印尼ASSET3油田表面活性劑吞吐技術(shù)研究及應(yīng)用

(中海油田服務(wù)股份有限公司 油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300459)

ASSET 3油田位于印尼南蘇門答臘島，油藏埋深1 981.2～2 286 m，平均孔隙度13%，平均滲透率18×10-3μm2，原油密度0.84 kg/L，原油黏度700 mPa·s(37.78 ℃)，油藏溫度115.56 ℃，屬于典型碳酸鹽稠油油藏。該油田根據(jù)單井油藏條件采取電潛泵及多級(jí)氣舉閥生產(chǎn)，經(jīng)過多年開發(fā)生產(chǎn)，ASSET 3油田進(jìn)入中高含水期，油田含水率95%左右。隨著高含水油井近井地帶水淹程度增加導(dǎo)致油相滲透率降低，同時(shí)較高的氣油比造成原油脫氣，膠質(zhì)瀝青質(zhì)不斷析出使原油黏度逐漸堵塞近井地帶，吸附在巖石表面的剩余油無法產(chǎn)出，使得油井產(chǎn)量降低。該區(qū)塊每年都由不同油田技術(shù)服務(wù)公司(包括哈里伯頓、斯倫貝謝、GE等)提供過單井注表面活性劑吞吐作業(yè)，但均以失敗告終。同時(shí)近年正值國際油價(jià)低迷時(shí)期，如何在低成本條件下采取提高采收率措施增加油井產(chǎn)量成為目前技術(shù)主要攻關(guān)方向。為此通過大量室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)及篩選工作，最終研發(fā)出適合印尼ASSET 3油田油藏條件下的表面活性劑，用于降低油水界面張力，改變巖石潤濕性，提高近井地帶洗油效率，降低原油黏度，最終達(dá)到提高單井采收率目的。

1 表面活性劑種類及增油機(jī)理

1.1 表面活性劑種類

1.1.1磺酸鹽表面活性劑

木制素磺酸鹽是最早用于驅(qū)油的表面活性組分，但界面活性差，20世紀(jì)80年代后和石油磺酸鹽復(fù)配用作驅(qū)油劑[1]。烯烴磺酸鹽是工業(yè)化較晚的表面活性劑，分子中含有雙鍵，耐鹽能力可達(dá)到聚氧乙烯烷基醇醚硫酸鹽的水平，但界面活性比烷基苯磺酸鹽差，且價(jià)格高，在驅(qū)油中主要用作起泡劑。

1.1.2非離子-陰離子表面活性劑

非離子表面活性劑是指在水溶液中不電離，其親水基主要是由具有一定數(shù)量的含氧基團(tuán)構(gòu)成。正是這一點(diǎn)決定了非離子表面活性劑在某些方面比離子表面活性劑更優(yōu)越，因?yàn)樵谌芤褐胁皇请x子狀態(tài)，所以穩(wěn)定性高，不易受強(qiáng)高礦化度地層水影響，也不易受pH值的影響，與其他類型表面活性劑相容性好[2]。陰離子型表面活性劑的洗油能力普遍差于非離子表面活性劑，但其價(jià)格低廉，同時(shí)具有非離子所不具備的耐酸、耐堿、耐硬水、低溫流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。因此非離子-陰離子復(fù)配表面活性劑，產(chǎn)生很好的協(xié)同效應(yīng)，同時(shí)降低表面活性劑用量，降低施工成本。

1.1.3烷基多糖苷

烷基多糖苷起泡性能好，同陰離子表面活性劑配伍性好，無毒，生物降解迅速。但單純的烷基多糖親水基較大，降低油水界面張力的能力不強(qiáng)，但是小分子醇類的表面活性物質(zhì)復(fù)配，在較低濃度下界面張力為0.1×10-3N/m以下，且復(fù)配的體系界面張力受溫度，鹽含量的影響很小，但烷基多糖昂貴的成本限制其在油田大規(guī)模應(yīng)用[2]。

1.2 表面活性劑增油機(jī)理

1.2.1降低油水界面張力

加入表面活性劑可以明顯地降低油水接觸面上的表面張力，油滴更容易變形，降低了將其排出孔隙喉道必需的功，同時(shí)也增加了原油在地層中的流速，進(jìn)而提高油井產(chǎn)量。通常油水界面張力在0.02～0.03 N/m，如果將油水界面張力降至足夠低，毛細(xì)管數(shù)將大幅增加，進(jìn)而提高采收率[3]。

1.2.2改變巖石潤濕性

研究結(jié)果表明，驅(qū)油效率與巖石潤濕性有密切關(guān)系。油潤濕表面導(dǎo)致驅(qū)油效率變差，水潤濕表面導(dǎo)致驅(qū)油效率高。合適的表面活性劑使選擇性潤濕接觸角變小，使巖石顆粒表面水潤濕性加強(qiáng)，即使巖石更加親水從而降低油井含水率。

1.2.3提高洗油效率

表面活性劑水溶液能夠清洗掉以薄膜形式覆蓋在巖石表面的原油，使得這些油膜破裂并被沖洗出來。表面活性劑可以吸附在油水界面上，取代原油在巖石上形成牢固吸附層的那部分活性原油組分，使原油不易束縛在巖石上。

1.2.4降低原油黏度

原油中因含有膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、石蠟等而具有冪律流體性質(zhì)，其流變力學(xué)性質(zhì)隨剪切應(yīng)力而變化[4]。這是因?yàn)樵椭心z質(zhì)、瀝青質(zhì)和石蠟類高分子化合物易形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在原油流動(dòng)時(shí)這種結(jié)構(gòu)部分破壞，破壞程度與流動(dòng)速度有關(guān)。當(dāng)原油靜止時(shí)，恢復(fù)這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。重新流動(dòng)時(shí)黏度就很大。原油的這種非牛頓流體性質(zhì)直接影響驅(qū)油效率和波及系數(shù)。而表面活性劑能吸附到結(jié)構(gòu)性原油的某些組分上，并減弱它們之間相互作用，使原油黏度下降[5]。

2 表面活性劑室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

根據(jù)ASSET 3區(qū)塊地質(zhì)油藏特征及甲方技術(shù)要求，需要篩選出界面活性高、原料來源廣、生產(chǎn)工藝簡單、成本低、與原油配伍性好、耐鹽性較好的產(chǎn)品。通過大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)最終篩選出非離子-陰離子表面活性劑HPS。

2.1 界面張力性能評(píng)價(jià)

配置不同濃度表面活性劑HPS溶液(5%、10%、15%)，溶劑為與ASSET 3區(qū)塊采出水，測定界面張力。表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在25 ℃油井采出水界面張力為19×10-3N/m，再加入不同濃度HPS表活劑溶液最低界面張力達(dá)0.17×10-3N/m，符合甲方技術(shù)要求。

表1 表面活性劑界面張力評(píng)價(jià)

2.2 表面活性劑吞吐模擬實(shí)驗(yàn)

根據(jù)該區(qū)塊以往單井表面活性劑模擬吞吐實(shí)驗(yàn)方法，用于評(píng)價(jià)表面活性劑HPS驅(qū)油效率進(jìn)而決定施工與否。具體實(shí)驗(yàn)方法如下：①獲取原油及巖心樣品并分別稱取1.5～2.0 g，分為3份(原油及巖心樣品質(zhì)量大致相等)。②將原油樣品與巖心碎屑在量筒中放入水浴鍋中加熱充分混合。③混合后室溫條件下等待原油凝固后稱重。④向量杯中分別注入不同濃度40 mL HPS (0、5%、10%、15%)。⑤將量杯放入50 ℃水浴鍋中5 h后取出。⑥待量筒中漂浮在頂部原油凝固后取出稱重。⑦計(jì)算洗油率。針對(duì)區(qū)塊內(nèi)不同原油及巖心碎屑樣品進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表2。表2結(jié)果表明：增大表面活性劑濃度可以提高洗油效率，提高采收率80%以上，在實(shí)際施工過程中可根據(jù)不同油井情況調(diào)整表面活性劑濃度，以取得在較低成本下達(dá)到較好效果。

表2 不同濃度表面活性劑洗油效率實(shí)驗(yàn)

3 現(xiàn)場實(shí)施情況

選取ASSET 3油田8口油井作為先導(dǎo)試驗(yàn)井，平均日產(chǎn)液770桶，日產(chǎn)油26桶，含水率97%。綜合單井地質(zhì)油藏情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)因素選擇表面活性劑HPS濃度為5%～6%，設(shè)計(jì)處理半徑為4.57 m。8口實(shí)驗(yàn)井分別于2016年8月開始至2017年8月實(shí)施作業(yè)，作業(yè)結(jié)束后關(guān)井反應(yīng)48～72 h后開井生產(chǎn)。8口試驗(yàn)井注表面活性劑吞吐后經(jīng)過一段時(shí)間產(chǎn)量監(jiān)測，其中2口井未達(dá)到預(yù)期效果，其他6口增油效果平均日增油16桶，實(shí)驗(yàn)井效果統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)井效果統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

①HPS陰離子-非離子表面活性劑在ASSET 3油田8口井試驗(yàn)，結(jié)果表明該藥劑具有降低油水界面張力、改變地層潤濕性、降低地層原油黏度、提高洗油效率的特點(diǎn)，同時(shí)該藥劑具有耐鹽、耐溫等特性。②HPS適用于ASSET 3油田低滲、原油黏度高、油藏溫度高等場合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示HPS與原油界面張力可降至0.17×10-3N/m，相比油井采出水與原油界面張力19×10-3N/m，降低界面張力效果明顯。同時(shí)HPS具有低成本優(yōu)勢(shì)及較好經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。③HPS表面活性劑吞吐技術(shù)具有施工工藝簡單、不動(dòng)管柱安全可靠性高等特點(diǎn)，易于在目前低油價(jià)形勢(shì)下大范圍推廣。④鑒于目前行業(yè)形勢(shì)及印尼本地石油煉化工業(yè)基礎(chǔ)薄弱而導(dǎo)致化學(xué)材料匱乏不利因素，如從海外進(jìn)口將極大地增加作業(yè)成本，經(jīng)濟(jì)效益較差。因此，還需加強(qiáng)新型表面活性劑研究及實(shí)驗(yàn)尋找進(jìn)一步降低油水界面張力甚至超低界面張力化學(xué)藥劑，這是今后主力研究方向。