三采驅(qū)油劑性能比較與應(yīng)用研究

馬小闖

摘 要：隨著石油資源的不斷開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)難度愈來(lái)愈難，三次采油作為二次采油以后提高采收率的重要手段，已經(jīng)被逐漸的應(yīng)用推廣。本文對(duì)三次采油的多種驅(qū)油劑的驅(qū)油機(jī)理、性能、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了可行性對(duì)比分析，對(duì)應(yīng)用與發(fā)展前景進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：油田；三次采油；驅(qū)油劑；性能；應(yīng)用

前 言

石油是一種不可再生的資源，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代化進(jìn)程中必不可少的能源，并在能源結(jié)構(gòu)中占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)地位 。由于地層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和流體組成的復(fù)雜性，在各種礦物中石油的采收率比較低，世界范圍內(nèi)，石油的采收率低于40%。因此如何提高石油的采收率就成了世界各國(guó)的石油工程師及相關(guān)人員一直致力研究的問(wèn)題。石油的開(kāi)采分為三個(gè)階段：一次采油、二次采油和三次采油。一次采油是利用地層天然能量開(kāi)采，采收率一般在5%～20%；二次采油是利用注入流體，如注氣或注水維持地層能量進(jìn)行開(kāi)采，二次采油采收率仍然低于40%，大部分的原油仍然殘留在地下。三次采油是指通過(guò)注入不同類型的化學(xué)劑，采用物理、化學(xué)、熱量、生物等方法改變油藏巖石及流體性質(zhì)，提高水驅(qū)后油藏的采收率。

1 化學(xué)驅(qū)概述及研究進(jìn)展

三次采油最常用的方法是化學(xué)驅(qū)，即向油層中注入化學(xué)劑來(lái)改變驅(qū)替相性質(zhì)及驅(qū)替流體與原油之間的界面性質(zhì)來(lái)提高原油采出程度的方法。化學(xué)驅(qū)通常包括堿水驅(qū)、表面活性劑驅(qū)（微乳液驅(qū)、活性水驅(qū)）、聚合物驅(qū)以及復(fù)合驅(qū)化學(xué)驅(qū)方法。（1）堿驅(qū)。堿驅(qū)是向油層注入濃度不同的NaOH、Na2CO3等堿性水溶液，在油層內(nèi)堿性水溶液與油層內(nèi)的有機(jī)酸反應(yīng)生成表面活性劑從而降低油水界面張力、提高采收率的三次采油方法，適用于原油中有機(jī)酸含量高的油藏。（2）表面活性劑驅(qū)。離子表面活性劑溶液在形成膠束的濃度范圍內(nèi)及形成乳液的濃度范圍內(nèi)有兩個(gè)性質(zhì)發(fā)生突變的區(qū)域，表面活性劑溶液與普通的原油體系在這兩個(gè)濃度范圍內(nèi)能夠形成超低界面張力，并有較好的驅(qū)油效果，繼而發(fā)展成了低界面張力驅(qū)油體系和微乳液驅(qū)油體系兩種不同類型的技術(shù)。表面活性劑能夠提高原油采收率機(jī)理可歸納為以下方面：降低油水界面張力，使殘余油變?yōu)榭闪鲃?dòng)油；改變巖石表面的潤(rùn)濕性。在親油巖石中，部分殘余油以薄膜狀態(tài)吸附在巖石表面；表面活性劑在巖石上的吸附可使巖石的潤(rùn)濕性由親油變?yōu)橛H水，從而使巖石表面的油膜脫離而被驅(qū)替出來(lái)；形成膠束或微乳液。由于膠束或微乳液對(duì)油或水具有較強(qiáng)的增溶作用，因此一定程度上消除了驅(qū)替液與被驅(qū)替原油之間的界面，達(dá)到混相驅(qū)的目的。由于表面活性劑吸附在油滴表面而使油滴帶負(fù)電荷。（3）聚合物驅(qū)。聚合物驅(qū)是把水溶性聚合物加到注入水中以增加水相粘度、改善流度比、穩(wěn)定驅(qū)替前沿、提高波及系數(shù)的三次采油新方法。其驅(qū)油機(jī)理主要表現(xiàn)在：提高注入水粘度，降低油水流度比，擴(kuò)大水相的波及系數(shù)。降低了水相滲透率。聚合物溶液流經(jīng)多孔油層時(shí)，由于孔隙介質(zhì)的吸附和捕集引起聚合物分子的滯留，被滯留的聚合物分子與水分子間的作用較強(qiáng)，對(duì)水的阻力變大，對(duì)油的阻力甚微，從而導(dǎo)致水相滲透率的降低，提高波及系數(shù)。調(diào)剖作用。由于注入水的粘度增加，降低了水相滲透率，使得油層吸水剖面得到調(diào)整、平面非均質(zhì)性得到改善、水洗厚度增加，擴(kuò)大了水相的波及體積。粘彈效應(yīng)。由于聚合物的粘彈效應(yīng)，對(duì)殘余油參數(shù)的拖拉攜拽作用，從而提高了微觀驅(qū)油效率。（4）聚合物和表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)。聚合物驅(qū)后二元復(fù)合驅(qū)可大幅度提高采收率，同時(shí)由于化學(xué)劑的協(xié)同作用，效果明顯優(yōu)于單一聚合物驅(qū)，而且其經(jīng)濟(jì)效益和可操作性優(yōu)于三元復(fù)合驅(qū)，且具有較好的調(diào)驅(qū)能力。

2 化學(xué)驅(qū)常用化學(xué)劑性能

（1）常用表面活性劑種類及特性。國(guó)外早在20世紀(jì)50年代就已開(kāi)始了表面活性劑驅(qū)油研究工作。根據(jù)巖石表面電性、與油藏條件的匹配性、不同種類活性劑自身的特性以及環(huán)保等方面的要求，一般采用陰離子表活劑用于復(fù)合驅(qū)。目前國(guó)外三次采油用表面活性劑工業(yè)產(chǎn)品主要有兩大類：一是石油磺酸鹽為主的表活劑，二是烷基苯磺酸鹽為主的表活劑。美國(guó)三次采油用石油磺酸鹽產(chǎn)量在10×104t/a以上，有代表性的商業(yè)產(chǎn)品有Witco公司的TRS系列、Stepan公司的Petrostep系列以及阿莫古公司的Sulfonate系列。“八五”以來(lái)，國(guó)內(nèi)驅(qū)油表面活性劑的研制取得了較大進(jìn)展。除以上兩種國(guó)際上采用的主流活性劑外，還開(kāi)發(fā)研制了石油羧酸鹽、改性木質(zhì)素磺酸鹽、生物表面活性劑、烷基萘磺酸鹽等多種驅(qū)油用表面活性劑。這些產(chǎn)品與主表面活性劑復(fù)配后，能夠形成超低界面張力，從而替代30%～50%的主表面活性劑用量，價(jià)格便宜的還可用作驅(qū)油體系的犧牲劑，以減少活性劑的吸附損失。在低溫（低于90℃）、低鹽（低于4×104mg/L）油藏仍使用石油磺酸鹽和石油羧酸鹽。為適應(yīng)高溫、高鹽油藏的表面活性劑驅(qū)，兩類非離子陰離子型兩性表面活性劑：磺酸鹽類表面活性劑/內(nèi)烯烴磺酸鹽表面活性劑和孿連表面活性劑。（2）常用聚合物種類及特征。目前應(yīng)用最廣泛的驅(qū)油聚合物為聚丙烯酰胺，為了提高聚丙烯酰胺對(duì)驅(qū)油劑流度的控制能力，它的相對(duì)分子質(zhì)量已超過(guò)2.5×107，水解度高達(dá)35%，為了適應(yīng)高溫（大于90℃）、高鹽（大于4×104mg/L）油藏的聚合物驅(qū)，研究了帶環(huán)、帶強(qiáng)親水基團(tuán)、可締合烴鏈等鏈節(jié)的聚丙烯酰胺共聚物。（3）堿驅(qū)用堿。由于堿溶蝕地層使地層變得更不均質(zhì)，同時(shí)會(huì)使地層結(jié)垢并使乳化原油脫水困難，所以堿驅(qū)在油田應(yīng)用很少或在堿驅(qū)過(guò)程中使用弱堿（如NH4OH）、潛在堿（如Na2CO3、NaHCO3、Na2O·mSiO2）、有機(jī)堿（如二乙醇胺、二異丙醇胺、二甘醇胺）和緩沖堿（如由Na2CO3與NaHCO3、NH3與NH4Cl組成的堿）。目前，緩沖堿驅(qū)是值得注意的一個(gè)發(fā)展動(dòng)向。

3 聚/表二元復(fù)合驅(qū)研究及應(yīng)用

表面活性劑/聚合物二元復(fù)合驅(qū)就是充分發(fā)揮表面活性劑和聚合物的協(xié)同作用來(lái)提高采收率的方法。表面活性劑/聚合物二元復(fù)合驅(qū)是指先注入一段活性水段塞，降低油水間的界面張力，然后注入聚合物段塞，控制流度。但是由于活性水驅(qū)機(jī)理復(fù)雜，且表面活性劑在孔隙介質(zhì)中大量吸附滯留，而且在高溫高礦化度的油層容易產(chǎn)生沉淀等種種原因，再考慮到經(jīng)濟(jì)的因素，這樣的二元復(fù)合驅(qū)成功的實(shí)例并不多。后來(lái)提出把高濃度的表面活性劑加入聚合物溶液中，形成混合溶液，注入油層來(lái)提高采收率。其中以表面活性劑膠束微乳液/聚合物混相驅(qū)的驅(qū)油效率最高，幾乎可以波及到除了死孔隙以外的孔隙體積。

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)表面活性劑/聚合物二元體系溶液的性質(zhì)，界面的流變性，界面粘度等進(jìn)行了研究，但是應(yīng)用于礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的報(bào)道仍然比較少。美國(guó)Oryx能源公司在德克薩斯州Eastland郡Ranger油田Mccleskey砂層中進(jìn)行的低界面張力表面活性劑/聚合物先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)在油藏水淹區(qū)中進(jìn)行，這一油層滲透率為200～500×10-3/μm2，滲透率變異系數(shù)0.70～0.83，孔隙度15%，采用單獨(dú)聚合物所增加的石油產(chǎn)量不能抵消其費(fèi)用，加入合適的表面活性劑可以獲得低的界面張力，大大降低了殘μm2余油飽和度，所增加油量為水驅(qū)后剩余油量的25%，經(jīng)濟(jì)效益比較可觀?？傊?，三次采油的工程師們從盡量提高油層采收率的角度出發(fā)，同時(shí)考慮又要大幅度降低化學(xué)劑特別是表面活性劑及助劑的用量和成本，一直在積極尋找新的高效三次采油方法。

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