弱堿三元體系性能特征及其影響因素研究

摘 ?????要：針對(duì)大慶油田弱堿三元驅(qū)工業(yè)化推廣應(yīng)用中存在問(wèn)題和實(shí)際需求，進(jìn)行了弱堿三元體系影響因素研究及其性能特征評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，與強(qiáng)堿三元體系相比較，弱堿三元體系與原油間界面張力下降速度較慢，第45～60 d后界面張力才能下降到10-3 mN/m數(shù)量級(jí)。堿、聚合物間與表面活性劑色譜分離較大，堿與聚合物之間相對(duì)較小。在三元體系黏度相同條件下，隨堿和表面活性劑濃度增加即界面張力降低，三元體系與原油間乳化作用增強(qiáng)，附加滲流阻力增大，傳輸運(yùn)移能力變差。隨三元體系黏度增加，中低滲透層分流率增加，液流轉(zhuǎn)向能力增強(qiáng)。隨三元體系界面張力降低，高滲透層洗油效率提高，剩余油飽和度降低，水相滲透率增加，滲流阻力減小，分流率增加，液流轉(zhuǎn)向效果變差。在巖心非均質(zhì)性和界面張力相同條件下，隨三元體系黏度增加，三元驅(qū)采收率增大。在巖心非均質(zhì)性和黏度相同條件下，隨界面張力降低，三元驅(qū)洗油效率提高，采收率增幅增加。在黏度和界面張力相同條件下，隨巖心非均質(zhì)性加劇，水驅(qū)采收率降低，三元驅(qū)采收率增加。

關(guān) ?鍵 ?詞：大慶油田;弱堿三元體系;性能特征;物理模擬;機(jī)理分析

中圖分類號(hào)：TE357 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）01-0039-05

Abstract： Aiming at the existing problems and actual demand during the popularization and application of the weak alkali ASP flooding in Daqing oilfield， the performance characteristics and influencing factors of the weak alkali ASP system were studied. The results showed that， compared with strong alkali ASP system， the decrease speed of interfacial tension between weak alkali ASP system and crude oil was slower， until the 45d～60d the interfacial tension dropped to 10-3 mN/m magnitude. The degree of chromatographic separation between surfactant with alkali and polymer was heavier， and the degree was weaker between alkali and polymer. When the viscosity of the ASP system was the same， with the increase of concentration of the alkali and surfactant， the emulsifying effect between the ASP system and the crude oil was enhanced， the additional seepage resistance increased and the transmission ability decreased. With the increase of the viscosity of the ASP system， the shunt rate of the medium and low permeable layer increased and the liquid flow steering ability enhanced. With the decrease of interfacial tension， the displacement efficiency of high permeable layers improved， residual oil saturation reduced， water permeability increased， seepage resistance decreased， flow rate increased， and the flow diversion effect worsen. Under the same condition of core heterogeneity and interfacial tension， the recovery of the ASP flooding increased with the increase of the viscosity of the ASP system. Under the same condition of core heterogeneity and viscosity， the ASP displacement efficiency and the recovery amplitude increased with the decrease of interfacial tension. Under the same viscosity and interfacial tension， with the increase of core heterogeneity， the recovery rate of water displacement decreased and the recovery rate of ASP flooding increased.

Key words： Daqing oilfield; Weak alkali ASP system; Performance characteristics; Physical simulation;Mechanism analysis

1 ?前言

“表面活性劑/堿/聚合物”三元驅(qū)以其采收率增幅較大、技術(shù)比較簡(jiǎn)單而受到油田開(kāi)發(fā)工作者重視，國(guó)內(nèi)大慶、勝利、新疆和遼河等油田已經(jīng)或正在進(jìn)行三元驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)或工業(yè)化推廣應(yīng)用，增油降水效果很明顯，經(jīng)濟(jì)效益很好[1-4]。大慶油田前期已經(jīng)完成的三元驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)多為強(qiáng)堿三元驅(qū)，強(qiáng)堿NaOH與原油中膠質(zhì)作用生成活性物質(zhì)并與表面活性劑形成協(xié)同效應(yīng)[5]，使三元體系與原油間界面張力很快達(dá)到10-3 mN/m數(shù)量級(jí)。在前期三元驅(qū)工業(yè)化試驗(yàn)過(guò)程中，采出液乳化和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)垢問(wèn)題一直制約著該項(xiàng)技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用[6-8]。近年來(lái)，為減少采出液乳化和結(jié)垢給油井生產(chǎn)帶來(lái)的不利影響，通常采取井底點(diǎn)滴破乳劑和防垢劑，但效果不佳。為減少結(jié)垢給油田生產(chǎn)帶來(lái)不利影響，弱堿三元體系研究和礦場(chǎng)應(yīng)用開(kāi)始受到廣泛重視[9-11]。針對(duì)油田生產(chǎn)實(shí)際需求，本文通過(guò)物理模擬和化學(xué)分析等技術(shù)手段，以大慶薩北油田儲(chǔ)層地質(zhì)和流體為對(duì)象，研究了弱堿三元體系性能特征及其影響因素，這對(duì)改善弱堿三元驅(qū)油效果具有重要理論和應(yīng)用價(jià)值。

2 ?實(shí)驗(yàn)條件

2.1 ?實(shí)驗(yàn)材料

聚合物為中國(guó)大慶煉化公司生產(chǎn)部分水解聚丙烯酰胺，相對(duì)分子質(zhì)量2 500×104，固含量90%;弱堿為碳酸鈉，固含量98%;表面活性劑為石油磺酸鹽，由中國(guó)石油大慶煉化公司生產(chǎn)，有效含量為50%。

實(shí)驗(yàn)用水為生產(chǎn)污水，水質(zhì)分析見(jiàn)表1。

2.2 ?實(shí)驗(yàn)儀器

采用美國(guó)LVDV-Ⅱ+PRO布氏黏度計(jì)測(cè)試黏度。用“0”號(hào)轉(zhuǎn)子測(cè)試黏度，測(cè)試范圍為0-100 mPa·s，當(dāng)黏度大于100 mPa·s時(shí)用“1”號(hào)轉(zhuǎn)子進(jìn)行測(cè)試。采用STX-500H型界面張力儀進(jìn)行界面張力測(cè)試。驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等。除平流泵和手搖泵外，其它部分置于45 ℃的恒溫箱內(nèi)。

實(shí)驗(yàn)步驟：在室溫條件下，地層水通過(guò)抽真空方式飽和進(jìn)模型，通過(guò)質(zhì)量差計(jì)算模型孔隙體積; 45 ℃恒溫箱內(nèi)巖心飽和模擬油，通過(guò)出液量計(jì)算含油飽和度; 45 ℃恒溫箱內(nèi)巖心水驅(qū)到含水率90%，獲得水驅(qū)采收率;?45 ℃恒溫箱內(nèi)，三元驅(qū)和后續(xù)水驅(qū)到含水率98%，計(jì)算采收率。

3 ?結(jié)果分析

3.1 ?界面張力及其影響因素

三元體系與原油間不同時(shí)刻界面張力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，隨堿和表面活性劑濃度增加，界面張力逐漸減小。在測(cè)試初期，大部分三元體系樣品與原油間界面張力為10-1mN/m數(shù)量級(jí)。隨放置時(shí)間增加，界面張力逐漸下降。當(dāng)測(cè)試時(shí)間在45～60 d范圍內(nèi)時(shí)，大部分三元體系樣品界面張力下降到10-3 mN/m數(shù)量級(jí)。由此可見(jiàn)，石油磺酸鹽與弱堿間化學(xué)反應(yīng)速度較低，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能完成反應(yīng)。

3.2 ?色譜分離現(xiàn)象及其影響因素

當(dāng)三元體系在多孔介質(zhì)內(nèi)運(yùn)移時(shí)，由于堿、活性劑和聚合物滯留特性存在差異，因而它們?cè)谶\(yùn)移方向上損失量存在差異，形成差速運(yùn)移現(xiàn)象稱為色譜分離現(xiàn)象[12-14]。三元體系色譜分離會(huì)破壞體系完整性，削弱堿和表面活性劑間協(xié)同效應(yīng)。目前，通過(guò)無(wú)因次突破時(shí)間和無(wú)因次等濃距等參數(shù)來(lái)描述三元體系色譜分離現(xiàn)象嚴(yán)重程度，無(wú)因次突破時(shí)間是采出液中最早檢測(cè)到某種化學(xué)劑時(shí)所對(duì)應(yīng)PV數(shù)，無(wú)因次等濃距是采出液中兩種化學(xué)劑達(dá)到相同無(wú)因次濃度時(shí)所對(duì)應(yīng)PV數(shù)之差。三元體系中各組分無(wú)因次突破時(shí)間愈接近，無(wú)因次等濃距愈小，色譜分離程度就愈弱。

三元體系巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采出液藥劑無(wú)因次濃度C/Co與PV數(shù)關(guān)系見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，堿和聚合物幾乎在同一時(shí)刻發(fā)生突破。與堿和聚合物相比較，表面活性劑突破時(shí)間嚴(yán)重滯后，表明堿、聚合物和表面活性劑在多孔介質(zhì)內(nèi)滯留量存在色譜分離現(xiàn)象。考察C/Co=0.4時(shí)三元體系中各組分間無(wú)因次等濃距，其中表面活性劑與堿間為1.5，表面活性劑與聚合物間為1.7，堿與聚合物間為0.2。由此可見(jiàn)，表面活性劑與堿和聚合物間色譜分離程度較嚴(yán)重，堿與聚合物間相對(duì)較弱[15，16]。分析發(fā)現(xiàn)， “配方1”與“配方2”相比較，后者比前者色譜分離現(xiàn)象強(qiáng)。由此可見(jiàn)，在乳化劑OP-10與三元體系混合后，表面活性劑滯留量增大，三元體系中各組分間色譜分離程度加劇。

天然巖心中，三元體系中聚合物、堿和表面活性劑滯留損失率測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

從表2可以看出，在三元體系中，表面活性劑在天然巖心中滯留量最大，聚合物居中，堿最小。乳化劑OP-10與三元體系混合后表面活性劑滯留量增加，滯留損失率由0.76%增加到0.95%。

3.3 ?傳輸運(yùn)移能力及其影響因素

通過(guò)調(diào)整藥劑濃度組成得到“等黏”和“等界面張力”三元體系。在“等黏”和“等界面張力”條件下，分別考察界面張力和黏度對(duì)傳輸運(yùn)移能力的影響（表3）。在“等黏”（“配方1”和“配方3”）和“等界面張力”條件下，三元體系界面張力對(duì)傳輸運(yùn)移能力影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4。

從圖3可以看出，盡管兩個(gè)三元體系樣品黏度相同，但三元體系“配方3”注入壓差高于“配方1”，這與三元體系“配方3”中堿和表面活性劑濃度較高有關(guān)。隨堿和表面活性劑濃度增加，界面張力降低，三元體系與原油間乳化作用增強(qiáng)，附加滲流阻力增大[17-19]，這一現(xiàn)象在巖心后半部分水驅(qū)結(jié)束時(shí)表現(xiàn)尤其突出。

從圖4可以看出，盡管兩個(gè)三元體系樣品界面張力相同，但三元體系“配方4”注入壓差普遍高于“配方2”，這與三元體系“配方4”中聚合物濃度較高有關(guān)。隨聚合物濃度增加，聚合物滯留量增加，附加滲流阻力增大，注入壓力增幅較大。

3.4 ?液流轉(zhuǎn)向能力及其影響因素

三元驅(qū)（組成見(jiàn)表3）采收率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

從表4可以看出，在水驅(qū)采收率相同條件下，三元體系“配方1”～“配方4”最終采收率為59.2%、63.1%、65.5%和67.9%，采收率增幅為21.1%、24.7%、27.5%和29.7%。當(dāng)三元體系黏度相同時(shí)，三元驅(qū)采收率增幅隨界面張力降低而增大。當(dāng)三元體系界面張力相同時(shí)，三元驅(qū)采收率增幅隨黏度增加而增大。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，三元體系“配方1”與“配方3”相比較，后者界面張力較前者低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，但采收率僅提高了27.5%。三元體系“配方2”與“配方4”相比較，后者黏度較前者提高了24.5%，但采收率卻提高了16.3%。由此可見(jiàn)，三元驅(qū)采收率增幅對(duì)黏度敏感程度要強(qiáng)于界面張力。

從圖5可以看出，在水驅(qū)階段，隨注入PV數(shù)增加，高滲透層吸液量即分流率增加，中低滲透層減小。在三元驅(qū)初期和中期階段，隨注入PV數(shù)增加，高滲透層分流率減小，中低滲透層增加。在三元驅(qū)中后期，分流率值開(kāi)始發(fā)生反轉(zhuǎn)，后續(xù)水驅(qū)階段反轉(zhuǎn)現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。

三元體系“配方2”與“配方4”相比較，隨三元體系黏度增加，液流轉(zhuǎn)向能力增強(qiáng)，中低滲透層分流率增加。三元體系“配方1”與“配方3”相比較，隨三元體系界面張力降低，水相滲透率增加，剩余油飽和度降低，高滲透層洗油效率提高，滲流阻力減小，分流率增加。

3.5 ?驅(qū)油效果及其影響因素

3.5.1 ?黏度對(duì)驅(qū)油效果影響（等界面張力）

在三元體系與原油界面張力相同（近）條件下，黏度對(duì)采收率影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

從表5可以看出，在巖心非均質(zhì)性和界面張力相同條件下，隨三元體系黏度增加，三元驅(qū)采收率增大。黏度和界面張力相同時(shí)，隨巖心非均質(zhì)性加劇，水驅(qū)采收率降低，三元驅(qū)采收率增幅增加。

3.5.2 ?界面張力對(duì)驅(qū)油效果影響（等黏度）

在三元體系黏度相同（近）條件下，界面張力對(duì)采收率的影響見(jiàn)表6。

從表6可以看出，在巖心非均質(zhì)性和黏度相同（近）條件下，隨三元體系與原油間界面張力降低，洗油效率提高，采收率增幅增加。在三元體系界面張力和黏度相同（近）條件下，水驅(qū)采收率和采收率增幅隨巖心非均質(zhì)性加劇而減小。

4 ?結(jié) 論

（1）與強(qiáng)堿三元體系相比較，弱堿三元體系與原油間界面張力下降速度較慢，第45～60 d后界面張力才能下降到10-3 mN/m數(shù)量級(jí)。

（2）當(dāng)無(wú)因次濃度C/Co=0.4時(shí)，三元體系中表面活性劑與堿間無(wú)因次等濃距為1.5，表面活性劑與聚合物間為1.7，堿與聚合物間為0.2。由此可見(jiàn)，表面活性劑與堿和聚合物間色譜分離程度較重，堿與聚合物間較弱。

（3）在三元體系黏度相同條件下，隨堿和表面活性劑濃度增加即界面張力降低，三元體系與原油間乳化作用增強(qiáng)，附加滲流阻力增大，傳輸運(yùn)移能力變差。

（4）隨三元體系黏度增加，中低滲透層分流率增加，液流轉(zhuǎn)向能力增強(qiáng)。隨三元體系界面張力降低，高滲透層洗油效率提高，分流率增加，水相滲透率增加，剩余油飽和度降低，滲流阻力減小，液流轉(zhuǎn)向能力減弱。

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