普通稠油SP二元復(fù)合驅(qū)波及系數(shù)與驅(qū)油效率的關(guān)系

陳 挺， 張貴才， 葛際江

(中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，山東青島 266580)

普通稠油SP二元復(fù)合驅(qū)波及系數(shù)與驅(qū)油效率的關(guān)系

陳 挺， 張貴才， 葛際江

(中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，山東青島 266580)

改變甜菜堿表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)建立具有相同黏度不同界面張力的二元復(fù)合驅(qū)油體系，通過填砂管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)驅(qū)油體系提高勝利普通稠油采收率的能力。結(jié)果表明，二元體系提高采收率的幅度隨著表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減?。惶砑由倭?質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%)的表面活性劑，能夠降低界面張力,但是高于超低界面張力值(10-3mN/m)，二元復(fù)合體系的采收率獲得較大的提高，聚合物與表面活性劑產(chǎn)生良好的協(xié)同效應(yīng)。微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明，擴(kuò)大波及系數(shù)能更為有效地提高普通稠油化學(xué)驅(qū)采收率。降低界面張力至超低值能夠提高洗油效率,但會(huì)降低復(fù)合體系擴(kuò)大波及系數(shù)的能力，從而影響采收率的提高。

普通稠油； 化學(xué)驅(qū)； 超低界面張力； 波及系數(shù)； 洗油效率

普通稠油油藏水驅(qū)后通常采用化學(xué)驅(qū)的方法進(jìn)一步提高采收率。其中聚/表二元復(fù)合驅(qū)能夠避免堿劑的使用帶來的地層破壞和產(chǎn)出液乳化現(xiàn)象嚴(yán)重等問題，正日益受到各國(guó)石油工作者的重視[1-3]。人們普遍認(rèn)為驅(qū)油體系的界面張力越低，特別是達(dá)到超低界面張力的時(shí)候，殘余油啟動(dòng)時(shí)需要克服的毛細(xì)管力就越小，從而采收率越高[4]。但是在某些條件下，稀油和普通稠油化學(xué)驅(qū)替的結(jié)果表明,取得理想采收率的驅(qū)替液配方的界面張力并非是超低值，而是能夠提高驅(qū)油劑波及系數(shù)的體系[5-6]。在稠油堿驅(qū)的過程中同樣發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象，即擴(kuò)大波及系數(shù)更能有效地提高采收率[7-8]。

本研究選取黏度為130 mPa·s(50 ℃)的勝利普通水驅(qū)稠油作為研究對(duì)象。改變復(fù)合體系中表面活性劑的用量得到超低界面張力驅(qū)油體系和非超低界面張力驅(qū)油體系。用填砂管實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)驅(qū)油體系提高采收率的能力，并用微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)來計(jì)算采收率、波及系數(shù)和洗油效率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究波及系數(shù)與洗油效率在聚/表二元復(fù)合驅(qū)油體系提高普通水驅(qū)稠油采收率時(shí)的關(guān)系。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與藥品

儀器：美國(guó)Texas-500型旋滴界面張力儀；填砂管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置；微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置。

藥品：羥基磺基甜菜堿SBET-17，實(shí)驗(yàn)室自制，純度29.4%；水解聚丙烯酰胺HPAM，相對(duì)分子質(zhì)量1.4×107，北京恒聚公司生產(chǎn)，水解度23%～25%；石英砂，100～120 目；氯化鈉，分析純；蒸餾水。表面活性劑溶液、聚合物溶液以及聚/表二元驅(qū)油劑溶液均用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%氯化鈉溶液配制。原油取自勝利油田，組分如表1所示。

表1 原油組分Table 1 The composition of crude oil

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

界面張力測(cè)定：使用美國(guó)Texa-500界面張力儀測(cè)定了化學(xué)驅(qū)溶液和勝利普通稠油之間的動(dòng)態(tài)界面張力，油水接觸動(dòng)態(tài)照片和界面張力值由本課題組設(shè)計(jì)編寫的自動(dòng)采集分析軟件獲得并計(jì)算，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)繪制動(dòng)態(tài)界面張力曲線[9]。

填砂方法：填砂管長(zhǎng)19.0 cm，內(nèi)徑為2.5 cm。實(shí)驗(yàn)步驟為：將少許100～120 目的石英砂加入填砂管中，倒入適量蒸餾水潤(rùn)濕砂子，均勻敲擊管壁振動(dòng)填砂管，使填砂均勻厚實(shí)；重復(fù)上一步，直到填滿為止。為避免石英砂中進(jìn)入空氣，在整個(gè)填砂過程中須保證蒸餾水水面高于砂子面。用1.0 mL/min的流速驅(qū)替蒸餾水測(cè)定填砂管的水測(cè)滲透率。

填砂管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)：首先用模擬地層水飽和填砂管，然后計(jì)算滲透率和孔隙度；飽和勝利普通稠油，直到產(chǎn)出液含水率小于2%，計(jì)算初始含油飽和度；先水驅(qū)直到產(chǎn)出液含水率大于98%，然后注入0.5PV的化學(xué)驅(qū)段塞，接著進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)直到含水率再次大于98%。除特殊指出外，驅(qū)替速度均為0.5 mL/min，溫度為50 ℃。

微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)：微觀模型抽真空；用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%NaCl飽和均質(zhì)水濕微觀模型；飽和勝利普通稠油；以0.003 mL/min的注入速度進(jìn)行驅(qū)替，并錄制整個(gè)過程；分析圖像。為了更清晰的觀察現(xiàn)象，在驅(qū)替液中加入了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的曙紅。利用實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的圖像分析軟件計(jì)算不同驅(qū)替階段的采收率、波及系數(shù)和洗油效率。

2 結(jié)果與討論

2.1驅(qū)油體系與原油的界面張力

不同配方驅(qū)油體系與勝利普通稠油的界面張力如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低時(shí)(0.015%)就可將界面張力降至超低值。界面張力曲線隨著表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大呈現(xiàn)“V”型，即油滴迅速被拉斷，油滴剩余部分慢慢回縮，直徑變粗，導(dǎo)致界面張力值逐漸增大。聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為0.15%，聚/表二元復(fù)合體系到達(dá)超低界面張力時(shí)有所延長(zhǎng)，但最低界面張力仍然能夠達(dá)到超低值。聚合物與表面活性劑表現(xiàn)出良好的相容性。當(dāng)表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí)，復(fù)合體系可以迅速將油水界面張力降至超低值，拉斷后界面張力維持在10-2mN/m。

圖1 驅(qū)油體系與原油的界面張力

Fig.1TheIFTbetweenfloodingsystemandcrudeoil

2.2填砂管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

使用7組填砂管實(shí)驗(yàn)研究勝利普通水驅(qū)稠油化學(xué)驅(qū)的效果。填砂管物理參數(shù)、驅(qū)替液配方及水驅(qū)采收率、化學(xué)驅(qū)采收率如表2所示。由表2可知，單一的表面活性劑、聚合物驅(qū)油體系均能夠有效提高原油水驅(qū)后的采收率。聚合物提高采收率的幅度大于表面活性劑驅(qū)，采收率隨著聚合物濃度的增大而增大。根據(jù)界面張力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甜菜堿與聚合物復(fù)配得到不同界面張力值的復(fù)合體系，研究在普通水驅(qū)稠油化學(xué)驅(qū)中波及系數(shù)和洗油效率對(duì)采收率的影響。當(dāng)w(SBET-17)=0.05%，0.10%時(shí)，采收率與單一聚合物驅(qū)替時(shí)相比有所下降。而當(dāng)表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%時(shí)，復(fù)合驅(qū)體系的采收率超過了聚合物驅(qū)替時(shí)的采收率，顯示出良好的協(xié)同效應(yīng)。復(fù)合體系的采收率隨著甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減小，因此普通稠油化學(xué)驅(qū)提高采收率是以擴(kuò)大波及為主。從體系的界面張力考慮，具有超低界面張力的復(fù)合體系并不一定能夠有效地提高采收率，表面活性劑的加入反而影響了驅(qū)油效率。

表2 填砂管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)總結(jié)Table 2 The summary of sandpack flooding tests

勝利普通稠油化學(xué)驅(qū)注入壓力如圖2所示。

圖2 注入壓力曲線

Fig.2Pressuredropforcrudeoil

由圖2可知，注入化學(xué)劑后的注入壓力升高幅度依次為聚表二元驅(qū)(10-2mN/m)>聚合物驅(qū)>聚表二元驅(qū)(10-3mN/m)>表面活性劑驅(qū)。采收率與化學(xué)劑注入后壓力升高幅度的大小相對(duì)應(yīng)。注入壓力的升高說明驅(qū)替液發(fā)生了液流轉(zhuǎn)向作用[10-11]，從而波及到了更多的剩余油。單獨(dú)注入表面活性劑，壓力升高不明顯，所對(duì)應(yīng)的采收率最低。當(dāng)表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%時(shí)復(fù)合體系的注入壓力最高，對(duì)應(yīng)著最大的采收率。聚合物中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.01%表面活性劑后注入壓力與單獨(dú)聚合物驅(qū)時(shí)相比略有下降，而界面張力降至超低值，說明對(duì)于普通稠油化學(xué)驅(qū)來說流度的控制相對(duì)于界面張力的降低更為重要也更為有效。

2.3波及系數(shù)與洗油效率的關(guān)系

采收率的提高與波及系數(shù)和洗油效率有關(guān)，通過微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)采集勝利普通水驅(qū)稠油聚/表二元復(fù)合驅(qū)時(shí)的照片，計(jì)算采收率、波及系數(shù)和洗油效率，如圖3—5所示。由圖3可知，采收率隨著注入體積的增大而增加，隨著復(fù)合體系中表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大先增加后減小。當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%時(shí)，采收率最大，聚合物與表面活性劑表現(xiàn)出良好的協(xié)同效應(yīng)，在聚驅(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高采收率。當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%時(shí)，采收率最小，小于單一聚合物驅(qū)時(shí)取得的采收率。這與填砂管實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致。表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，進(jìn)一步降低了復(fù)合體系的油水界面張力，但是采收率并沒有上升，反而呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。這表明在普通稠油化學(xué)驅(qū)中，界面張力降低導(dǎo)致的洗油效率增大并不能夠有效提高采收率，這點(diǎn)與在稀油油藏實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)論不同[12]。

圖3 微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)采收率-注入PV數(shù)曲線

Fig.3Thecurveofrecovery-PVformicroscopicfloodingtest

圖4 微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)波及系數(shù)-注入PV數(shù)曲線

Fig.4Thecurveofsweepefficiency-PVformicroscopicfloodingtest

圖5 微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)洗油效率-注入PV數(shù)曲線

Fig.5Thecurveofdisplacementefficiency-PVformicroscopicfloodingtest

由圖4可知，驅(qū)替過程中波及系數(shù)隨注入PV數(shù)的變化形式與采收率-注入PV數(shù)的變化形式類似。當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%時(shí)，復(fù)合驅(qū)油體系的波及系數(shù)比單一的聚合物體系的波及系數(shù)更大，且隨著注入量的增大而迅速增加。繼續(xù)增加表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，波及系數(shù)緩慢增大，且最終的波及系數(shù)小于單一聚合物驅(qū)和低表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)二元復(fù)合驅(qū)。另一方面，復(fù)合驅(qū)的洗油效率隨著體系中表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增加，如圖5所示。當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%時(shí)，復(fù)合體系的洗油效率略高于單一聚合物驅(qū)。這是由于表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，體系的界面張力達(dá)不到超低值所致。增加表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，洗油效率隨著注入量的增大而增加。

分析表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%和0.10%的復(fù)合體系采收率、波及系數(shù)和洗油效率的關(guān)系,結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低(0.01%)和較高(0.10%)時(shí)，采收率隨注入量增加的變化方式分別與波及系數(shù)和洗油效率相似，說明在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)表面活性劑存在的條件下影響采收率提高的因素不同。同時(shí)也表明波及系數(shù)的增大要比洗油效率的提高更能有效地提高普通稠油的復(fù)合驅(qū)采收率。表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，能夠極大提高洗油效率，但是影響了聚合物擴(kuò)大波及系數(shù)的能力，使驅(qū)替液不能夠波及到更多的剩余油。在驅(qū)替液波及到的范圍內(nèi)，通過分散剝離作用將剩余油全部驅(qū)出；但是由于仍然存在大量未波及到的剩余油，洗油效率的提高作用無法發(fā)揮，故整體采收率反而降低，甚至小于單一聚合物驅(qū)替時(shí)的采收率。

圖6 波及系數(shù)、洗油效率、采收率關(guān)系

Fig.6TherelationshipofEv,ErandE

3 結(jié)論

由甜菜堿和聚合物組成的二元復(fù)合驅(qū)油體系具有良好的降低油水界面張力能力，界面張力隨著表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而降至超低，但是采收率逐漸下降。較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表面活性劑能夠與聚合物產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，在聚合物驅(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增大采收率。對(duì)于普通稠油化學(xué)驅(qū)，采收率的提高與波及系數(shù)的擴(kuò)大直接對(duì)應(yīng)，而洗油效率增大后會(huì)影響到復(fù)合體系擴(kuò)大波及系數(shù)的效果。

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(編輯 宋官龍)

The Relationship of Sweep Efficiency and Displacement Efficiency of SP Binary Combination Flooding Systems for Heavy Oil

Chen Ting, Zhang Guicai, Ge Jijiang

(SchoolofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),QingdaoShandong266580,China)

The binary combination flooding systems with the same viscosity and different interfacial tension were formulated by changing the concentration of betaine surfactants. The sandpack flooding tests were employed to evaluate the ability of flooding systems to enhance the heavy oil recovery. It is found that the recovery decreased with the increasing of the betaine concentration. Low concentration (0.01%) of betaine can reduce the IFT to a value above ultra-low value (10-3mN/m) and the recovery of binary combination flooding system can be greatly improved. There exists a synergy effect between HPAM and surfactant. The microscopic flooding tests show that the improvement of sweep efficiency can increase heavy oil recovery more efficiently. The ultra-low value IFT leads to the increasing of displacement efficiency, however the sweep efficiency was impaired. As a result, the improvement of recovery was affected.

Heavy oil; Chemical flooding; Ultra-low interfacial tension; Sweep efficiency; Displacement efficiency

1006-396X(2014)01-0066-05

2013-11-28

：2013-12-17

山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“三次采油中化學(xué)驅(qū)體系油水界面流變性研究”(ZR2011EEQ001)。

陳挺(1982-)，男，博士研究生，從事提高采收率和采油化學(xué)研究；E-mail： 15315019827@163.com。

張貴才(1966-)，男，博士，教授，從事提高采收率和采油化學(xué)研究；E-mail：13706368080@vip.163.com。

TE39

： A

10.3969/j.issn.1006-396X.2014.01.013