強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)色譜分離及其影響因素
——以大慶油區(qū)喇嘛甸油田為例

周彥霞，盧祥國，王寶江，王　磊，曹　豹，徐典平，張紀(jì)英

（1.東北石油大學(xué)提高采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318；2.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司采油六廠，黑龍江大慶163114；3.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司海外油田提高采收率項(xiàng)目經(jīng)理部，黑龍江大慶163711）

強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)色譜分離及其影響因素
——以大慶油區(qū)喇嘛甸油田為例

周彥霞1，盧祥國1，王寶江2，王磊2，曹豹1，徐典平3，張紀(jì)英2

（1.東北石油大學(xué)提高采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318；2.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司采油六廠，黑龍江大慶163114；3.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司海外油田提高采收率項(xiàng)目經(jīng)理部，黑龍江大慶163711）

三元復(fù)合驅(qū)油體系中驅(qū)油劑的協(xié)同效應(yīng)，會(huì)使油水間的界面張力大幅度下降，原油采收率大幅度提高；但三元復(fù)合驅(qū)油體系的色譜分離現(xiàn)象也會(huì)破壞其協(xié)同效應(yīng)和完整性，揭示色譜分離現(xiàn)象及其影響因素對于改善三元復(fù)合驅(qū)油效果具有十分重要意義。以油藏工程和分析化學(xué)理論為指導(dǎo)，以化學(xué)分析和物理模擬為技術(shù)途徑，并以大慶喇嘛甸油田典型區(qū)塊地質(zhì)特征和流體性質(zhì)為研究對象，開展強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)色譜分離現(xiàn)象及其影響因素研究。結(jié)果表明，采用前置高濃度聚合物段塞后，可以有效擴(kuò)大波及體積，但表面活性劑與堿和聚合物之間無因次等濃距增加，色譜分離現(xiàn)象加劇。大慶油區(qū)喇嘛甸油田不同區(qū)塊油水性質(zhì)差異對色譜分離現(xiàn)象存在影響，原因在于部分重烷基苯石油磺酸進(jìn)入油相，影響水相中濃度檢測值。強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)油體系中表面活性劑與堿和聚合物之間色譜分離程度比較嚴(yán)重，堿與聚合物之間較弱。

強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)色譜分離影響因素物理模擬無因次等濃距

堿、表面活性劑、聚合物（ASP）三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)能提高驅(qū)替相粘度，降低驅(qū)替相的流度，改善油水流度比，提高波及體積［1-3］；同時(shí)，利用堿和原油中的酸性物質(zhì)作用生成的表面活性劑與加入的表面活性劑之間的協(xié)同作用產(chǎn)生超低界面張力［4］，提高洗油效率。但三元復(fù)合驅(qū)油體系中各藥劑相對分子質(zhì)量不同，在多孔介質(zhì)內(nèi)流動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生差速運(yùn)移現(xiàn)象，即色譜分離［5-6］，將破壞三元復(fù)合驅(qū)油體系的完整性，從而降低堿與表面活性劑間的協(xié)同作用［7-8］，影響其洗油效率。王克亮等在填砂管模型上進(jìn)行了三元復(fù)合驅(qū)油體系的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，研究了潤濕性、滲透率、滲流距離對三元復(fù)合驅(qū)油體系色譜分離的影響［9］；閆文華等在人造均質(zhì)巖心上進(jìn)行了三元復(fù)合驅(qū)油體系的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，研究了注入量、粘度、注入方式對驅(qū)油效果及色譜分離的影響［10］；楊紅等在無油均質(zhì)巖心上分析了巖心入口端注入速度和巖心滲透率對色譜分離的影響［11］。這些色譜分離實(shí)驗(yàn)都是在填砂管或無油均質(zhì)巖心上進(jìn)行的，而在飽和油、不同的段塞設(shè)計(jì)和不同的油水驅(qū)替情況下，色譜分離程度暫無人研究。筆者以油藏工程和分析化學(xué)理論為指導(dǎo)，以化學(xué)分析和物理模擬為技術(shù)途徑，以大慶油區(qū)典型區(qū)塊地質(zhì)特征和流體性質(zhì)為研究對象，開展了強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)色譜分離現(xiàn)象及其影響因素研究，以期為改善三元復(fù)合驅(qū)的增油效果提供有利依據(jù)。

1　實(shí)驗(yàn)要求

1.1材料

實(shí)驗(yàn)用油為模擬油，由大慶油區(qū)采油六廠的脫水原油與煤油混合而成，模擬油在45℃下的粘度為9.8 mPa·s；實(shí)驗(yàn)用水為采出污水，取自大慶油區(qū)采油六廠；聚合物是由大慶煉化公司提供的部分水解聚丙烯酰胺，其相對分子質(zhì)量為2 500×104，固含量為90%；表面活性劑是由大慶東昊公司生產(chǎn)的重烷基苯石油磺酸鹽，其有效成分為50%；堿為NaOH，其固含量為96%；實(shí)驗(yàn)巖心由13%的天然油砂和87%的石英砂混合后經(jīng)環(huán)氧樹脂膠結(jié)壓制而成［12］，天然油砂取自大慶油區(qū)喇嘛甸9—檢PS2604取心井，該巖心包括2 500×10-3，600×10-3和200×10-3μm2共3個(gè)滲透層，其尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm，各小層厚度均為1.5 cm。

1.2裝置

三元復(fù)合驅(qū)油體系實(shí)驗(yàn)置于45℃恒溫箱內(nèi)（平流泵和手搖泵除外）（圖1）。采出液中聚合物的檢測應(yīng)用淀粉-碘化隔分光光度法，表面活性劑的檢測應(yīng)用兩相滴定法，堿的檢測應(yīng)用酸堿滴定法［13］。

圖1　三元復(fù)合驅(qū)油體系實(shí)驗(yàn)流程Fig.1　Experimental process of alkali-surfactantpolymer flooding system

1.3方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)了1-1，1-2，2-1，2-2，3-1，3-2和3-3共7個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，除方案2-2外，方案設(shè)計(jì)中的三元復(fù)合驅(qū)油體系組成均為：聚合物質(zhì)量濃度為2 000 mg/L，表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%。方案2-2中三元復(fù)合驅(qū)油體系中前置段塞聚合物質(zhì)量濃度為2 000 mg/L，主段塞聚合物質(zhì)量濃度為2 000 mg/L，表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%，副段塞聚合物質(zhì)量濃度為2 000 mg/L，表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%，保護(hù)段塞聚合物質(zhì)量濃度為1 800 mg/L。

巖心含油飽和度的影響方案1-1為巖心飽和地層水，驅(qū)替0.73倍孔隙體積的三元復(fù)合驅(qū)油體系，然后后續(xù)水驅(qū)。方案1-2為巖心飽和地層水，然后飽和油，水驅(qū)至含水率為92%，驅(qū)替0.73倍孔隙體積的三元復(fù)合驅(qū)油體系，然后后續(xù)水驅(qū)。

段塞組成的影響方案2-1為水驅(qū)至含水率為92%，驅(qū)替0.73倍孔隙體積的三元復(fù)合驅(qū)油體系，后續(xù)水驅(qū)到含水率為98%。方案2-2為水驅(qū)至含水率為92%，驅(qū)替0.73倍孔隙體積的三元復(fù)合驅(qū)油體系，其中前置段塞注入量為0.075倍孔隙體積，主段塞注入量為0.3倍孔隙體積，副段塞注入量為0.15倍孔隙體積，保護(hù)段塞注入量為0.2倍孔隙體積，后續(xù)水驅(qū)。

油水性質(zhì)的影響方案3-1為水驅(qū)至含水率為92%，驅(qū)替0.73倍孔隙體積的三元復(fù)合驅(qū)油體系，采用大慶油區(qū)采油六廠油水，后續(xù)水驅(qū)。方案3-2采用大慶油區(qū)采油一廠油水，方案3-3采用大慶油區(qū)采油四廠油水，其余方案設(shè)計(jì)與方案3-1相同。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1巖心含油飽和度

室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)揭示了方案1-1和1-2的采出液（水相）藥劑無因次濃度與孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系（圖2）。從圖2可以看出，注入相同孔隙體積倍數(shù)的三元復(fù)合驅(qū)油體系，堿、表面活性劑和聚合物的無因次濃度均不同；堿和聚合物突破時(shí)間相同，而表面活性劑突破時(shí)間相對滯后，表明3種化學(xué)劑間出現(xiàn)了色譜分離現(xiàn)象。例如當(dāng)無因次濃度為0.3時(shí)，方案1-1中表面活性劑與堿、表面活性劑與聚合物、堿與聚合物之間的無因次等濃距分別為0.41，0.5，0.1倍孔隙體積；方案1-2中對應(yīng)的無因次等濃距依次為0.37，0.55和0.18倍孔隙體積。由此表明，表面活性劑分別與堿和聚合物之間的色譜分離程度較嚴(yán)重，而堿與聚合物之間則相對較弱；其含油飽和度對采出液藥劑滯留率存在影響。與方案1-1相比，方案1-2的采出液中表面活性劑和堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，聚合物質(zhì)量濃度較高，分析其原因?yàn)楸砻婊钚詣┖蛪A在巖心中與油的作用，增加了藥劑損耗量，使藥劑滯留量增大；而聚合物在巖心中飽和油后，不可及孔隙體積增大，在巖心中流經(jīng)途徑縮短，聚合物突破時(shí)間較早，在巖心中滯留率較小。

圖2　不同含油飽和度下無因次濃度與孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系Fig.2　Relationship between dimensionless concentration and pore volume at different oil saturations

2.2驅(qū)油劑段塞組成

室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)揭示了方案2-1和2-2的采出液（水相）藥劑無因次濃度與孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系（圖3）。從圖3中可以看出，注入相同孔隙體積倍數(shù)的三元復(fù)合驅(qū)油體系，其各組分的無因次濃度不同，突破時(shí)間也不同，順序依次為聚合物、堿和表面活性劑。例如當(dāng)無因次濃度為0.3時(shí)，聚合物、堿和表面活性劑間的無因次等濃距同樣存在差異，表面活性劑分別與堿和聚合物之間的色譜分離程度較嚴(yán)重，而堿與聚合物之間相對較弱。這主要是因?yàn)榉桨?-2中的聚合物段塞質(zhì)量濃度較高，驅(qū)油劑的粘度增加，則擴(kuò)大波及體積的作用增強(qiáng)，阻礙了堿、表面活性劑和聚合物沿高滲透層的運(yùn)移，而表面活性劑和堿滯留量的增加，延長了其無因次突破時(shí)間；表面活性劑與堿和聚合物之間的無因次等濃距增加，使各組分間的色譜分離程度加劇。

圖3　不同驅(qū)油劑段塞組成時(shí)的無因次濃度與孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系Fig.3　Relationship between dimensionless concentration and pore volume at different slug compositions of oil displacing agent

2.3原油和水質(zhì)

室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)揭示了方案3-1，3-2和3-3無因次濃度與孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系（圖4）。從圖4中可以看出，3個(gè)采油廠的三元復(fù)合驅(qū)油體系中的堿、表面活性劑和聚合物突破時(shí)間基本相同，采出液中檢測到堿時(shí)三元復(fù)合驅(qū)油體系注入了0.29倍孔隙體積，檢測到表面活性劑時(shí)注入了0.35倍孔隙體積，檢測到聚合物時(shí)注入了0.26倍孔隙體積。例如無因次濃度為0.3時(shí)，方案3-1的三元復(fù)合驅(qū)油體系中聚合物和表面活性劑無因次等濃距大于方案3-2和3-3的。這與采油廠的油藏地質(zhì)特征、注入驅(qū)油劑、段塞組合方式和原油組成有關(guān)。

圖4　不同油品性質(zhì)時(shí)的無因次濃度與孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系Fig.4　Relationship between dimensionless concentration and pore volume at different oil properties

3　結(jié)論

巖心飽和油后，加劇了色譜分離現(xiàn)象，表面活性劑和堿的滯留量增加，聚合物的減小。注入相同孔隙體積倍數(shù)的三元復(fù)合驅(qū)油體系的條件下，采用前置高質(zhì)量濃度聚合物段塞后，可以有效擴(kuò)大波及體積，但色譜分離現(xiàn)象加劇，主要是由于表面活性劑分別與堿和聚合物間的無因次等濃距增加。采油六廠原油主峰碳為nC23，重質(zhì)組分含量較高，而且碳鏈分布范圍較廣。根據(jù)相似相溶原理，表面活性劑更易于溶解到六廠油相中去，造成被檢測的水相中表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，表觀上加劇了色譜分離程度。強(qiáng)堿三元復(fù)合體系中表面活性劑與堿和聚合物之間色譜分離程度比較嚴(yán)重，堿與聚合物之間較弱。

采用氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）儀器分析不同區(qū)塊原油組分可知，采油六廠萃余油正構(gòu)烷烴中重質(zhì)組分含量較高，nC21之后重質(zhì)組分占67.84%，而采油一廠和四廠nC21之后的重質(zhì)組分僅分別為54.91%和59.75%。此外，采油六廠原油重質(zhì)組分碳鏈分布范圍較廣，從nC21—nC40均有分布，采油一廠為nC21—nC36，采油四廠為nC21—nC38。重烷基苯石油磺酸鹽是以重烷基苯為原料磺化而成，R基為C14以上，主要成分在C17左右。與采油一廠和四廠相比較，采油六廠原油主峰碳為nC23，重質(zhì)組分含量較高，而且碳鏈分布范圍較廣。根據(jù)相似相溶原理，表面活性劑更易于溶解到采油六廠的油相中去，使其水相中的表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，加劇了色譜分離程度。

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編輯王星

Chromatographic separation and its influencing factors of strong-base alkali-surfactant-polymer flooding：a case of Lamadian oilfield in Daqing

Zhou Yanxia1，Lu Xiangguo1，Wang Baojiang2，Wang Lei2，Cao Bao1，Xu Dianping3，Zhang Jiying2

（1.Key Laboratory of Enhanced Oil and Gas Recovery of Ministry of Education of China，Northeast Petroleum University，Daqing City，Heilongjiang Province，163318，China；2.No.6 Oil Production Plant，Daqing Oilfield Company，PetroChina，Daqing City，Heilongjiang Province，163114，China；3.Project Manager Department of Enhanced Oil Recovery in Overseas Oilfield，Daqing Oilfield Company，PetroChina，Daqing City，Heilongjiang Province，163711，China）

The favorable synergistic effect of oil displacing agent in alkali-surfactant-polymer（ASP）flooding system can greatly reduce the interfacial tension between oil and water，thus can greatly enhance oil recovery.But the chromatographic separation of ASP flooding system will do great damage to its synergistic effect，which can destroy its integrity.It is important to reveal the chromatographic separation and its influencing factors for improving the oil displacement effect of ASP flooding.Chromatographic separation and its influencing factors of strong-base ASP flooding system were researched in a technical way of chemical analysis and physical simulation guided by reservoir engineering and analytical chemistry theory. The research focuses on geological characteristics and fluid properties of the typical blocks in Daqing.The results show that the sweep volume can be effectively enlarged after using high concentration polymer pre-slug.But the dimensionless distance at the same concentration between surfactant and alkali/polymer is increased，which can make the chromatographic separation phenomenon aggravated.The difference in properties of oil and water of different blocks in Daqing oilfield may have influence on chromatographic separation phenomenon.Because part of heavy alkyl-benzene mahogany acid gets intooil phase，which can influence the concentration measurement value of water phase.In ASP flooding with strong base system，the chromatographic separation degree between surfactant and alkali/polymer is more serious，and that between alkali and polymer is weaker.

strong-base alkali-surfactant-polymer flooding；chromatographic separation；influencing factor；physical simulation；distance between the same dimensionless concentration

TE357.43文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1009-9603（2015）05-0074-05

2015-07-31。

周彥霞（1979—），女，山東煙臺(tái)人，在讀博士研究生，從事提高采收率理論和技術(shù)方面的研究。聯(lián)系電話：（0459）6503406，E-mail：zhouyanxia781023@163.com。

國家科技重大專項(xiàng)“海上稠油油田熱采技術(shù)示范”（2011ZX05057-005）。