三元復合驅減垢配方優(yōu)化實驗研究

周久立

（中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津 300450）

隨著我國經濟不斷發(fā)展，國內各界對原油需求呈現井噴式增長，僅在2020 年我國進口石油消費量就達到了5.4 億t，連續(xù)4 年成為世界最大進口國，不僅如此，我國石油消耗峰值在2028 年才會到來，國內原油生產量遠不能滿足需求，進口原油量連年增長，原油對外依存度超過70%，格林斯潘曾說過石油是國家工業(yè)血脈，由此可見，石油對于一個國家的發(fā)展來講極為重要，如何降低原油進口依存度以及實現原油國內生產是我國亟待解決的問題。

但在我國東部老油田產量大幅下降，現階段已探明的原油儲量僅位居世界第十三位，海上油氣提升幅度有限，在致密油氣開采技術尚未成熟的條件下，如何進一步實現東部老油田增產成為目前最優(yōu)最快的解決方案。隨著三次采油技術的不斷成熟，聚驅和三元復合驅油技術被廣泛應用在東部老油田，化學驅能夠大幅提高水驅后期采收程度，對提高老油田產量起到了極為重要的作用[1]。相較于聚驅，三元復合驅能夠進一步提高原油采收程度，相同實驗條件下，三元復合驅油采收率高出聚驅采收程度8%左右[2]。但與此同時，傳統的三元復合驅也存在諸多問題：常用三元復合溶劑中的強堿使得地層水中的轉化為其中大量的Ca2+會與其沉淀，這些沉淀物不僅影響原油分離，更會使得井筒結垢，嚴重磨損采油設備，增加了開采難度和開采成本[3]。因此，近些年針對這一問題很多學者對三元復合驅配方進行優(yōu)化，主要是降低堿性強度將NaOH 換成Na2CO3，從而減少的形成，進而減少了沉淀物產生。另一方面，適量降低堿的濃度也能有效減弱成垢速率[4]。

1 實驗部分

1.1 儀器和材料

DV-Ⅱ+ Pro 型布氏黏度儀（BROOKFIELD）；尺寸為4.5×4.5×30cm 的巖心夾持器（海安石油科研儀器有限公司）；油式真空泵 tanker130（ROCKER）；手搖泵；電子天平（LICHEN）；不銹鋼500mL 中間容器（海安石油科研儀器有限公司）；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（上海辰邦西儀器科技有限公司）；高溫高壓恒溫箱（海安石油科研儀器有限公司）；高壓高精度 ISCO 驅替泵（Teledyne Isco）。

石油磺酸鹽表面活性劑（含量50%，大慶煉化分公司）；2000 萬分子量聚合物（含量95%，大慶煉化分公司）；45℃條件下粘度為2.0mPa·s 的模擬油。

1.2 實驗方案設計

三元復合溶液中堿濃度越高，在地層中結垢越嚴重，本文實驗主要探索相同實驗條件下不同段塞大小、Na2CO3濃度對三元復合驅采收率的影響，以及相同采收率條件下，何種配方堿使用量最低，其中Na2CO3含量設計分別為1%和1.2%。為進一步減少堿使用量，實驗另設計了不含堿的二元復合驅油實驗（聚合物+表面活性劑），并探索了二、三元復合段塞復合驅油實驗。本文實驗方案如下：

首先，利用水驅到巖心原油采收率達到98%后；

方案1：注入0.5PV，Na2CO3含量1%三元復合溶液（聚合物濃度2000mg·L-1、表面活性劑濃度3000mg·L-1）；

方案2：注入0.4PV，Na2CO3含量1%三元復合溶液（聚合物濃度2000mg·L-1、表面活性劑濃度3000mg·L-1）；

方案3：注入0.3PV，Na2CO3含量1%三元復合溶液（聚合物濃度2000mg·L-1、表面活性劑濃度3000mg·L-1）；

方案4：注入0.5PV，Na2CO3含量1.2%三元復合溶液（聚合物濃度2000mg·L-1、表面活性劑濃度3000mg·L-1）；

方案5：注入0.3PV，Na2CO3含量1%三元復合溶液，然后，注入0.2PV 二元復合溶液（聚合物濃度2000mg·L-1、表面活性劑濃度 2500mg·L-1）；

方案6：注入0.4PV，Na2CO3含量1%三元復合溶液，然后，注入0.2PV 二元復合溶液（聚合物濃度2000mg·L-1、表面活性劑濃度 2500mg·L-1）；

方案7：注入0.5PV 二元復合溶液（聚合物濃度2000mg·L-1與表面活性劑濃度 3000mg·L-1）；

最后，水驅直至階段含水率達到98%。

1.3 減垢三元復合驅室內實驗流程

圖1 為實驗流程圖，圖2 為ASP 復合溶液配制圖。

圖1 實驗流程圖Fig.1 Structure diagram of experimental instrument

圖2 ASP 復合溶液配制圖Fig.2 ASP composite solution preparation diagram

（1）巖樣預處理 首先，將人造巖心進行烘干，稱重，然后測量其長度、氣測滲透率。

（2）烘干后的巖心裝入巖心夾持器內，并將巖心夾持器連接抽真空泵進行抽真空過程3h，巖心具體參數詳見表1。

表1 巖心參數Tab.1 Core parameter

表2 實驗材料粘度Tab.2 Viscosity of experimental material

（3）抽真空結束后緊閉閥門，將巖心夾持器連接到手搖泵，將提前配制好的模擬地層水通過手搖泵注入到巖心內，當手搖泵壓力升高到1MPa 時，停止注入模擬地層水，記錄注入量。

（4）配制的模擬地層原油是在45℃條件下粘度為 2.0mPa·s，原油和煤油按照1∶2.5 時，其配比時粘度剛好達到實驗所需要求。

（5）按照實驗要求分別配制Na2CO3含量分別為1%、1.2%的 ASP 溶液（如圖 2 為 Na2CO3含量 1%的ASP 溶液），三元復合溶液配制完畢后裝入恒溫箱內的中間容器。同樣按照實驗方案設計將配制好的二元復合溶液裝入中間容器。

（6）三元復合溶液配制完畢后，將完成飽和水后的巖心靜置1d，然后將巖心放進恒溫箱內，將已配制好的模擬地層水和模擬地層油以及三元復合溶液，二元復合溶液加入到恒溫箱內的中間容器。

（7）巖心夾持器連接管線等待溫度升到45℃時，巖心夾持器連接到模擬地層水的中間容器，利用ISCO 高壓高精度驅替泵測量其巖心水測滲透率，注入速度為 0.2mL·min-1。

（8）水測滲透率完畢后進行飽油過程，注入速度為 0.3mL·min-1，用 10mL 量筒進行計量，每隔 30min 記錄一次采液量。當出液端見地層模擬油后，降低模擬油注入速度，使注入速度調整到0.1mL·min-1，等到排出液體全部是模擬地層油時停止注入，并放置24h 熟化。

（9）巖心熟化后進行水驅，打開ISCO 高壓高精度驅替泵，每隔30min 記錄一次采油量以及含水率。注入速度為0.3mL·min-1。當記錄的含水率連續(xù)3 次達到98%時，停止水驅改換三元復合驅。

（10）換為三元復合驅后注入速度為0.3mL·min-1，記錄采液量以及累計采油量，當注入量達到實驗方案設計要求時停止注入三元復合溶液。

（11）三元復合溶液注入完畢后繼續(xù)按照實驗方案設計注入二元復合溶液，當注入量達到設計要求時換為水驅，當水驅含水率連續(xù)3 次達到98%時停止注入，實驗完畢。

（12）實驗結束后，整理實驗數據以及清理實驗相關器材。

2 結果與討論

2.1 全過程采收率實驗結果

由表3 可知，7 種實驗方案的化學驅采收率分別 為 18.21%，18.15%，16.17%，19.16%，18.09%，18.27 和15.6%，其中方案4 采收率最高，方案7 化學驅階段采收率最低。

表3 驅油實驗采收率Tab.3 Recovery ratio of oil drive experiment

2.2 二、三元復合驅油實驗結果分析

通過實驗方案1、7 可知，在注入量、聚合物濃度、表面活性劑濃度相同的條件下，驅油實驗過程中三元復合驅最終采收率要高于二元復合驅。相較于三元復合驅油方案，二元復合驅油在不使用Na2CO3情況下其化學驅采收率為15.6%，而三元復合驅化學驅采收率為18.21%，兩者相差2.61%。三元復合驅分別由堿、表面活性劑、聚合物組成，表面活性劑能夠大幅降低界面張力，減小原油在孔隙受到的毛管力[5]。聚合物能夠增加溶液粘度從而降低地層大孔隙中的水流速度，減弱了指進現象，增大了波及面積[6]。由于三元復合溶液中的Na2CO3能夠與地層中的酸性物質發(fā)生化學反應形成表面活性物質，這些表面活性劑能與已加入的表面活性劑協同降低油水之間界面張力，相較于單一的二元復合溶液中的表面活性劑濃度高，使得界面張力降低地更多，更容易實現超低界面張力，此外，降低界面張力也可以使得原油能夠從巖心孔隙表面剝離，提高了洗油效率，同時也能夠更大程度上擴大三元復合溶液的波及體積[7]。三元復合溶液中的堿性物質能夠對原油產生乳化作用，能使原油乳化成為更小的油滴，降低原油粘度從而提高采收率[8]。

2.3 不同注入量三元復合驅實驗結果分析

通過實驗方案1~3 可知，聚合物濃度、表面活性劑濃度相同的條件下，驅油實驗過程中三元復合溶液注入量越大采收率越高。3 種方案溶液注入量分別為0.5、0.4、0.3PV 時，化學驅階段采收率分別是18.21%，18.15%，16.17%。三元復合溶液注入量越大，其中的Na2CO3堿性物質能夠與更多酸性物質形成表面活性劑物質，并且加入的表面活性劑更多使得油水界面張力降低更多，擴大波及體積。三元復合溶液中的聚合物量越大對控制油層流體流度，對擴大波及體積以及防止水竄現象起到重要作用。但隨著三元復合溶液的注入量增加，其提高采收率的增幅出現下降現象，0.5PV 相較于0.4PV 注入的三元復合溶液，其化學驅階段采收率增幅為0.06%，0.4PV 相較于0.3PV 注入量的三元復合驅采收率增幅為1.98%。因此，三元復合驅過程中隨著Na2CO3溶液注入量的增加采收率增幅趨于平緩。

2.4 不同Na2CO3 濃度條件下三元復合驅油實驗結果分析

通過實驗方案1、4 可知，聚合物濃度、表面活性劑濃度相同的條件下，驅油實驗過程中三元復合溶液中Na2CO3含量越高采收程度越高，當三元復合溶液含量為1%和1.2%時，其水驅后采收程度分別是18.21%，19.16%，當注入更大濃度Na2CO3時采收率增幅僅為0.95%，并且1.2% Na2CO3含量的三元復合溶液相較于1%含量的三元復合溶液，在相同實驗條件下的粘度較低，不利于聚合物溶液發(fā)揮擴大波及體積的作用，為實現更大程度減垢，Na2CO3含量為1%時為最佳含量。

2.5 二、三元復合段塞驅油實驗結果分析

通過室內實驗發(fā)現，方案1、方案5 和方案6，這3 個實驗方案為注水后注入0.5PV、濃度為1%的Na2CO3-ASP 溶液；水驅+0.3PV、濃度為1%的Na2CO3-ASP 溶液+0.2PV 二元驅；0.4PV、1%濃度的Na2CO3-ASP 溶液+0.2PV 二元驅，化學驅采收率分別為18.21%、18.09%和18.27%，見圖3。

圖3 二、三元復合段塞驅采收率Fig.3 Recovery rate of ASP slug flooding

由圖3 可知，單一注入三元復合溶液的采收率相較于二、三元復合段塞無明顯優(yōu)勢，采用二、三元復合段塞驅油能夠保障采收率的同時，降低了堿使用量，對油田減垢優(yōu)化有著很大指導意義。通過實驗方案5 和6 的采收率結果可以得出，復合段塞中0.3PV 三元段塞增加到0.4PV 時，方案5 與方案6化學驅采收率增幅較小，因此，綜合實驗采收率結果可知，水驅+0.3PV，Na2CO3含量為1%ASP 溶液+0.2PV 二元復合驅（聚合物和表面活性劑）+水驅直至含水率達到98%是最優(yōu)實驗方案。

3 結論

（1）通過ASP 驅油實驗發(fā)現，在實驗條件相同的條件下，驅油實驗過程中的三元復合驅最終采收率要高于二元復合驅的采收率。

（2）通過實驗方案1~3 可知，聚合物濃度、表面活性劑濃度相同的條件下，驅油實驗過程中三元復合溶液注入量越大，采收程度越高。但隨著注入量增大其提高采收率增幅逐漸減小。

（3）對比三元復合驅油實驗發(fā)現，降低Na2CO3使用量條件下，二、三元復合段塞驅油仍能保證較高采收率。

（4）本實驗條件下，水驅+0.3PV 三元復合溶液+0.2PV 二元復合驅+水驅直至含水率達到98%是最優(yōu)實驗方案，控制Na2CO3濃度1%不僅能夠有效提高采收率，也在源頭降低了結垢的幾率。