化學(xué)驅(qū)替劑的研究進(jìn)展

程光明， 陳 超， 盧珊珊，張金輝， 潘 一， 付洪濤， 王怡茹

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

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化學(xué)驅(qū)替劑的研究進(jìn)展

程光明， 陳 超， 盧珊珊，張金輝， 潘 一， 付洪濤， 王怡茹

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

摘 要：化學(xué)驅(qū)是一種重要的提高采收率方法，在國內(nèi)外均有廣泛應(yīng)用。介紹了國內(nèi)外化學(xué)驅(qū)油的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀， 根據(jù)使用化學(xué)驅(qū)替劑的不同，將化學(xué)驅(qū)油劑分為聚合物驅(qū)替劑、表面活性劑驅(qū)替劑、堿驅(qū)替劑以及復(fù)合驅(qū)替劑等。綜述了各種方法驅(qū)替劑的特點(diǎn)，使用情況，以期為相關(guān)的研究提供借鑒。

關(guān) 鍵 詞：化學(xué)驅(qū)；聚合物驅(qū)；表面活性劑驅(qū)；堿驅(qū)；復(fù)合驅(qū)

原油采收率［1］是指從油藏采出的量中可采儲(chǔ)量占原始石油地質(zhì)儲(chǔ)量的百分比。砂巖油田進(jìn)入高含水階段，原油產(chǎn)量逐年遞減，注水矛盾日益突出，采用的措施潛力變得不足，效果變差，腐蝕、套變等系統(tǒng)設(shè)施的問題嚴(yán)重，水驅(qū)驅(qū)油難度增大，從而采收率降低。為解決上述問題，國內(nèi)外很多專家使用化學(xué)驅(qū)替劑增加采油率的可行性。研究表明，聚合物驅(qū)替劑可以提高驅(qū)油液的粘度，減小驅(qū)油的流度比；表面活性劑驅(qū)替劑降低油水界面張力提高驅(qū)油效率； 堿水驅(qū)替劑降低界面張力、乳化原油、溶解油水界面上的剛性界面膜、改變巖石潤濕性等機(jī)理，降低殘余油。

1 聚合物驅(qū)替劑

聚合驅(qū)是通過聚合物來增加注入的驅(qū)油液的粘度，使得流度比減小，進(jìn)而提高采油率。同時(shí)，聚合物在驅(qū)油過程中還可以起到調(diào)剖的作用，因此受到了廣大學(xué)者的關(guān)注。目前，各種類型的聚合物驅(qū)替劑被應(yīng)用到礦場等場所進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)，例如，聚合物凝膠、締合聚合物等。CIPR［1］等在研制聚合物的研究方面取得進(jìn)展，Alagic和Skauge最近的出版物結(jié)果顯示，從低鹽度以上表面活性劑（LS-S）注入低鹽度表面活性劑解決方案顯示II型，鹽水化學(xué)和表面活性劑添加合并后的結(jié)果使原油采收恢復(fù)OOIP 20%～30%的增量，并通過驅(qū)替劑實(shí)驗(yàn)研究了低鹽度聚合物的綜合效應(yīng)。 聚合物使用HPAM和聚合物濃度減到很低導(dǎo)致鹽水注入粘度很小。但是它對原油采收率影響明顯。綜上所述。 該研究注入的聚合物所提高原油采收是階段性的，只是效果較聚合物三次注射好，但仍有待改善。Wever， Diego A. Z.［2］等利用研制的新型聚合物驅(qū)替劑Comblike 聚丙烯酰胺驅(qū)劑通過評(píng)估巖心滲流實(shí)驗(yàn)和過濾測試來考查它的吸水特性。分支PAM的數(shù)量對濾過率來說幾乎沒有影響。在鹽水方案中，分支PAMs的溶液粘度與線性類似物相等，但分支PAM的采油量是同等聚合物的3倍。聚丙烯酰胺驅(qū)劑使用分支PAM代替線性的（5.0 OOIP）以上的比例提高了1.5%。 低分子量和高增稠能力的支化PAMs使他們適合應(yīng)用于采油。 綜上所述，此種聚合物驅(qū)替劑在提高采油方面僅適合三次采油，尤其是針對低滲透儲(chǔ)層。 且效果是通過模擬分析得出，實(shí)際情況有待研究。 張書棟［3］等通過室內(nèi)試驗(yàn)研究了新型疏水締合聚合物的特性，并對其驅(qū)油機(jī)理及效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，與常規(guī)聚合物相比，新型疏水締合聚合物在高鹽高溫條件下的增黏能力和驅(qū)油效果好，實(shí)驗(yàn)表明對Ⅲ類高溫高鹽油藏，該新型聚合物驅(qū)替劑能滿足提高原油采收率的要求。但該種聚合物的開發(fā)研究僅僅處在室內(nèi)研究階段，在實(shí)際油田區(qū)域的開采效果有待進(jìn)一步研究。付京［4］等考慮稠油聚合物的的諸多因素，分析研究了聚合物驅(qū)替劑溶液對驅(qū)油效果的影響。結(jié)果表明在在聚合物溶液波及范圍內(nèi)，聚合物溶液彈性一定的情況下，注入量越大，注采井間的速度越大，驅(qū)替效果越好。當(dāng)聚合物溶液的注入的量一定時(shí)，注采井間速度隨彈性增大成上升趨勢，因而，驅(qū)替效果變好。在孤島油田條件下，祝仰文［5］等通過實(shí)驗(yàn)研究了地層滲透率、水油黏度比、聚合物用量三個(gè)主要影響聚合物驅(qū)效果的條件，并且分析與優(yōu)化了聚合物驅(qū)的基本參數(shù)。結(jié)果表明，地層滲透率為2.0 μm2時(shí)，采收率最佳；當(dāng)原油黏度為50.7 mPa·s時(shí)聚合物驅(qū)油劑的水油黏度比在0.06 到0.6之間波動(dòng)；水驅(qū)后期注入聚合物段塞，濃度達(dá)到3 000 mg.L-1時(shí)提高采油率十分明顯，而濃度不變，段塞體積增大采收率升高。Cui Zhenggang［6］等通過對N -（3-Oxapropanoxyl）十二酰胺實(shí)地測試，表明N-（3-Oxapropanoxyl） 十二酰胺作為一種純化合物，也是一種EO數(shù)分布窄的同系物構(gòu)成的混合物，可以由月桂酰氯與二甘醇胺的反應(yīng)合成，正在進(jìn)行表面活性劑驅(qū)的適應(yīng)性的檢測。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)與堿混合時(shí)，這兩種產(chǎn)品可以減少45 ℃時(shí)水界面的張力：1×10-3-1×10-4mN/m表面活性劑濃度范圍為0.01～0.5%（wt）。測試表明， 三次采油（18.6±0.4）% OOIP可以采用以上表面活性劑驅(qū)與N-（3-Oxapropanoxyl） 十二酰胺，而且不需添加任何堿性劑和中性電解液。（N）- 3-Oxapropanoxyl 十二酰胺非離子表面活性劑，沒有濁點(diǎn)，即使在缺乏堿性劑的情況下也十分有效，是一種理想的表面活性劑。該驅(qū)替劑不需添加任何堿性劑和中性電解液，并且材料可生產(chǎn)，工業(yè)來源再生。

從文獻(xiàn)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，聚合驅(qū)是通過聚合物來增加注入的驅(qū)油液的粘度，使得流度比減小，進(jìn)而提高采油率。因此，聚合物驅(qū)替劑對原油開采有著廣泛的應(yīng)用前景。

2 表面活性劑驅(qū)替劑

表面活性劑驅(qū)是在水中加入表面活性劑（通常是石油磺酸鹽），這樣可以充分降低油與水界面的張力，從而提高原油的采收率。活性水驅(qū)和膠束驅(qū)是表面活性劑驅(qū)替的兩種主要方法。對于活性水驅(qū)方法，實(shí)驗(yàn)時(shí)加入活性劑的量小，由此導(dǎo)致的界面張力減小的效果不是很明顯，由于活性水孔喉的濕潤性，利用乳化原油的原理，充分減少了殘余油的量。膠束驅(qū)是指由活性劑與水、電解質(zhì)以及醇類助劑等共同構(gòu)成成膠束溶液，并用該溶液與原油層混合在一起，溶解度增加，使油水界面消失，提高了原油的采收率。劉平德［7］等基于單體的分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系研制了兩種類型的油/水界面張力較低的可聚合單體，其利用復(fù)雜的引發(fā)劑，在較低的聚合溫度下，制成了聚合丙烯酰胺。結(jié)果表明，該聚合物驅(qū)油劑具有良好的水溶性，稠化性能、抗鹽性和耐熱性，在鹵水中的抗剪強(qiáng)度。由于丙烯酰胺的接枝聚合，聚合物克服了色譜分離效應(yīng)，降低了油/水界面張力。實(shí)驗(yàn)表明，新型表面活性聚合物的效率高于普通水解聚丙烯酰胺5.2%以上。驅(qū)替劑該更好的稠化性能，能夠降低油/水界面張力。在一個(gè)高壓釜磺化反應(yīng)器中，大慶煉油廠［8］使用糠醛抽出油作為原料，磺化劑（120%）為發(fā)煙硫酸，制備石油磺酸鹽（PS）。表面活性劑驅(qū)替劑石油磺酸鹽用反應(yīng)溫度60 ℃，脂肪酸的比例0.45：1為最佳合成條件，控制其活性成分，PS收益率為45.1%～48.2%。在低劑量條件下，通過添加PS有效減少水相和原油之間的界面張力。該表面活性劑制取經(jīng)濟(jì)消耗較大，條件較復(fù)雜，在提高原油采收率上仍需改進(jìn)。岳普［9］等在實(shí)驗(yàn)室合成了一種新型的不含堿羥的磺基三甲銨乙內(nèi)酯表面活性劑，可用于目標(biāo)油藏開發(fā)。而且界面張力性質(zhì)，乳化能力都被系統(tǒng)的研究。最后，對儲(chǔ)層的天然巖心驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)核的二元驅(qū)油能力進(jìn)行了考核。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目標(biāo)油藏的實(shí)際情況下，總鹽度在4 694 ～ 24 270 mg/L之間，溫度在50 ℃，0.15%的聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)可能達(dá)到超低界面張力。但上述的表面活性劑/聚合物二元體系很容易乳化原油。驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明采油注水后提高了15%。這些都說明，羥基磺基三甲銨乙內(nèi)酯表面活性劑在未來采油中有很好的應(yīng)用前景。針對長6油層，李憲文［10］等在室內(nèi)展開實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，模擬通過利用水驅(qū)滲透率不等的天然巖心，而后利用表面活性劑驅(qū)替來觀察其對驅(qū)油效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：表面活性劑驅(qū)可以有效地提高原油采收率，平均提高原油收率大約8%。表平均采收率為8.16%，大致范圍是7.18%～9.14%。而滲透率不同的天然巖心中，水驅(qū)采收率值隨巖心滲透率的增大而增高，相比之下表面活性劑驅(qū)的驅(qū)油效果稍差。但表面活性劑水驅(qū)后期出現(xiàn)了一定程度的乳化。Chen， Shuyan［11］等表面活性劑為了滿足表面活性劑-堿-聚合物驅(qū)替劑的需要，成功地通過反應(yīng)合成了酒精聚環(huán)氧丙烷醚聚氧乙烯醚羧化物。新疆原油和水之間的界面張力在短時(shí)間內(nèi)可以在28.7 ℃降到0.4%（wt）的超低水平。結(jié)果表明該表面活性劑配方可以提高新疆儲(chǔ)層條件下的石油采收效率。針對五里灣一區(qū)的儲(chǔ)油特點(diǎn)，楊棠英［12］等在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室研制了雙分子表面活性劑CYB-1這一新型驅(qū)油劑，并針對該活性劑進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)。使用該活性劑預(yù)測采收率可提高6.3%。結(jié)果表明在五里灣油藏中表面活性劑CYB-l及注入?yún)?shù)具有一定的適應(yīng)性，增油降水效果較好。試驗(yàn)后試驗(yàn)區(qū)水驅(qū)開發(fā)指標(biāo)得到明顯改善，年自然遞減率由8.26%下降到4.64%，綜合含水上升率由2.51%下降至0.89%，可采儲(chǔ)量增加。

綜合國內(nèi)外很多學(xué)者對表面活性劑驅(qū)油的研究發(fā)現(xiàn)，表面活性劑驅(qū)替劑通過降低界面張力，聚并形成油帶，改變原油流變性等顯著提高了原油采收率。

3 堿水驅(qū)替劑

堿水驅(qū)替劑是在油層中注入水和碳酸鈉，氫氧化鈉等堿性物質(zhì)，作用使油水層張力減小，原油被乳化，有效降低殘余油飽和度，提高原油采收。劉曉玲［13］等對黏度為325 mPa·s溫度為55 ℃的普通稠油進(jìn)行堿驅(qū)研究，建立了質(zhì)量比為1：1的碳酸鈉與氫氧化鈉的復(fù)配堿體系。實(shí)驗(yàn)表明，油包水乳狀液是堿基主動(dòng)向原油中滲透，它只是一種表觀現(xiàn)象；隨著復(fù)合堿濃度的提高，波及系數(shù)逐漸變大，堿液滲入原油的能力逐漸變強(qiáng)。結(jié)果表明通過對不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)合體系進(jìn)行微觀物理模擬，與水驅(qū)相比，堿驅(qū)在提高波及系數(shù)方面作用明顯，同時(shí)隨堿劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，波及系數(shù)增加。為進(jìn)一步探究堿驅(qū)提高驅(qū)油效果，裴海華［14］等應(yīng)用物理和數(shù)字模擬對堿性驅(qū)替劑和稠油進(jìn)行填砂管驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。裴海華等測定該堿性驅(qū)油劑和該稠油的界面張力，得出實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，最后分析評(píng)價(jià)效果。結(jié)果表明，堿性驅(qū)油劑濃度增大，壓力降增大，生成油包水乳狀液，水相的流動(dòng)阻力變大，波及油層面積增大，稠油采收率升高。

堿水驅(qū)中堿的流度比的控制和消耗量是非常關(guān)鍵的。注入堿水之前加一個(gè)犧牲段塞可以有效降低堿耗。堿水驅(qū)與聚合物驅(qū)同時(shí)使用，可以更有效地改善流度比。堿水驅(qū)替劑主要是與酸性基反應(yīng)，所以輕質(zhì)油藏和重質(zhì)油藏都可用該方法。粘土增加堿的吸附損失，粘土含量低的油藏采用堿水驅(qū)較好。堿水驅(qū)成本較其他驅(qū)替方法低，適合原油開采，與聚合物驅(qū)復(fù)合可以有效降低殘余油量，增大波及效率。

4 復(fù)合驅(qū)替劑

就當(dāng)前化學(xué)驅(qū)的發(fā)展前景來看，單一的表面活性劑驅(qū)、聚合物驅(qū)和堿驅(qū)以不能滿足現(xiàn)代采油要求，彼此相互結(jié)合協(xié)同作用被更加看好。各種類型的驅(qū)油劑作用在一起出現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，這種作用效果使復(fù)合在一起的驅(qū)油劑濃度較小時(shí)油水界面張力也很低，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于單一驅(qū)油劑的作用。堿，表面活性劑，聚合物是復(fù)合驅(qū)油劑的主要成分，方式，用量不同驅(qū)替效果亦不同。Qu， Wen-Chi［15］針對在低滲透儲(chǔ)層存在大量嚴(yán)重的非均質(zhì)性裂縫水竄問題，實(shí)驗(yàn)研究出了聚合物微球（聚丙烯酰胺微球）/表面活性劑（酰胺產(chǎn)品表面活性劑）復(fù)合驅(qū)替劑，并對該復(fù)合驅(qū)替劑進(jìn)行了兼容性和驅(qū)油評(píng)估。結(jié)果表明，表面活性劑和聚合物微球是兼容的， 兩溶液均為2g/L的0.3 PV表面活性劑與0.4 PV聚合物微球復(fù)合在一起組成復(fù)合噴射系統(tǒng)。該復(fù)合驅(qū)替劑可以提高采收率15%以上。但該復(fù)合驅(qū)替劑的驅(qū)替效率仍需要進(jìn)一步優(yōu)化，考慮更多的影響因素，對其驅(qū)油機(jī)理需進(jìn)一步研究創(chuàng)新，聚合物微球/表面活性劑復(fù)合驅(qū)適用于低滲透裂縫油藏。Abhijit Samanta［16］等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)來檢查堿表面活性劑和聚合物的相互作用對ASP驅(qū)的影響的研究。一系列測試在填砂系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中證明它對ASP體系提高采收率的有效性。在常規(guī)水驅(qū)回收效率達(dá)23%～33%?；趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和不同化學(xué)物質(zhì)的相對成本，堿的濃度范圍內(nèi)（0.7%～1%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)），聚合物（1 500× 10-6～-2 500×10-6）和表面活性劑（0.2%（wt））為ASP驅(qū)的最優(yōu)方案。結(jié)果表明堿與聚合物溶液優(yōu)化了油藏中油水間的界面張力。嚴(yán)曦［17］等人通過模擬實(shí)驗(yàn)觀察段塞、注速以及滲流距離對分離程度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，段塞尺寸越大，注速越小，色譜分離效應(yīng)越小，驅(qū)替效果越好。結(jié)果表明聚合物，表面活性劑復(fù)合驅(qū)替劑效果良好。徐子?。?8］等人對堿、表活劑和聚合物組成的三元復(fù)合驅(qū)替劑的驅(qū)油進(jìn)行研究。采用三維井網(wǎng)模型對地層進(jìn)行模擬，實(shí)驗(yàn)中前300 h時(shí)進(jìn)行水驅(qū)，后續(xù)則采用三元復(fù)合驅(qū)來提高采收率，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，改用復(fù)合驅(qū)后，采出的線斜率增加，采出率且明顯提高。 分析結(jié)果得到，聚合物可擴(kuò)大波及范圍，堿及表面活性劑可使油發(fā)生乳化，從而使藥劑突進(jìn)受到抑制。 李柏林［19］等人通過對大慶油田三元驅(qū)的礦場試驗(yàn)結(jié)果，對化學(xué)劑在巖石上的吸附滯留量與巖石組成和結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行研究。 結(jié)果顯示，二類油層的孔隙度較大，與一類油層相比，水驅(qū)效率較低，且化學(xué)劑滯留現(xiàn)象明顯。油層中粘土含量大也會(huì)導(dǎo)致化學(xué)劑滯留現(xiàn)象明顯。劉奎［20］等針對非均質(zhì)中高原油滲透層的一些缺點(diǎn)研制了黏度在20～60 mPa·s的高黏性驅(qū)油劑，但此驅(qū)油劑需在界面張力低的情況下才起作用，地層含水率達(dá)到91%以上時(shí)，該高黏性驅(qū)油劑效果明顯，可提高效率10%以上。

三元復(fù)合驅(qū)的成功實(shí)際應(yīng)用使油藏開采進(jìn)入了新階段，利于緩解當(dāng)前原油緊張的局勢。但復(fù)合驅(qū)的研究仍處于開發(fā)階段，驅(qū)替劑配方、早期油藏開采后殘余油帶的處理等很多問題有待高新技術(shù)的支持改進(jìn)與優(yōu)化?？偠灾瑥?fù)合驅(qū)替劑有極好的應(yīng)用開發(fā)前景，我國采油技術(shù)仍處在發(fā)展階段，對復(fù)合驅(qū)替劑的研究應(yīng)該推廣并創(chuàng)新。

5 結(jié) 論

化學(xué)驅(qū)油在石油開采中具有越來越重要的地位，化學(xué)驅(qū)對增加石油采收率有著很好的效果。尤其是復(fù)合驅(qū)在進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，起到了很好的提高采收率的效果。經(jīng)過長期的應(yīng)用于研究，化學(xué)驅(qū)替的各種方法已經(jīng)日趨成熟，但各個(gè)方法仍存在缺點(diǎn)和不足。首先，如何獲得生產(chǎn)成本低、開采率高、原料利用率高、方法缺陷少的研制方法還需進(jìn)一步深入研究；其次，一些制備方法的機(jī)理還不夠成熟。綜上所述，驅(qū)替方法的改進(jìn)和創(chuàng)新研究仍然是目前的研究重點(diǎn)，隨著更多研究人員的深入研究，驅(qū)替劑研制的方法將會(huì)越來越成熟以及多樣化，化學(xué)驅(qū)將在石油開采中發(fā)揮更大的作用。

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石油化工

Research PROGRESS of Chemical-flooding Agents

CHENG Guang-ming， CHEN Chao， LU Shan-shan， ZHANG Jin-hui， PAN Yi， FU Hong-tao， WANG Yi-ru
（Liaoning Shihua University， Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract:Chemical-flooding is an important EOR method， and it has been widely used at home and abroad. In this paper， research status and application of domestic and foreign chemical flooding were introduced. Chemical flooding agents can be sorted into the polymer flooding agent， surfactant flooding agent， alkaline flooding agent and so on. At last， characteristics and application situation of different agents were summarized.

Keyword:Chemical-flooding； Polymer flooding； Alkali flooding； Surfactant flooding； Compound flooding

中圖分類號(hào)：TE 39

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0460（2016）02-0383-04

基金項(xiàng)目：遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（省級(jí)201510148045）。

收稿日期：2015-08-30

作者簡介：程光明（1995-），男，遼寧省鐵嶺市人，研究方向：石油工程專業(yè)學(xué)生。

通訊作者：潘一（1976-），男，副教授，博士，研究方向油氣田開發(fā)。