強(qiáng)堿生物復(fù)合體系提高采收率技術(shù)室內(nèi)評(píng)價(jià)

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(大慶油田有限責(zé)任公司 第四采油廠(chǎng)，黑龍江 大慶 163511)

0 引言

三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)在三次采油中發(fā)揮著重要的作用，但強(qiáng)堿三元體系存在著藥劑用量大、注入成本高；注采系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重、采出液處理難度較大等問(wèn)題。工業(yè)化推廣后，藥劑注入量大大增加，表面活性劑和液堿出現(xiàn)供應(yīng)緊張現(xiàn)象，直接影響現(xiàn)場(chǎng)的順利注入。需探索和建立低成本的三元復(fù)合驅(qū)應(yīng)用技術(shù)，為油田持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。生物表面活性劑是指有嚴(yán)格的親水和疏水基團(tuán),由微生物產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)[1]。生物表面活性劑和化學(xué)表面活性劑一樣具有驅(qū)油能力，且水溶性好,乳化原油能力強(qiáng)[2]。它可以部分取代化學(xué)表面活性劑，降低三元復(fù)合驅(qū)成本，同時(shí)彌補(bǔ)主劑用量不足問(wèn)題。該項(xiàng)技術(shù)在油田應(yīng)用潛力巨大[3]。脂肽由脂肪酸和肽組成，是一種優(yōu)良的生物表面活性劑。為了進(jìn)一步拓寬三元復(fù)合體系油水界面活性范圍，實(shí)現(xiàn)達(dá)到相同驅(qū)油效果，降低強(qiáng)堿和烷基苯表面活性劑用量的目的，開(kāi)展了脂肽生物表面活性劑與烷基苯三元體系復(fù)配技術(shù)研究。通過(guò)對(duì)生物復(fù)合體系復(fù)配濃度、降低油水界面張力能力、穩(wěn)定性、抗吸附性及物理模擬驅(qū)油性能進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)，優(yōu)選了注入方案。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

脂肽類(lèi)生物表活劑，由油田水中的枯草芽孢桿菌發(fā)酵培養(yǎng)獲得。為淡黃色液體，略帶有酸性氣味，樣品由上海華理生物能源公司提供。烷基苯磺酸鹽表面活性劑，簡(jiǎn)稱(chēng)烷基苯表活劑，由大慶油田化工集團(tuán)生產(chǎn)，其有效含量為50%左右。

聚合物為大慶煉化公司生產(chǎn)的2500萬(wàn)超高分子聚合物，強(qiáng)堿使用NaOH(分析純)，實(shí)驗(yàn)用油為井口及聯(lián)合站脫水原油，體系配制用水為油田深度處理污水。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

美國(guó)彪維公司生產(chǎn)TX-500C型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀；匯成科技生產(chǎn)HY-150型恒溫振蕩儀； BINDER公司生產(chǎn)BD-53型恒溫箱；江蘇海安石油儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的室內(nèi)巖心驅(qū)油裝置。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 強(qiáng)堿條件下不同濃度生物復(fù)合體系界面張力變化

固定烷基苯表活劑有效濃度0.05%及0.15%，聚合物1400mg/L，檢測(cè)在不同NaOH濃度下，加入不同濃度生物表活劑后復(fù)合體系界面張力變化，確定生物復(fù)合體系最佳復(fù)配比例。將優(yōu)選出的生物復(fù)合體系在45℃恒溫條件下，放置不同時(shí)間后進(jìn)行界面張力檢測(cè)，觀察體系界面張力穩(wěn)定性變化。

1.3.2 生物復(fù)合體系乳化性能

對(duì)優(yōu)選出的復(fù)合體系，按照2∶1的比例將復(fù)合體系與脫水原油放入50mL比色管中，在45℃恒溫條件下充分振蕩、靜置1h后，觀察放置不同時(shí)間的析水量，確定各復(fù)合體系的乳化性能。

1.3.3 生物表活劑復(fù)合體系抗吸附性能

優(yōu)選出的復(fù)合體系進(jìn)行界面張力測(cè)定后，按照1∶9的固液比，將油砂和配制好的復(fù)合體系加入具塞錐形瓶中，45℃恒溫振蕩24h后，取上層清液測(cè)定界面張力，如果能達(dá)到超低界面張力，將剩余的上層清液中加入新油砂，再次按油砂：復(fù)合體系=1∶9恒溫振蕩吸附24h，測(cè)定上層清液界面張力，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，直到復(fù)合體系上層清液界面張力大于1.0×10-2mN/m要求為止。

1.3.4 生物復(fù)合體系驅(qū)油性能評(píng)價(jià)

采用水測(cè)滲透率400μm2左右、巖心尺寸為4.5×4.5×30cm人造均質(zhì)巖心、脫水原油及現(xiàn)場(chǎng)深度處理污水，開(kāi)展室內(nèi)物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)流程：人造均質(zhì)巖心抽真空6h以上，飽和水；45℃下飽和油，放置48h；水驅(qū)至采出端含水98%以上，按照方案分別注入不同化學(xué)劑段塞，后續(xù)水驅(qū)至出口含水98%以上。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 生物復(fù)合體系降低油水界面張力性能評(píng)價(jià)

研究不同化學(xué)劑濃度對(duì)生物復(fù)合體系性能的影響，以有效降低油藏油水界面張力為目標(biāo)，分析確定各組分最佳濃度范圍，探索生物復(fù)合體系配方。

2.1.1 強(qiáng)堿條件下生物表活劑與烷基苯表活劑具有較好的協(xié)同效應(yīng)

檢測(cè)不同NaOH濃度時(shí)，烷基苯三元體系中加入生物表活劑后，復(fù)合體系界面張力變化，繪制界面活性圖。

生物表活劑濃度(%) 生物表活劑濃度(%)

圖1 0.05%烷基苯時(shí)不同NaOH濃度生物復(fù)合體系界面活性圖圖2 0.15%烷基苯時(shí)不同NaOH濃度生物復(fù)合體系界面活性圖

由圖1及圖2可以看出，當(dāng)NaOH濃度在0.6%～1.2%時(shí)，三元體系中加入4%～10%生物表活劑，油水界面張力可達(dá)到超低范圍要求(<1.0×10[-2]mN/m)。由此確定了生物表活劑在復(fù)合體系中的最佳濃度范圍。

2.1.2 低NaOH濃度條件下加入生物表活劑可拓寬界面活性范圍

依據(jù)強(qiáng)堿烷基苯磺酸鹽界面活性圖范圍，配制NaOH濃度為0.4%～1.0%，烷基苯表活劑有效濃度為0.05%～0.2%的三元體系，加入5%生物表活劑，檢測(cè)體系界面張力變化，確定生物表活劑在復(fù)合體系中的積極作用。同時(shí)對(duì)比相同堿和烷基苯表活劑條件下，不含生物表活劑的三元體系界面張力變化。

對(duì)比圖3、圖4可以看出， NaOH濃度低于0.6%范圍內(nèi)，烷基苯三元體系達(dá)不到超低界面張力要求。相同堿和烷基苯表活劑濃度條件下，加入5%的生物表活劑后，復(fù)合體系可進(jìn)一步降低油水界面張力，使界面活性范圍變寬。

圖3烷基苯三元體系界面活性圖圖4加入5%生物表活劑復(fù)合體系界面活性圖

脂肽生物表面活性劑可進(jìn)一步降低油水界面張力，主要原因一是生物表面活性劑平均分子量在1000左右，與原油的重組分接近，在體系中對(duì)原油的重組分有較好的親和性，可起到降低油水界面張力的作用[4]；二是脂肽的親水性體現(xiàn)在親水氨基酸的羧基上，在堿性條件下屬于陰離子表面活性劑，和烷基苯表活劑之間產(chǎn)生協(xié)同作用，脂肽分子與烷基苯表活劑分子在表面或界面上分子排列互相補(bǔ)充，增大了單位表/界面積上的活性基團(tuán)密度，進(jìn)而提高了表/界面活性。因此生物表面活性劑作為輔助劑，對(duì)復(fù)合體系進(jìn)一步降低油水界面張力的作用具有數(shù)倍提高。

根據(jù)生物復(fù)合體系界面活性范圍，初步選定生物復(fù)合體系主要配方為：

1)1400mg/L聚合物+0.8%NaOH+0.15%烷基苯+10%生物表活劑

2)1400mg/L聚合物+0.8%NaOH +0.15%烷基苯+5%生物表活劑

開(kāi)展體系界面張力穩(wěn)定性、乳化、吸附等性能評(píng)價(jià)。生物復(fù)合體系配方與常規(guī)烷基苯三元體系配方(1800mg/L聚合物+1.2%NaOH +0.3%烷基苯表活劑)相比，烷基苯表活劑濃度降低50%，強(qiáng)堿濃度降低30%以上。

2.1.3 生物復(fù)合體系界面張力穩(wěn)定性檢測(cè)

烷基苯三元體系與生物復(fù)合體系放置不同時(shí)間的界面張力變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5中曲線(xiàn)。生物復(fù)合體系界面張力穩(wěn)定性好于烷基苯三元體系。烷基苯三元體系放置60天時(shí)達(dá)不到超低界面張力要求。而生物復(fù)合體系界面張力穩(wěn)定性較好，放置90天，仍可以達(dá)到超低界面張力，且數(shù)值低于初期界面張力，僅為1×10-3mN/m。

圖5 生物復(fù)合體系與烷基苯三元體系界面張力穩(wěn)定性曲線(xiàn)

2.2 生物表活劑復(fù)合體系乳化性能

不同濃度復(fù)合體系油水乳化液析水率數(shù)據(jù)表明，在較低的堿和烷基苯表活劑濃度條件下，生物復(fù)合體系乳化能力優(yōu)于單獨(dú)烷基苯三元體系，但放置24小時(shí)后，油水完全分離，說(shuō)明形成的乳化液較易破乳，有利于采出液油水分離處理。

表1 生物復(fù)合體系與烷基苯三元體系乳化性能對(duì)比

2.3 生物表活劑復(fù)合體系抗吸附性能

測(cè)定多次吸附后，生物復(fù)合體系與烷基苯三元體系界面張力變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)曲線(xiàn)。檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，三元體系中加入生物表活劑后，抗吸附性能增強(qiáng)，吸附六次以上，仍可達(dá)到超低界面張力要求。

圖6 生物復(fù)合體系與烷基苯三元體系抗吸附性能對(duì)比曲線(xiàn)

2.4 生物復(fù)合體系巖心驅(qū)油效果評(píng)價(jià)

應(yīng)用聯(lián)合站脫水原油、現(xiàn)場(chǎng)污水，人造均質(zhì)巖心，參考優(yōu)選后的生物復(fù)合體系配方，開(kāi)展室內(nèi)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。

注入方案：巖心飽和油后水驅(qū)至含水98%以上，注入聚合物前置段塞0.075PV(40 mPa.s)，再分別注入復(fù)合體系主段塞0.35PV，注入三元副段塞0.1PV和聚合物保護(hù)段塞0.2PV(30mPa.s)，后續(xù)水驅(qū)至含水98%以上。主段塞體系配方為1400mg/L聚合物 +0.8%NaOH+0.1%烷基苯表活劑+5%生物表活劑。

巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明，生物復(fù)合體系可在水驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率22個(gè)百分點(diǎn)以上，具有較好的驅(qū)油效果，與常規(guī)三元體系提高采收率效果相當(dāng)。

3 結(jié)語(yǔ)

烷基苯三元體系中加入4%～10%的脂肽類(lèi)生物表活劑，可進(jìn)一步拓寬油水界面活性范圍。生物復(fù)合體系界面張力穩(wěn)定性較好，乳化及抗吸附能力均優(yōu)于烷基苯三元體系。優(yōu)選后的生物復(fù)合體系配方，降低烷基苯表活劑用量50%，降低強(qiáng)堿用量30%以上?？稍谒?qū)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高采收率22個(gè)百分點(diǎn)以上，具有較好的應(yīng)用前景。

[參考文獻(xiàn)]

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