三元復(fù)合驅(qū)表面活性劑梯度降濃注入方式優(yōu)化措施

馬立濤

（大慶油田化工有限公司東昊分公司表活劑廠，黑龍江大慶 163411）

1 三元復(fù)合驅(qū)表面活性劑梯度降濃注入方式的相關(guān)實(shí)驗(yàn)

在本次實(shí)驗(yàn)中，選擇的是弱堿石油硫酸鹽形式的復(fù)合體系進(jìn)行靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，其主要的組成部分是質(zhì)量濃度為1 800mg/L 的聚合物、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的堿以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的表面活性劑，通過換砂不換液以及換液不換砂的方式進(jìn)行靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，對不同段塞位置上的表面活性劑進(jìn)行損耗規(guī)律分析。選擇弱堿石油磺酸鹽形式的復(fù)合體系進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)吸附以及驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)，其中，聚合物的濃度為1 800mg/L，堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%，靜態(tài)、動(dòng)態(tài)以及驅(qū)油模擬實(shí)驗(yàn)中的表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.35%、0.30%以及0.25%[1]。

1.1 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

在通過換砂不換液的形式對三元段塞前端進(jìn)行吸附情況模擬的過程中，三元復(fù)合體系和油砂需要混合在一起，然后放置到錐形瓶內(nèi)，其固液比為9:1。在轉(zhuǎn)速為120r/min、溫度為45℃的恒溫?fù)u床中振蕩48h，在靜置之后，溶液和砂便會分離。對于分離之后的溶液，應(yīng)和新的油砂重新按上述步驟進(jìn)行混合實(shí)驗(yàn)。

在完成了每一次吸附實(shí)驗(yàn)之后，都需要借助于兩相滴定的方式對溶液內(nèi)的表面活性劑濃度進(jìn)行檢測，檢測中，將二氯甲烷以及酸性混合指示劑接入到溶液中，再將海明滴加其中，按照指示劑具體的衍射變化情況來進(jìn)行滴定終點(diǎn)判斷，這樣便可實(shí)現(xiàn)表面活性劑的濃度確定[2]。借助于界面張力儀，可對被測溶液和原油之間的界面張力進(jìn)行檢測。

1.2 動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

對貝雷巖心做12h 的抽真空處理，使模擬水飽和，分別通過不同的三元體系進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)：①通過質(zhì)量濃度為1 800mg/L 的聚合物、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的堿以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的恒定表面活性劑組成的三元體系進(jìn)行9PV 的連續(xù)驅(qū)替；②通過質(zhì)量濃度為1 800mg/L 的聚合物、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的堿以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.35%、0.30%、0.25%的表面活性劑所組成的三元體系進(jìn)行3PV 的驅(qū)動(dòng)，然后再做水驅(qū)[3]。對采出液內(nèi)所含有的表面活性劑濃度進(jìn)行檢測，以此來確定損耗。

1.3 物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

對貝雷巖心做12h 的抽真空處理，使模擬水以及模擬油飽和，通過模擬水來驅(qū)替巖心，一直到含水量為98%為止，然后將0.3PV 的三元段塞注入，再將質(zhì)量濃度損耗1 400mg/L 的0.2PV 聚合物保護(hù)段塞注入，再進(jìn)行水驅(qū)，使其含水量達(dá)到98%。

2 三元復(fù)合驅(qū)表面活性劑梯度降濃注入方式與優(yōu)化分析

2.1 三元復(fù)合體系靜態(tài)吸附及其優(yōu)化分析

表1是兩組靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)過程中的表面活性劑濃度情況。

表1 兩組靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)過程中的表面活性劑濃度情況

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在三元復(fù)合體系的地下運(yùn)移中，因?yàn)槎稳岸怂佑|的均為沒有吸附的新油砂，所以其表面活性劑具有較大消耗，因此需適當(dāng)將其濃度提高；而在后續(xù)的段塞中，表面活性劑并沒有之前消耗的多，因此其濃度可適當(dāng)降低?；诖?，便可提出一種梯度降濃形式的注入方式，也就是按照三個(gè)0.1PV 對0.3PV 這一三元段塞進(jìn)行劃分，其表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.35%、0.30%以及0.25%，其聚合物質(zhì)量濃度均為1800mg/L，堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為1.2%。通過換砂不換液的形式對三元段塞中的前端進(jìn)行模擬，并對其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.35%以及0.30%條件下的表面活性劑所具有的抗吸附性能進(jìn)行對比分析。通過換液不換砂的形式對表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%和0.25%條件下的三元體系以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%且保持恒定的三元體系進(jìn)行吸附性能的對比分析。

經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，在通過質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35%的表面活性劑進(jìn)行了三次吸附之后，活性劑在溶液內(nèi)的濃度依然可達(dá)到0.16%，這樣便可實(shí)現(xiàn)段塞前端的進(jìn)一步擴(kuò)大，使其張力距離可以達(dá)到超低界面，這對于驅(qū)油效果的提升十分有利。對于段塞中部應(yīng)用的表面活性劑，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)初始值是0.30%，在梯度降濃法的應(yīng)用中，經(jīng)過了三次吸附之后，其表面活性劑的濃度達(dá)到了0.15%，比質(zhì)量分?jǐn)?shù)恒定為0.30%情況下的濃度高0.02%。對于段塞后部，在梯度降濃法的應(yīng)用中，經(jīng)過了三次吸附之后，其表面活性劑的濃度達(dá)到了0.11%，比質(zhì)量分?jǐn)?shù)恒定為0.30%情況下的濃度低0.05%。之所以會出現(xiàn)這樣的情況，主要是因?yàn)檫@一階段表面活性劑具有較低的初始濃度，具體驅(qū)替中，這一階段可通過段塞前端所形成的油墻來提升采收率[4]。

2.2 表面活性劑不同注入方式動(dòng)態(tài)吸附及其優(yōu)化分析

實(shí)驗(yàn)中，分別通過恒定濃度以及梯度降濃法將9PV 形式的三元體系注入，然后實(shí)施水驅(qū)。圖1是注入體積和采出液內(nèi)的表面活性劑含量變化關(guān)系圖。

圖1 注入體積和采出液內(nèi)的表面活性劑含量變化關(guān)系圖

在該體系內(nèi)，聚合物質(zhì)量濃度始終控制在1 800mg/L，堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)始終控制在1.2%。在通過恒定濃度進(jìn)行注入時(shí)，表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)恒定為0.30%；在通過梯度降濃法注入時(shí)，分別按照0.35%、0.30%以及0.25對表面活性劑進(jìn)行質(zhì)量分?jǐn)?shù)的控制。在通過梯度降濃法將9PV 形式的三元體系注入之后，表面活性劑在采出液中的濃度上升峰十分顯著，這樣的情況也讓靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)過程中的表面活性劑具有脫附現(xiàn)象這一推斷得到了進(jìn)一步的證實(shí)。在脫附現(xiàn)象發(fā)生之后，表面活性劑將會進(jìn)入到后續(xù)的段塞中，以此來實(shí)現(xiàn)其濃度的進(jìn)一步補(bǔ)償，通過這樣的方式，便可讓梯度降濃法所能作用到的界面張力距離保持最低。

2.3 各種注入方式中的驅(qū)油效果對比分析

分別通過恒定濃度以及梯度降濃法對驅(qū)油進(jìn)行物理模擬實(shí)驗(yàn)。表2是具體的實(shí)驗(yàn)方案。

表2 恒定濃度以及梯度降濃法驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)方案

在通過該方案進(jìn)行驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)之后，獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 恒定濃度以及梯度降濃法驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過本次驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，第二種方案中通過梯度降濃法進(jìn)行表面活性劑注入，會比水驅(qū)動(dòng)條件下的采油率提升28.62%；而相比較第一種方案中通過濃度恒定法進(jìn)行表面活性劑注入而言，其采油率提升了0.91%。

通過實(shí)驗(yàn)觀察和進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在前端注入的三元體系為0.1PV，其表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0.35%，因表面活性劑的濃度較高，對于油墻的形成更加有利，且能夠降低原油與油砂作用所造成的表面活性劑大量損耗情況；中間注入的三元體系為0.1PV，其中的表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0.30%，該體系可以讓洗油效果維持在較高的狀態(tài)，雖然后續(xù)段塞中的0.1PV三元體系內(nèi)的表面活性劑出現(xiàn)了濃度降低情況，但是依然可以實(shí)現(xiàn)采油率的提升，并在化學(xué)劑用量相同的條件下實(shí)現(xiàn)三元復(fù)合驅(qū)效果的良好改善。

圖2、圖3是本次實(shí)驗(yàn)中的恒定濃度注入法條件下的采收率、含水率隨注入體積變化情況以及梯度降濃注入法條件下的采收率、含水率隨注入體積變化情況。

圖2 本次實(shí)驗(yàn)中的恒定濃度注入法條件下的采收率、含水率隨注入體積變化情況

圖3 本次實(shí)驗(yàn)中梯度降濃注入法條件下的采收率、含水率隨注入體積變化情況

通過上述的變化情況可見，在通過梯度降濃法進(jìn)行表面活性劑注入的情況下，三元體系可以讓驅(qū)替壓力大幅度上升，且會進(jìn)一步延長其持續(xù)時(shí)間，其含水量下降很快，降幅也十分顯著，尤其是在注入段塞階段中，原油的采收率更高。

在本次實(shí)驗(yàn)的第三種方案中，三元體系內(nèi)的表面活性劑濃度被提升到了0.40%，相比較恒定濃度法條件下的表面活性劑注入而言，該方案可使采收率提升2.53%。但是經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在該方案的應(yīng)用過程中，其表面活性劑的用量比恒定濃度注入條件下的用量提升了33%。

如果按照地質(zhì)儲量是100×104t 來計(jì)算，當(dāng)三元主段塞中所含有的表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%的情況下，二類B 油層中的復(fù)合驅(qū)采收率將會提升16%，而在通過梯度降濃法注入表面活性劑的條件下，其采收率將會進(jìn)一步提升0.91%。在這樣的情況下，每噸原油開采過程中可節(jié)約4.76%的化學(xué)劑成本。如果三元復(fù)合體系內(nèi)的表面活性劑濃度為0.40%，每噸原油開采過程中可節(jié)約2.17%的化學(xué)劑成本。

3 結(jié)論

在通過三元復(fù)合驅(qū)的形式進(jìn)行原油開采的過程中，三元體系內(nèi)的表面活性劑注入方式會對采油率產(chǎn)生一定程度的影響。通過實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，相比較恒定濃度注入而言，梯度降濃注入形式的三元體系會讓采油率實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的提升。而在此過程中，三元體系內(nèi)的表面活性劑初始濃度也會對采油率以及原油開采經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生一定影響，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，對于普通的油田而言，將三元體系內(nèi)的表面活性劑初始濃度值控制在0.30%左右，便可使其發(fā)揮出充分優(yōu)勢。