選取烷基苯磺酸鹽、石油磺酸鹽兩種,實(shí)驗(yàn)用堿選用弱堿Na2CO3。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

(1)油水界面張力測(cè)定:依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5370-1999表面及界面張力測(cè)定方法中進(jìn)行測(cè)試。

(2)抗鹽性、熱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)和驅(qū)油效率測(cè)定:分別依據(jù)SY/T5908-1994標(biāo)準(zhǔn)中石油磺酸鹽性能測(cè)定方法和SY/T6424-2000標(biāo)準(zhǔn)中復(fù)合驅(qū)油體系性能測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 油水間原始界面活性

油水間的界面張力測(cè)定主要是了解實(shí)驗(yàn)所用地下水與原油間的原始界面張力的大小。測(cè)定結(jié)果:地下水與原油間的界面張力為6.33mN/m。

2.2 表面活性劑界面活性及驅(qū)油效果分析

在一定濃度范圍內(nèi),表面活性劑溶液與原油間的界面張力隨著濃度的增大而降低(表2),從中可看出,表面活性劑單獨(dú)使用時(shí),降低界面張力幅度明顯。當(dāng)表面活性劑17#體積分?jǐn)?shù)≧0.1%時(shí),油水界面張力達(dá)到了10-1mN/m數(shù)量級(jí),體積分?jǐn)?shù)在0.5%時(shí),界面張力達(dá)到了10-4mN/m數(shù)量級(jí),但當(dāng)體積分?jǐn)?shù)增加到2%時(shí),界面張力上升一個(gè)數(shù)量級(jí);表面活性劑25#也是類似情況。這主要是因?yàn)樵团c表面活性劑溶液接觸后,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),界面張力降低,最后油滴被拉斷或分散成油珠狀(圖1)。從兩種表面活性劑對(duì)比來看,表面活性劑17#降低界面張力最低,濃度范圍寬,可作為首選驅(qū)油劑單獨(dú)使用,體積分?jǐn)?shù)選擇1.5%。

表2 不同濃度表面活性劑與原油間界面張力情況

圖1 油滴與化學(xué)劑接觸后油滴的變化

另外從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出(表3),單一表面活性劑驅(qū)油時(shí),驅(qū)油效率增加幅度較大,但所需表面活性劑濃度相對(duì)較高,成本較大。同時(shí)如果單獨(dú)向油層中注入表面活性劑,表面活性劑濃度會(huì)因吸附損耗導(dǎo)致設(shè)計(jì)的濃度減小,驅(qū)油效果變差。為了降低其成本投入,使其在較低的濃度范圍內(nèi),驅(qū)油體系仍與原油間達(dá)到較高的界面活性,可以通過添加助劑的方法來改善表面活性劑與原油間的界面活性,同時(shí)減小表面活性劑的用量,以適應(yīng)大規(guī)模礦場(chǎng)推廣應(yīng)用的要求。

表3 表面活性劑驅(qū)油效果分析

2.3 堿助劑與原油界面活性

不同濃度堿與原油間的界面張力情況見圖2,從中可看出,當(dāng)堿體積分?jǐn)?shù)≧1.0%時(shí),油水界面張力達(dá)到了10-2mN/m數(shù)量級(jí),在該范圍內(nèi)使用,界面張力降低效果相對(duì)好。圖3給出了不同濃度堿與原油間的動(dòng)界面張力變化曲線,從中可以看出,堿與原油接觸后,界面張力變化較平穩(wěn),時(shí)間延長(zhǎng),張力變化不明顯。可見,單獨(dú)使用堿水驅(qū)油,效果不是很理想。

圖2 不同濃度堿劑與原油間的界面張力變化曲線

圖3 不同濃度堿劑與原油間的動(dòng)界面張力變化曲線

2.4 堿對(duì)表面活性劑/原油間界面活性的影響

堿對(duì)表面活性劑溶液降低界面張力的影響,依據(jù)表面活性劑自身溶液性質(zhì),實(shí)驗(yàn)選用表面活性劑體積分?jǐn)?shù)為0.3%,堿Na2CO3體積分?jǐn)?shù)選用1.0%。不同表面活性劑與堿復(fù)配后的體系與原油間的界面張力最低值、平衡值見表4和圖4。從表中可以看出,加入一定濃度的Na2CO3的二元體系,能使界面張力降低達(dá)到了10-2mN/m數(shù)量級(jí)以下,達(dá)到與高濃度表面活性劑單獨(dú)使用時(shí)相同的降低界面張力的效果?？梢姷蜐舛缺砻婊钚詣┤芤褐屑尤胍欢舛鹊腘a2CO3,不但可以達(dá)到單獨(dú)使用表面活性劑的效果,而且可降低表面活性劑的用量。從經(jīng)濟(jì)性和復(fù)合體系特性方面考慮,選用Na2CO3作為表面活性劑溶液調(diào)節(jié)劑,優(yōu)選表面活性劑為25#。

表4 不同表面活性劑復(fù)配體系與原油間界面張力情況(mN/m)

圖4 堿對(duì)表面活性劑體系與原油間的界面張力的影響

2.5 A/S之間的協(xié)同效應(yīng)

表面活性劑溶液中加入一定濃度堿后組成的復(fù)合體系,能不同程度地起到降低界面張力的效果。通過不同濃度堿、表面活性劑之間的復(fù)配體系與原油間的界面張力大小的測(cè)定,優(yōu)選了復(fù)合體系單劑濃度,并確定出最佳堿/表面活性劑復(fù)配驅(qū)油體系配方,使其在較寬的濃度范圍內(nèi)可以達(dá)到超低界面張力(10-3mN/m以下)的效果。

圖5分別給出了堿/表面活性劑復(fù)合體系正交實(shí)驗(yàn)的界面張力最低值和平衡值,表面活性劑25#在實(shí)驗(yàn)范圍為0.05%～4.0%,Na2CO3實(shí)驗(yàn)范圍為0.4%～1.2%,Na2CO3和表面活性劑之間的復(fù)配體系界面張力平衡值都達(dá)到了10-3mN/m數(shù)量級(jí),中心區(qū)域達(dá)到了10-4mN/m數(shù)量級(jí),且復(fù)合體系濃度在較寬范圍內(nèi)都達(dá)到了協(xié)同效應(yīng)。界面張力最低值在部分區(qū)域內(nèi),達(dá)到10-4mN/m數(shù)量級(jí)。由此可見,Na2CO3體積分?jǐn)?shù)和表面活性劑復(fù)合體系能夠克服由于吸附損耗而使?jié)舛葴p少,起到了在低濃度的情況下也能降低界面張力的作用。

2.6 A/S二元復(fù)合體系中表面活性劑濃度的優(yōu)化

圖5 A/S體系界面張力活性和平衡性圖

保持堿體積分?jǐn)?shù)1%不變,研究同一表面活性劑在不同濃度下復(fù)合體系的驅(qū)油效果。結(jié)果如表5所示,可以看出,當(dāng)表面活性劑25#體積分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí),復(fù)合體系相比水驅(qū)提高驅(qū)油效率10.84%,當(dāng)增加到0.3%時(shí),驅(qū)油效率增加了16.67%,增加幅度為5.83%;而增加到0.4%時(shí),增加幅度僅0.05%。由此可見,表面活性劑濃度在一定范圍內(nèi),隨著濃度增大,驅(qū)油效率增加,當(dāng)濃度增大到一定程度時(shí),驅(qū)油效率增加幅度變緩。結(jié)合上面復(fù)合體系界面活性研究,確定復(fù)配體系配方為:1.0%Na2CO3+0.3%表面活性劑25#。

表5 表面活性劑濃度對(duì)A/S二元體系驅(qū)油效果的影響

2.7 A/S二元復(fù)合驅(qū)注入段塞優(yōu)化

對(duì)優(yōu)化后的A/S二元復(fù)合體系,在注入體積倍數(shù)為0.1PV、0.3PV、0.5PV時(shí)的驅(qū)油效率進(jìn)行分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6?？梢钥闯鲈搹?fù)合體系注入0.3 PV時(shí)的驅(qū)油效果最佳,比水驅(qū)提高驅(qū)油效率16.67%,明顯高于0.1PV段塞時(shí)的驅(qū)油效率,與0.5PV段塞相比,驅(qū)油效率相差不大,從經(jīng)濟(jì)性考慮,推薦注入段塞為0.3PV。

3 結(jié)論

(1)對(duì)于重質(zhì)稠油,A/S二元復(fù)合體系在油藏條件下,也可達(dá)到降低界面張力,提高驅(qū)油效果。針對(duì)目標(biāo)油田確定復(fù)合體系配方為:1.0%Na2CO3+0.3%表面活性劑25#。

表6 不同注入段塞驅(qū)油效果對(duì)比

(2)隨著注入段塞增大,驅(qū)油效率增加,但超過0.3PV后增加幅度減緩,從經(jīng)濟(jì)可行性考慮,推薦注入段塞為0.3PV。

(3)重質(zhì)稠油水驅(qū)效率在25%左右,注入0.3 PV的A/S復(fù)合體系可以在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高驅(qū)油效率16.7%。

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TE357.432

A

1673-8217(2011)02-0122-04

2010-11-05;改回日期:2010-12-13

馬奎前,碩士,高級(jí)工程師,1971年生,主要從事油氣田開發(fā)與生產(chǎn)研究工作。

編輯:劉洪樹