大慶薩中二類油層三元體系色譜分離特性研究

李柏林，金占鑫，楊鳳艷，王洪衛(wèi)，代素娟

油田化學(xué)

大慶薩中二類油層三元體系色譜分離特性研究

李柏林1，金占鑫1，楊鳳艷1，王洪衛(wèi)2，代素娟2

（1.東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江大慶163318；2.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江大慶163001）

以大慶薩中二類油層三元復(fù)合驅(qū)強(qiáng)堿體系為研究對象，以二類油層的天然對接巖心和二類油層的天然去油油砂組成4個模型，繪制3種化學(xué)劑產(chǎn)出與注入相對濃度和注入孔隙體積倍數(shù)（C/C0～PV）曲線，采用突破注入量和等比濃度注入量差兩個指標(biāo)來描述三元復(fù)合驅(qū)油體系的色譜分離程度，通過巖心滲流實(shí)驗(yàn)研究了二類油層的三元體系色譜分離特性。實(shí)驗(yàn)表明，三元復(fù)合體系中3種化學(xué)劑在二類油層中存在色譜分離現(xiàn)象；HPAM最先突破，堿和表活劑隨后一起突破；各類驅(qū)油化學(xué)劑間色譜分離程度從強(qiáng)到弱依次是：HPAM與表活劑、堿與表活劑、堿與HPAM；三元復(fù)合體系中堿、表活劑與HPAM3種化學(xué)劑的突破時間隨滲流距離增加而延遲，同時也增大了色譜分離程度；滲透率較小的二類油層比一類油層色譜分離作用更大。

三元復(fù)合驅(qū)；色譜分離；二類油層；巖心滲流

三元復(fù)合驅(qū)油體系堿、表活劑與HPAM在油藏向前驅(qū)替時，由于相互間運(yùn)移速度存在差異，會產(chǎn)生色譜分離現(xiàn)象[1，2]。色譜分離是多組分混合液在某些多孔吸附介質(zhì)中滲流時具有的一種特性，影響色譜分離程度的主要因素有組分競爭吸附、離子之間交換、兩相液-液分配、多種路徑運(yùn)移、動態(tài)滯留損失等。以上因素導(dǎo)致3種化學(xué)劑間的運(yùn)移速度產(chǎn)生差異，使堿、表活劑與HPAM在油藏內(nèi)向前運(yùn)移過程中彼此分離，即三元體系出現(xiàn)色譜分離現(xiàn)象[2]。三元復(fù)合體系所含化學(xué)劑受以上某一種作用或幾種因素聯(lián)合作用導(dǎo)致色譜分離現(xiàn)象出現(xiàn)。由于色譜分離作用，三元復(fù)合體系的完整性將受到破壞，從而影響三元驅(qū)油體系的性能[3-6]。與一類油層相比，二類油層河道砂發(fā)育規(guī)模明顯變小、粘土含量高、層數(shù)增多、厚度變薄、滲透率變低、平面及縱向非均質(zhì)性更加嚴(yán)重[7，8]。二類油層的地質(zhì)特點(diǎn)決定了三元復(fù)合驅(qū)油層滲流的特異性，本文結(jié)合大慶薩中二類油層強(qiáng)堿體系三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)的現(xiàn)場實(shí)際，通過巖心滲流實(shí)驗(yàn)研究了二類油層三元體系色譜分離特性，為同類油層的三元復(fù)合驅(qū)提供有益的理論和可靠的試驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

表活劑：石油磺酸鹽（自制）；

地層水：礦化度為5088.7mg·L-1的大慶平均地層水，用于飽和巖心；

注入水：礦化度為4826.7mg·L-1的大慶平均注入水，用于驅(qū)替和配制三元復(fù)合溶液；

驅(qū)替體系：ASP三元復(fù)合驅(qū)油體系（1.2% NaOH+0.3%表活劑+2000mg·L-1HPAM）；

巖心：φ2.5×5cm的天然巖心；共選用了2種模型，為填砂管模型和天然巖心對接模型。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）夾持器中裝入巖心、中間容器裝入各驅(qū)油試劑，在45℃下恒溫1h；

（2）啟動平流泵，注入速度設(shè)定為0.3mL·min-1；

（3）用注入水驅(qū)替一直到注入壓力平穩(wěn)；

（4）注入0.45PV三元體系，在流出端定時取樣檢測三元液各組分的濃度；

（5）三元段塞后，再水驅(qū)到4.0PV。

1.3 研究方法

驅(qū)油實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞钌肮苋肟诨瘜W(xué)劑的初始濃度為C0，填砂管末端產(chǎn)出液中化學(xué)劑的濃度為C。以三元驅(qū)油體系的注入孔隙體積倍數(shù)（PV）為橫坐標(biāo)，化學(xué)劑相對濃度（C/C0）為縱坐標(biāo)作圖，繪制模型出口端產(chǎn)出液中3種化學(xué)劑的（比）濃度變化曲線。3種化學(xué)劑在油砂中相對運(yùn)移速度的大小從變化曲線在圖中的相對位置反映出來，變化曲線向左移動則表示化學(xué)劑運(yùn)移速度較快；變化曲線向右移動則表示化學(xué)劑運(yùn)移速度較慢。3條曲線之間的距離表示3種化學(xué)劑產(chǎn)生色譜分離的程度。

三元復(fù)合驅(qū)油體系的色譜分離主要在驅(qū)替前緣產(chǎn)生，并且最終的驅(qū)油效率受驅(qū)替前緣的影響也較大，實(shí)驗(yàn)過程使用以下兩個指標(biāo)來反映3種化學(xué)劑的色譜分離程度[9]。

（1）突破注入量突破注入量為驅(qū)替模型填砂管出口產(chǎn)出液中最先檢到化學(xué)劑時的注入孔隙體積倍數(shù)表示。3種化學(xué)劑的突破注入量各異，證明3種化學(xué)劑之間產(chǎn)生色譜分離。

（2）等比濃度注入量差任意兩種化學(xué)劑的等比濃度注入量差可用這兩種化學(xué)劑的驅(qū)替前緣達(dá)到同一比濃度時的注入孔隙體積倍數(shù)的差值表示。差值越大，反映兩種化學(xué)劑之間的色譜分離作用越大。實(shí)驗(yàn)均選用比濃度為0.05（C/C0=0.05）時相差的注入孔隙體積倍數(shù)表征色譜分離程度。

1.4 化學(xué)劑濃度測定方法

NaOH：用0.05mol·L-1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，甲基橙指示劑；

表活劑：水和二氯甲烷的兩相滴定法，酸性混合指示劑，用海明滴定；

HPAM：淀粉-碘化鎘顯色法。

2 結(jié)果分析

2.1 大慶薩中二類油層性質(zhì)

大慶薩中二類油層屬于碎屑巖類，骨架礦物主要是石英，鉀長石和斜長石，膠結(jié)物主要為泥質(zhì)粘土礦物，小粒徑砂巖充填于大粒徑砂巖之間。粘土礦物以孔隙填充物或孔隙襯層的形式存在，粘土礦物帶電且具有很高的表面能，直接作用于滲流體，某些組分具有吸附作用，形成色譜效應(yīng)[10]。二類油層的粘土礦物含量高，高嶺石含量下降，蒙綠混合晶層粘土礦物含量增加。一、二類油層巖心中粘土礦物含量及其種類分布見表1。

表1 薩中一、二類油層巖心中粘土礦物含量分布Tab.1 The clay mineral content distribution of first and second-class reservoir core of Sazhong

二類油層的滲透率、孔隙度、孔隙半徑和喉道半徑明顯小于一類油層，導(dǎo)致二類油層的滲流能力弱，對高分子化合物產(chǎn)生明顯的滯留，二類油層的地質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征決定了三元驅(qū)油過程的吸附特性。二類油層的孔隙結(jié)構(gòu)特征結(jié)果見表2。

表2 薩中二類油層巖心的孔隙結(jié)構(gòu)特征Tab.2 The pore structure of second-class reservoir core of Sazhong

2.2 油層性質(zhì)對三元驅(qū)油體系色譜分離的影響

驅(qū)替模型為2支直徑2.5cm，長30cm的接續(xù)天然巖心，巖心不飽和油，水相滲透率1.289μm2的模型代表一類油層，水相滲透率0.579μm2的模型代表二類油層，驅(qū)替操作溫度為45℃，在不同的模型上分別注入0.45PV三元驅(qū)油段塞，研究了驅(qū)油體系中3種化學(xué)劑在一、二類油層內(nèi)的色譜分離作用。油層性質(zhì)差異對三元驅(qū)油體系色譜分離作用影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1、2。

圖1 模型1產(chǎn)出液中化學(xué)劑濃度變化規(guī)律曲線Fig.1 Rule curve of chemical changes on the model 1proiduced

圖2 模型2產(chǎn)出液中化學(xué)劑濃度變化規(guī)律曲線Fig.2 Rule curve of chemical changes on the model 2 fluid proiduced fluid

由圖1、2可知，復(fù)合驅(qū)油體系中3種化學(xué)劑在驅(qū)替過程中，因?yàn)樘烊粠r心的吸附作用而產(chǎn)生了色譜分離，三元復(fù)合驅(qū)油體系的組成由于油層的色譜分離作用而發(fā)生了改變。在流出液中最先檢測到HPAM，即最先突破巖心的是HPAM，在后續(xù)驅(qū)替過程中堿和表活劑相繼突破，但二者的突破注入量相差不大。比較圖1、2可以看出，圖2中化學(xué)劑濃度變化曲線的積分面積變小，原因二類油層巖心中粘土礦物含量高，吸附作用強(qiáng)，滲透率低，比表面積大，孔吼狹小，吸附滯留量大，種種原因使化學(xué)劑在二類油層中的損失較大。色譜分離程度描述指標(biāo)見表3。

表3 滲透率對三元復(fù)合體系色譜分離的影響（C/C0=0.05）Tab.3 Effects of permeability on the chromatographic separation of ASP compound system（C/C0=0.05）

從表3可以看出，在一、二類油層中，HPAM的突破注入量均小于堿和表活劑，表明HPAM和油層表面的化學(xué)作用力小于堿和表活劑。導(dǎo)致HPAM最先突破的原因是HPAM和堿發(fā)生水解反應(yīng)，分子中負(fù)電荷增多，堿使砂巖表面負(fù)電性增強(qiáng)，吸附過程中HPAM被排斥等。二類油層任意兩種化學(xué)劑間的等比濃度注入量差均大于一類油層。說明二類油層比一類油層色譜分離作用更大。

2號巖心上HPAM與堿、堿與表活劑、表活劑與HPAM的等比濃度注入量差都大于1號巖心，說明二類油層中3種化學(xué)劑的色譜分離作用更明顯，這是因?yàn)槎愑蛯訚B透率低，孔隙內(nèi)吸附表面積大，粘土礦物含量高，吸附作用強(qiáng)。同時，還可以看出各化學(xué)劑間以HPAM與表活劑色譜分離程度最嚴(yán)重，堿與表活劑次之，堿與HPAM最小。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是石油磺酸鹽驅(qū)油表活劑分子結(jié)構(gòu)中含有強(qiáng)極性的磺酸基，運(yùn)移過程中和砂巖孔隙內(nèi)表面的吸附作用強(qiáng)，導(dǎo)致表活劑運(yùn)移滯后，和另外兩種化學(xué)劑產(chǎn)生明顯的色譜分離效應(yīng)。

2.3 滲流距離對三元驅(qū)油體系色譜分離的影響

在填砂管模型中，油砂為大慶薩中二類油層實(shí)際油砂，將巖心粉碎，用甲苯抽提，洗凈原油，晾干后用分樣篩篩分，該油砂的潤濕性為親水型。驅(qū)替實(shí)驗(yàn)操作溫度為45℃，三元驅(qū)油段塞注入量為0.45PV，研究三元驅(qū)油體系的滲流距離對色譜分離的影響，驅(qū)替實(shí)驗(yàn)填砂管模型物性參數(shù)見表4。

表4 填砂管模型物性參數(shù)Tab.4 The physical parameters of sandpack model

三元復(fù)合體系按驅(qū)替流程注入填砂管，注入速度為0.3mL·min-1，3種化學(xué)劑色譜分離結(jié)果見圖3、4，色譜分離程度定量描述指標(biāo)見表5。

圖3 填砂管1產(chǎn)出液中化學(xué)劑濃度變化規(guī)律曲線Fig.3 Rule curve of chemical changes on the sandpack 1 proiduced

圖4 填砂管2產(chǎn)出液中化學(xué)劑濃度變化規(guī)律曲Fig.4 Rule curve of chemical changes on the sandpack 2 fluid proiduced fluid

由圖3、4可知，長和短兩只填砂管模型，化學(xué)劑均存在明顯的色譜分離現(xiàn)象?；瘜W(xué)劑突破順序和對接巖心模型相同，仍然是HPAM先突破，其后是堿，最后是表活劑。這是因?yàn)閹r心吸附性質(zhì)沒有改變，仍然遵循著既定的自然作用規(guī)律。

表5 滲流距離對三元復(fù)合體系色譜分離的影響（C/C0=0.05）Tab.5 Effect of filtration distance on the chomatographic resolution of ASP compound system（C/C0=0.05）

由表5可知，隨著滲流距離增加，3種化學(xué)劑的突破注入量均增大，同時，任意兩種化學(xué)劑間的等比濃度注入量差也均增大。說明三元體系在油層中隨著滲流距離的增加，3種化學(xué)劑間的色譜分離程度也增大。這是因?yàn)檫\(yùn)移路徑增加，驅(qū)替流體向前運(yùn)移過程中，3種化學(xué)劑和巖心孔隙表面的吸附解吸平衡次數(shù)增加，色譜分離作用累加效果明顯，導(dǎo)致色譜分離程度加大。

3 結(jié)論

（1）三元復(fù)合體系中各化學(xué)劑在二類油層中存在色譜分離現(xiàn)象，HPAM首先突破，其后是堿突破，表活劑最后突破。

（2）各化學(xué)劑間以HPAM與表活劑色譜分離程度最嚴(yán)重，堿與表活劑次之，堿與HPAM最小。

（3）隨著滲流距離的增加，三元復(fù)合體系中各化學(xué)劑突破時間變晚，3種化學(xué)劑間色譜分離程度變大。

（4）二類油層比一類油層色譜分離作用更大。

［1］閆文華，王天鳳，張玉龍，等.三元復(fù)合體系的色譜分離現(xiàn)象及驅(qū)油效果［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報，2000,24（4）:21-24.

［2］高振環(huán)，王克亮，徐典平，等.三元復(fù)合驅(qū)油體系的色譜分離機(jī)理及其研究方法［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報，1999,23（1）:76-78.

［3］王克亮，田同輝，宋合龍，等.填砂管模型上三元復(fù)合驅(qū)油體系的色譜分離實(shí)驗(yàn)研究［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報，1999,23（1）:79-82.

［4］陸彬，李之平.玉門石油磺酸鹽的色譜分離研究［J］.油田化學(xué)，1991,8（3）:37-41.

［5］郭英，劉衛(wèi)東，孫靈輝，等.新疆礫巖油藏三元復(fù)合驅(qū)色譜分離現(xiàn)象研究［J］.油田化學(xué)，2008,25（4）:362-365.

［6］隋希華，曹緒龍，王得順，等.孤島西區(qū)三元復(fù)合驅(qū)體系色譜分離效應(yīng)研究［J］.油氣采收率技術(shù)，2000,7（4）:1-3.

［7］李海波.大慶薩中北一區(qū)斷東二類油層注聚開采規(guī)律研究［D］.北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2010.

［8］李星.適合大慶二類油層三元復(fù)合體系注入能力實(shí)驗(yàn)研究［D］.大慶：大慶石油學(xué)院，2008.

［9］王克亮，閆文華，王天鳳，等.滲透率對三元復(fù)合體系色譜分離及驅(qū)油效果影響的實(shí)驗(yàn)研究［J］.油田化學(xué)，2000,17（2）:164-167.

［10］邢順全，辛國強(qiáng).大慶油田砂巖中自生粘土礦物的研究［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，1987，6（1）：11-17.

Research of permeability on the chromatographic separation of ASP compound system of second-class reservoir in Sazhong of Daqing

LI Bai-lin1，JIN Zhan-xin1，YANG Feng-yan1，WANG Hong-wei2，DAI Su-juan2
（1.Chemistry and Chemical Engineering College，Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China；2.NO.1 Oil Product Daqing Oilfield Company Limited,Daqing 163001,China）

The ASP flooding alkali system of Sazhong in Daqing was researched.4models with natural butt core and natural oil removed sands were built.A curve of three chemicals on the relative concentration of outflow and injection with injected pore volume was drawn.The chromatographic separation degree of ASP flooding system was described based on two norms that are breakthrough injection volume and difference of geometric concentration injection volume.The chromatographic separation characteristics of II reservoir's ternary system was researched by core flow experiments.

ASP compound system；chromatographic separation；second-class reservoir；core filtration

1002-1124（2014）08-0026-04

2014-03-26

李柏林（1967-），副教授，主要從事油田應(yīng)用化學(xué)方面的教學(xué)與科研工作。

金占鑫（1988-），在讀碩士研究生，研究方向：油田應(yīng)用化學(xué)。

TE357

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