孤島油田驅(qū)油劑輔助蒸汽驅(qū)對稠油性質(zhì)的影響

孫建芳，劉 東，李 麗，張英豪，肖 灑

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油大學(xué)（華東）重質(zhì)油國家重點實驗室，山東 青島 266580）

近年來，化學(xué)輔助蒸汽驅(qū)油技術(shù)迅速發(fā)展，并且得到了成功應(yīng)用[1-5]。化學(xué)劑輔助蒸汽驅(qū)是在蒸汽驅(qū)過程中向地層注入耐高溫的化學(xué)劑（驅(qū)油劑、泡沫劑等），進(jìn)行復(fù)合驅(qū)替的一種稠油開采方式。通過改善稠油流變性，降低油水界面張力，提高膠體的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高驅(qū)油效率[6-10]。聚合物類驅(qū)油劑通過增加驅(qū)替液的粘度，降低油層的水相滲透率，從而改善水油流度比，調(diào)整注入剖面并擴(kuò)大波及體積，提高了宏觀波及效率，進(jìn)而提高了原油采收率[11-12]。孤島油田稠油是高分散的膠體體系，驅(qū)油劑的注入會對稠油的性質(zhì)產(chǎn)生影響，主要影響稠油膠體的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)組成及重組分膠粒粒度。筆者研究了驅(qū)油劑（聚乙烯吡咯烷酮）對孤島油田稠油性質(zhì)的影響，探討了驅(qū)油劑輔助蒸汽驅(qū)對稠油的作用機(jī)制，以期為化學(xué)輔助蒸汽驅(qū)應(yīng)用提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

實驗用油為孤島油田稠油，50℃地面原油密度為 950.5 kg/m3，地面脫氣原油粘度為 1872 mPa·s，為低含蠟、低凝固點的瀝青質(zhì)原油，其中硫含量為1.55%，鹽含量為63.5%，蠟含量為5.88%，膠質(zhì)含量為35.1%，瀝青質(zhì)含量為6.73%，凝固點為-9℃。實驗用水為模擬地層水，參照孤島油田地層水礦化度（2700 mg/L）配制，NaCl，NaHCO3和CaCl2的物質(zhì)的量濃度分別為7.14，34.5和0.901 mol/mL。

1.2 實驗裝置及流程

實驗器材主要包括：高壓釜、蒸汽—表面活性劑復(fù)合驅(qū)替實驗裝置、電導(dǎo)儀和Knauwer相對分子質(zhì)量測定儀。

蒸汽—表面活性劑復(fù)合驅(qū)替實驗采取蒸汽與驅(qū)油劑同時注入的方式。驅(qū)油劑溶液在注入巖心之前，與蒸汽在混合容器中混合并汽化。地層流體條件的模擬在高壓釜中完成，按照實驗條件，通入氮氣，加入脫水原油、模擬地層水和驅(qū)油劑，控制體系作用壓力為8 MPa，到達(dá)條件溫度后作用一段時間，反應(yīng)完畢后取出油樣，進(jìn)行脫水處理（圖1）。

圖1 蒸汽—表面活性劑復(fù)合驅(qū)替實驗裝置示意

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 驅(qū)油劑輔助蒸汽驅(qū)效果

由驅(qū)油劑輔助蒸汽驅(qū)實驗結(jié)果（圖2）可知，當(dāng)驅(qū)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時，采收率最高可達(dá)57%，比單純蒸汽驅(qū)提高6.9%；當(dāng)驅(qū)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.5%和1.5%時，采收率分別提高了3.6%和0.82%?？梢娬羝?qū)過程中適量引入驅(qū)油劑可明顯提高采收率，但不宜過量。

圖2 驅(qū)油劑輔助蒸汽驅(qū)實驗結(jié)果

2.2 驅(qū)油劑輔助蒸汽驅(qū)對稠油膠體穩(wěn)定性的影響

溫度對瀝青質(zhì)聚沉起始點的影響 瀝青質(zhì)聚沉起始點是表征稠油膠體穩(wěn)定性的重要參數(shù)。當(dāng)驅(qū)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%，油樣與模擬地層水的質(zhì)量比為3∶1，體系作用壓力為8 MPa時，考察溫度對油樣瀝青質(zhì)聚沉起始點的影響。結(jié)果（圖3）表明，隨著溫度的升高，瀝青質(zhì)聚沉起始點逐漸減小，溫度達(dá)到200℃時，瀝青質(zhì)聚沉起始點降低幅度最大。瀝青質(zhì)聚沉起始點與膠體穩(wěn)定性呈正相關(guān)，所以驅(qū)油劑輔助蒸汽驅(qū)作用后，隨著溫度的升高，稠油膠體穩(wěn)定性降低。

圖3 溫度對瀝青質(zhì)聚沉起始點的影響

驅(qū)油劑用量對瀝青質(zhì)聚沉起始點的影響 當(dāng)溫度為110℃，油樣與模擬地層水的質(zhì)量比為3∶1，體系作用壓力為8 MPa時，考察驅(qū)油劑用量對稠油瀝青質(zhì)聚沉起始點的影響。結(jié)果（圖4）表明，驅(qū)油劑的引入改變了瀝青質(zhì)聚沉起始點，且用量越大，瀝青質(zhì)聚沉起始點越小，但其降低幅度較小。瀝青質(zhì)聚沉起始點與膠體穩(wěn)定性呈正相關(guān)，隨著驅(qū)油劑用量的增加，膠體穩(wěn)定性降低，說明增加驅(qū)油劑用量不利于膠體穩(wěn)定。采油過程中，驅(qū)油劑的引入會引起稠油膠束間的平衡發(fā)生移動，并進(jìn)一步改變?yōu)r青質(zhì)的沉積規(guī)律，從而影響儲層的孔滲性能。

圖4 驅(qū)油劑用量對瀝青質(zhì)聚沉起始點的影響

2.3 驅(qū)油劑輔助蒸汽驅(qū)對稠油結(jié)構(gòu)組成的影響

溫度對稠油組分含量的影響 當(dāng)驅(qū)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%，油樣與模擬地層水的質(zhì)量比為3∶1，體系作用壓力為8 MPa時，測定1 h后油樣的4組分含量，考察溫度對稠油結(jié)構(gòu)組成的影響。結(jié)果（表1）表明，不同溫度下，4組分含量發(fā)生了變化；溫度對稠油中飽和分與芳香分含量的影響無明顯規(guī)律，但兩者之和基本不變；隨著溫度升高，膠質(zhì)含量小幅度下降，瀝青質(zhì)含量明顯增加，溫度越高，膠質(zhì)與瀝青質(zhì)的比值越小。稠油是一個膠體體系，瀝青質(zhì)的存在，使原油具有了膠體結(jié)構(gòu)的特點，瀝青質(zhì)組分的數(shù)量和結(jié)構(gòu)是原油膠體穩(wěn)定性的重要影響因素。驅(qū)油劑的加入使原油組分在分散相（瀝青質(zhì)）和分散介質(zhì)（膠質(zhì)）之間重新分配，從而調(diào)整了分散體系的狀態(tài)。

表1 溫度對稠油4組分含量的影響

驅(qū)油劑用量對稠油組分含量的影響 當(dāng)溫度為110℃，油樣與模擬地層水的質(zhì)量比為3∶1，體系作用壓力為8 MPa時，測定1.5 h后油樣的4組分含量，考察驅(qū)油劑用量對4組分含量的影響。結(jié)果（表2）表明，驅(qū)油劑的引入會影響稠油4組分組成的相對變化。驅(qū)油劑用量對飽和分與芳香分無明顯規(guī)律性影響，但兩者之和基本不變，且具有將膠質(zhì)轉(zhuǎn)化成瀝青質(zhì)的作用，其結(jié)果是使瀝青質(zhì)含量增大，且驅(qū)油劑用量越多，效果越明顯，膠體體系穩(wěn)定性越差。增加驅(qū)油劑用量，膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量之比變小，導(dǎo)致稠油結(jié)構(gòu)組成發(fā)生了變化，降低了膠體的穩(wěn)定性，加劇了瀝青質(zhì)的沉積，從而影響了驅(qū)油效率。

表2 驅(qū)油劑用量對稠油4組分含量的影響

2.4 驅(qū)油劑輔助蒸汽驅(qū)對稠油瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量的影響

溫度對稠油瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量的影響 當(dāng)驅(qū)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%，油樣與模擬地層水的質(zhì)量比為3∶1，體系作用壓力為8 MPa時，考察溫度對稠油重組分膠粒粒度的影響。結(jié)果（圖5）表明，隨著溫度的升高，瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量增大。推測其原因是驅(qū)油劑分子結(jié)構(gòu)中的親油基團(tuán)吸附于瀝青質(zhì)分子上，與瀝青質(zhì)結(jié)合形成締合數(shù)更大的締合體，宏觀上表現(xiàn)為瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量增大，且隨溫度升高，這種趨勢越明顯。

圖5 溫度對瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量的影響

驅(qū)油劑用量對稠油瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量的影響 當(dāng)溫度為110℃，油樣與模擬地層水的質(zhì)量比為3∶1，體系作用壓力為8 MPa時，考察驅(qū)油劑用量對瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量的影響。結(jié)果（圖6）表明，驅(qū)油劑的引入會使瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量發(fā)生明顯變化，隨著驅(qū)油劑用量的增加，瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量增大。這主要是由于驅(qū)油劑在瀝青質(zhì)分子上吸附滲透，并進(jìn)一步結(jié)合。驅(qū)油劑用量越多，形成的締合體越大，導(dǎo)致瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量增大，稠油的膠體分散性變差，膠體穩(wěn)定性下降。

圖6 驅(qū)油劑用量對瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量的影響

3 結(jié)論

在蒸汽驅(qū)體系中加入適量的驅(qū)油劑，有利于提高采收率。驅(qū)油劑輔助蒸汽驅(qū)作用下，溫度越高，稠油的瀝青質(zhì)聚沉起始點越小，瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量越大。驅(qū)油劑用量越大，瀝青質(zhì)聚沉起始點越小，瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量越大。驅(qū)油劑輔助蒸汽驅(qū)作用下的稠油體系，溫度越高，瀝青質(zhì)的含量越多，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量之比隨之減小，兩者均使稠油膠體的穩(wěn)定性降低。驅(qū)油劑用量增加，飽和分和芳香分含量之和基本未發(fā)生變化，瀝青質(zhì)含量減少，膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量之比變小，從而降低了體系膠體的穩(wěn)定性。蒸汽驅(qū)過程中加入少量驅(qū)油劑有助于提高采收率，但加量過多易引起瀝青質(zhì)沉積。

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