三類油層弱堿三元復(fù)合體系動態(tài)驅(qū)油實驗研究

閆文華，姚振杰，石曉博，吳安東，潘文輝

(1.提高采收率教育部重點實驗室 東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318;2.中油遼河油田公司，遼寧 遼中，110206;3.中油河南油田公司，河南 南陽 473132)

引 言

20世紀80年代，堿/表面活性劑/聚合物三元復(fù)合驅(qū)成為提高采收率的新技術(shù)。目前，國內(nèi)已有大慶、勝利、克拉瑪依油田和南陽油田進行了三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗或工業(yè)化推廣應(yīng)用［1］。三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗大多采用強堿三元復(fù)合體系。強堿、表面活性劑及聚合物產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，堿與原油中的有機酸反應(yīng)生成具有表面活性的石油酸皂，石油酸皂與表面活性劑相互作用，使三元復(fù)合體系產(chǎn)生超低界面張力。同時，堿可以降低表面活性劑和聚合物在油層孔隙中的吸附滯留，降低化學(xué)劑的損失。但堿的加入帶來了諸多不利影響，使三元復(fù)合體系黏度降低、溶蝕巖石骨架、地層結(jié)垢、卡泵、造成采出液處理困難等一系列問題。為減少強三元復(fù)合體系結(jié)垢和乳化給油田生產(chǎn)帶來的不利影響，對弱堿三元復(fù)合體系進行了研究［2］。

針對薩爾圖油田三類油層非均質(zhì)性強、層間矛盾嚴重［3－4］的特點，選用弱堿三元復(fù)合體系進行實驗。弱堿三元復(fù)合體系驅(qū)油技術(shù)作為近年來發(fā)展起來的一種三次采油新技術(shù)，主要是通過改善水油流度比，增大波及體積;同時降低油水界面張力，提高洗油效率［5－8］。目前，關(guān)于弱堿三元復(fù)合體系驅(qū)油已有相關(guān)文獻報道［6－7］，但是關(guān)于三類油層實施弱堿三元復(fù)合體系開合體系開采報道鮮見。因此，對薩爾圖油田三類油層實行弱堿三元復(fù)合體系驅(qū)油實驗研究，其研究成果對于該油田的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 實驗條件

(1)實驗儀器。包括FY－3型恒溫箱、平流泵、真空泵、壓力傳感器、電子天平、攪拌器、巖心夾持器、中間容器等。

(2)實驗化學(xué)劑。包括大慶煉化公司生產(chǎn)的3種聚合物(P620相對分子質(zhì)量為620×104;P700相對分子質(zhì)量為700×104，抗鹽;P1400相對分子質(zhì)量為1 400×104)、石油磺酸鹽表面活性劑以及堿劑Na2CO3。

(3)實驗用水。實驗所用模擬水及驅(qū)替用水根據(jù)研究區(qū)塊地層水礦化度用蒸餾水人工配制，其礦化度為4 898.7 mg/L;配制弱堿三元復(fù)合體系采用清水或低壓污水配制，高壓污水稀釋;使用前分別經(jīng)0.2 μm微孔過濾，除去雜質(zhì)。

(4)實驗用油。為三廠聯(lián)合站出口原油和煤油按一定比例配制而成的模擬油，45℃時黏度為9.8 mPa·s，使用前經(jīng)微孔濾膜過濾。

(5)實驗溫度為45℃。

(6)實驗巖心。根據(jù)大慶三類油層的物性特點選取有效滲透率分別為50 ×10－3、80 ×10－3、110×10－3μm2的 ?25 mm ×100 mm 柱狀人造巖心，組成三管并聯(lián)非均質(zhì)巖心，用于驅(qū)油實驗。

(7)實驗方案。分別為:①分別在水驅(qū)含水率為85%、90%、95%、98%的時期，轉(zhuǎn)注弱堿三元復(fù)合體系進行驅(qū)油實驗;②水驅(qū)至含水98%以上，改變?nèi)鯄A三元復(fù)合體系中主段塞的化學(xué)劑濃度進行驅(qū)油實驗;③水驅(qū)至含水98%以上，改變前置段塞、后續(xù)保護段塞的注入體積，進行不同段塞組合時的巖心驅(qū)油實驗。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 不同含水時機注復(fù)合體系對三類油層驅(qū)油效果的影響

選用相對分子質(zhì)量為700×104抗鹽聚合物配制濃度為1 000 mg/L、活性劑濃度為0.3%、堿濃度為1.0%的弱堿三元復(fù)合體系，注入孔隙體積倍數(shù)為0.60，分別在水驅(qū)至含水率為85%、90%、95%、98%的巖心上進行驅(qū)油實驗(圖1)。

圖1 不同含水時機注聚驅(qū)油實驗綜合曲線

水驅(qū)至含水率分別為85%、90%、95%、98%時進行三元復(fù)合驅(qū)，化學(xué)驅(qū)采出程度依次為28.56%、26.34%、24.05%、21.96%，總采出程度依次為 65.42%、63.62%、62.02%、60.78%。對于三類油層，當(dāng)含水率為85%時注入弱堿三元復(fù)合體系，化學(xué)驅(qū)采出程度及總采出程度最高。含水率為98%時，轉(zhuǎn)注弱堿三元復(fù)合體系化學(xué)驅(qū)采出程度及總采出程度最低。三類油層隨著轉(zhuǎn)注三元復(fù)合體系時含水率的升高，化學(xué)驅(qū)采出程度是逐漸減小的。

對于三類油層，在不同含水時機轉(zhuǎn)注弱堿三元復(fù)合體系，化學(xué)驅(qū)采出程度是不同的。轉(zhuǎn)注弱堿三元復(fù)合體系的時機越早，采收率越高，同時可以縮短開發(fā)時間。因此，三類油層實施弱堿三元復(fù)合體系驅(qū)油時，建議提前進行弱堿三元復(fù)合體系驅(qū)油，不僅可以提高采收率，而且可以縮短開采時間。

2.2 聚合物濃度對三類油層驅(qū)油效果的影響

本組實驗在保持段塞注入0.6 PV總體積不變，三元體系主段塞中表面活性劑和堿濃度分別為0.3%和1.0%，改變聚合物的濃度，進行驅(qū)油實驗(圖2)。

圖2 主段塞聚合物濃度對采出程度的影響

相對分子質(zhì)量為700×104抗鹽聚合物配制的濃度分別為1 000、800、1 200 mg/L的三元復(fù)合體系主段塞，其化學(xué)驅(qū)采出程度分別是21.96%、20.53%、22.78%;相對分子質(zhì)量為1 400×104聚合物配制的濃度分別為1 000、1 700、2 100 mg/L的三元復(fù)合體系主段塞，其化學(xué)驅(qū)采出程度分別是20.11%、21.62%、22.23%;相對分子質(zhì)量為620×104聚合物配制的濃度分別為1 800、2 750、3 400 mg/L的三元復(fù)合體系主段塞，其化學(xué)驅(qū)采出程度分別是8.4%、11.8%、12.6%。無論哪種聚合物在弱堿三元復(fù)合體系中，當(dāng)堿和活性劑的濃度不變而改變聚合物的濃度時，隨著聚合物濃度的增加，化學(xué)驅(qū)采出程度均是增大的。這是因為隨聚合物濃度的增加，弱堿三元復(fù)合體系的黏度是增加的，擴大波及體積的能力增強，因此三元復(fù)合體系采出程度就越高。

3種聚合物所配制的弱堿三元復(fù)合體系，在三管并聯(lián)模擬的非均質(zhì)巖心上，均具有較好的驅(qū)油效果。相對分子質(zhì)量為620×104聚合物的三元體系中聚合物濃度大于2 750 mg/L時，在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高的采出程度大于11%;相對分子質(zhì)量為700×104抗鹽聚合物和相對分子質(zhì)量為1 400×104聚合物的三元體系在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高的采出程度均在20%以上。對于三類油層，三元復(fù)合體系既發(fā)揮了擴大波及體積作用，又發(fā)揮了提高洗油效率的作用，是適合進行三元復(fù)合體系驅(qū)油的。

現(xiàn)場實施弱堿三元復(fù)合體系驅(qū)油時，應(yīng)在保證超低界面張力、保證注入能力的前提下，盡量增加聚合物濃度，同時應(yīng)該考慮注入成本的因素。建議三類油層實施三元復(fù)合體系驅(qū)油時，選用相對分子質(zhì)量為700×104抗鹽聚合物時濃度不大于1 000 mg/L，相對分子質(zhì)量為1 400×104聚合物濃度不大于1 700 mg/L，相對分子質(zhì)量為620×104聚合物濃度不大于2 750 mg/L。

2.3 表面活性劑濃度對驅(qū)油效果的影響

實驗在保持段塞注入0.6 PV總體積不變，弱堿三元復(fù)合體系主段塞為1 700 mg/L的相對分子質(zhì)量為1 400×104聚合物、堿濃度為1.0%，改變活性劑濃度分別為0.2%、0.3%及0.5%。

當(dāng)活性劑的濃度分別為0.3%、0.2%、0.5%，其化學(xué)驅(qū)采出程度分別為21.62%、21.27%、22.31%?；瘜W(xué)驅(qū)采出程度均隨著表面活性劑濃度的升高而增大。因為表面活性劑可以降低油水界面張力，達到超低界面張力，提高洗油效率。在弱堿三元復(fù)合體系中，當(dāng)活性劑的濃度為0.2%和0.3%時，弱堿三元復(fù)合體系的界面張力較低，均達到了超低界面張力，符合三元復(fù)合體系洗油效率的要求。在驅(qū)油過程中，弱堿三元復(fù)合體系在巖心中運移時，化學(xué)劑會在巖石表面吸附、滯留，會降低化學(xué)劑的濃度，尤其是表面活性劑，可能優(yōu)先吸附于巖石表面，降低弱堿三元復(fù)合體系的界面活性，同時考慮經(jīng)濟效益，建議表面活性劑濃度選為0.3%。

2.4 注入方式對驅(qū)油效果的影響

實驗保證主段塞注入體積為0.3 PV(相對分子質(zhì)量為1 400×104聚合物濃度1 000 mg/L、堿濃度為1.0%、活性劑濃度為0.3%)不變，用濃度為1 000 mg/L的相對分子質(zhì)量為1 400×104聚合物溶液作前置段塞，用濃度為500 mg/L的相對分子質(zhì)量為1 400×104聚合物溶液做后續(xù)保護段塞。分別改變前置段塞注入體積為0.05、0.10、0.20 PV，后續(xù)段塞不變;改變后續(xù)段塞注入體積為0.05、0.01、0.20 PV，前置段塞不變。

當(dāng)保證主段塞注入體積為0.3 PV、后續(xù)段塞注入體積為0.1 PV不變，用濃度為1 000 mg/L的相對分子質(zhì)量為1 400×104聚合物溶液做前置段塞，分別改變前置段塞注入體積0.05、0.10、0.20 PV，化學(xué)驅(qū)采出程度分別為18.27%、19.35%、20.11%。隨著前置段塞注入體積的增大，化學(xué)驅(qū)的采出程度是逐漸增大的。聚合物前置段塞，一是對實際三類非均質(zhì)油層起到了調(diào)剖作用，降低了油層的非均質(zhì)嚴重程度，二是聚合物的預(yù)稀釋和預(yù)吸附滯留作用，減緩了后續(xù)弱堿三元復(fù)合體系中堿、表面活性劑和聚合物濃度下降速度，弱化了弱堿三元復(fù)合體系驅(qū)替前緣過渡帶無效驅(qū)替現(xiàn)象。前置段塞對滲透率較高層位起調(diào)剖作用，降低弱堿三元復(fù)合體系主段塞的化學(xué)劑的吸附損失，因此前置段塞應(yīng)該具有一定的黏度，至少應(yīng)高于主段塞的黏度，然后盡量增大其注入體積。

當(dāng)主段塞注入三元復(fù)合體系為0.3 PV、前置段塞注入體積為0.1 PV保持不變，后續(xù)保護段塞注入體積分別為0.05、0.10、0.20 PV時，化學(xué)驅(qū)采出程度分別是19.11%、19.35%、19.63%。當(dāng)后續(xù)保護段塞的注入量改變時，隨著后續(xù)保護段塞體積的增大，其化學(xué)驅(qū)的采出程度是逐漸增大的。因為后續(xù)保護段塞主要是為了保護復(fù)合體系主段塞不被后續(xù)水驅(qū)快速突破，不降低化學(xué)劑的濃度而設(shè)計的，目的是充分發(fā)揮其化學(xué)藥劑的協(xié)同作用，提高原油采出程度。因此，在條件允許的情況下，可以適當(dāng)增大后續(xù)保護段塞的注入體積。

3 結(jié)論及建議

(1)對于三類油層，水驅(qū)轉(zhuǎn)注三元復(fù)合體系的時機越早，采收率越高。建議三類油層實施弱堿三元復(fù)合體系驅(qū)油時，提前進行弱堿三元復(fù)合體系驅(qū)油，不僅可以提高采收率，而且可以縮短開采時間。

(2)三類油層實施弱堿三元復(fù)合體系驅(qū)油時，主段塞聚合物濃度越高，表面活性劑濃度越高，化學(xué)驅(qū)采出程度越大。

(3)注入聚合物前置段塞的體積越大、聚合物后續(xù)保護段塞注入體積越大，化學(xué)驅(qū)采出程度越高?？紤]經(jīng)濟效益的同時，對于三類油層盡量增大前置段賽和后續(xù)保護段賽的注入體積。

(4)對于三類油層，弱堿三元復(fù)合驅(qū)是可行的。相對分子質(zhì)量為620×104聚合物的三元復(fù)合體系中聚合物濃度大于2 750 mg/L時，在水驅(qū)基礎(chǔ)上化學(xué)驅(qū)采出程度大于11%;相對分子質(zhì)量為700×104(抗鹽)和相對分子質(zhì)量為1 400×104聚合物的三元復(fù)合體系在水驅(qū)基礎(chǔ)上化學(xué)驅(qū)采出程度均大于20%。

［1］黃志雙.弱堿三元復(fù)合體系性質(zhì)及其影響因素［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報，2008，32(3):18－21.

［2］吳贊校，石志成，侯曉梅，等.弱堿替代強堿的三元復(fù)合驅(qū)研究［J］.日用化學(xué)品科學(xué)，2008，31(11):33－37.

［3］趙國.大慶油田三類油層聚合物驅(qū)的合理注采比［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報，2008，32(1):108－111.

［4］趙國.二、三類油層合理開發(fā)次序的數(shù)值模擬［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報，2008，32(1):112－115.

［5］王成勝，黃波，易飛，等.渤海SZ36－1油田締合聚合物黏度損失研究［J］.石油鉆采工藝，2010，32(5):82－85.

［6］張曉華.阻力系數(shù)對聚合物驅(qū)油效果的影響［J］.特種油氣藏，2011，18(3):81 －83.

［7］胡小冬，唐善法，葛林文，等.陰離子雙子表面活性劑GA8－4－8油水界面張力研究［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2011，18(6):67 －69.

［8］丁偉，李安軍，于濤，等.烷基芳基磺酸鹽結(jié)構(gòu)對原油－表面活性劑－堿體系油－水界面張力的影響［J］.石油學(xué)報，2010，26(1):36.