三類油層弱堿三元復合體系動態驅油實驗研究

閆文華，姚振杰，石曉博，吳安東，潘文輝

(1.提高采收率教育部重點實驗室 東北石油大學，黑龍江 大慶 163318;2.中油遼河油田公司，遼寧 遼中，110206;3.中油河南油田公司，河南 南陽 473132)

引 言

20世紀80年代，堿/表面活性劑/聚合物三元復合驅成為提高采收率的新技術。目前，國內已有大慶、勝利、克拉瑪依油田和南陽油田進行了三元復合驅礦場試驗或工業化推廣應用［1］。三元復合驅礦場試驗大多采用強堿三元復合體系。強堿、表面活性劑及聚合物產生協同效應，堿與原油中的有機酸反應生成具有表面活性的石油酸皂，石油酸皂與表面活性劑相互作用，使三元復合體系產生超低界面張力。同時，堿可以降低表面活性劑和聚合物在油層孔隙中的吸附滯留，降低化學劑的損失。但堿的加入帶來了諸多不利影響，使三元復合體系黏度降低、溶蝕巖石骨架、地層結垢、卡泵、造成采出液處理困難等一系列問題。為減少強三元復合體系結垢和乳化給油田生產帶來的不利影響，對弱堿三元復合體系進行了研究［2］。

針對薩爾圖油田三類油層非均質性強、層間矛盾嚴重［3－4］的特點，選用弱堿三元復合體系進行實驗。弱堿三元復合體系驅油技術作為近年來發展起來的一種三次采油新技術，主要是通過改善水油流度比，增大波及體積;同時降低油水界面張力，提高洗油效率［5－8］。目前，關于弱堿三元復合體系驅油已有相關文獻報道［6－7］，但是關于三類油層實施弱堿三元復合體系開合體系開采報道鮮見。因此，對薩爾圖油田三類油層實行弱堿三元復合體系驅油實驗研究，其研究成果對于該油田的開發具有重要的指導意義。

1 實驗條件

(1)實驗儀器。包括FY－3型恒溫箱、平流泵、真空泵、壓力傳感器、電子天平、攪拌器、巖心夾持器、中間容器等。

(2)實驗化學劑。包括大慶煉化公司生產的3種聚合物(P620相對分子質量為620×104;P700相對分子質量為700×104，抗鹽;P1400相對分子質量為1 400×104)、石油磺酸鹽表面活性劑以及堿劑Na2CO3。

(3)實驗用水。實驗所用模擬水及驅替用水根據研究區塊地層水礦化度用蒸餾水人工配制，其礦化度為4 898.7 mg/L;配制弱堿三元復合體系采用清水或低壓污水配制，高壓污水稀釋;使用前分別經0.2 μm微孔過濾，除去雜質。

(4)實驗用油。為三廠聯合站出口原油和煤油按一定比例配制而成的模擬油，45℃時黏度為9.8 mPa·s，使用前經微孔濾膜過濾。

(5)實驗溫度為45℃。

(6)實驗巖心。根據大慶三類油層的物性特點選取有效滲透率分別為50 ×10－3、80 ×10－3、110×10－3μm2的 ?25 mm ×100 mm 柱狀人造巖心，組成三管并聯非均質巖心，用于驅油實驗。

(7)實驗方案。分別為:①分別在水驅含水率為85%、90%、95%、98%的時期，轉注弱堿三元復合體系進行驅油實驗;②水驅至含水98%以上，改變弱堿三元復合體系中主段塞的化學劑濃度進行驅油實驗;③水驅至含水98%以上，改變前置段塞、后續保護段塞的注入體積，進行不同段塞組合時的巖心驅油實驗。

2 實驗結果及分析

2.1 不同含水時機注復合體系對三類油層驅油效果的影響

選用相對分子質量為700×104抗鹽聚合物配制濃度為1 000 mg/L、活性劑濃度為0.3%、堿濃度為1.0%的弱堿三元復合體系，注入孔隙體積倍數為0.60，分別在水驅至含水率為85%、90%、95%、98%的巖心上進行驅油實驗(圖1)。

圖1 不同含水時機注聚驅油實驗綜合曲線

水驅至含水率分別為85%、90%、95%、98%時進行三元復合驅，化學驅采出程度依次為28.56%、26.34%、24.05%、21.96%，總采出程度依次為 65.42%、63.62%、62.02%、60.78%。對于三類油層，當含水率為85%時注入弱堿三元復合體系，化學驅采出程度及總采出程度最高。含水率為98%時，轉注弱堿三元復合體系化學驅采出程度及總采出程度最低。三類油層隨著轉注三元復合體系時含水率的升高，化學驅采出程度是逐漸減小的。

對于三類油層，在不同含水時機轉注弱堿三元復合體系，化學驅采出程度是不同的。轉注弱堿三元復合體系的時機越早，采收率越高，同時可以縮短開發時間。因此，三類油層實施弱堿三元復合體系驅油時，建議提前進行弱堿三元復合體系驅油，不僅可以提高采收率，而且可以縮短開采時間。

2.2 聚合物濃度對三類油層驅油效果的影響

本組實驗在保持段塞注入0.6 PV總體積不變，三元體系主段塞中表面活性劑和堿濃度分別為0.3%和1.0%，改變聚合物的濃度，進行驅油實驗(圖2)。

圖2 主段塞聚合物濃度對采出程度的影響

相對分子質量為700×104抗鹽聚合物配制的濃度分別為1 000、800、1 200 mg/L的三元復合體系主段塞，其化學驅采出程度分別是21.96%、20.53%、22.78%;相對分子質量為1 400×104聚合物配制的濃度分別為1 000、1 700、2 100 mg/L的三元復合體系主段塞，其化學驅采出程度分別是20.11%、21.62%、22.23%;相對分子質量為620×104聚合物配制的濃度分別為1 800、2 750、3 400 mg/L的三元復合體系主段塞，其化學驅采出程度分別是8.4%、11.8%、12.6%。無論哪種聚合物在弱堿三元復合體系中，當堿和活性劑的濃度不變而改變聚合物的濃度時，隨著聚合物濃度的增加，化學驅采出程度均是增大的。這是因為隨聚合物濃度的增加，弱堿三元復合體系的黏度是增加的，擴大波及體積的能力增強，因此三元復合體系采出程度就越高。

3種聚合物所配制的弱堿三元復合體系，在三管并聯模擬的非均質巖心上，均具有較好的驅油效果。相對分子質量為620×104聚合物的三元體系中聚合物濃度大于2 750 mg/L時，在水驅基礎上提高的采出程度大于11%;相對分子質量為700×104抗鹽聚合物和相對分子質量為1 400×104聚合物的三元體系在水驅基礎上提高的采出程度均在20%以上。對于三類油層，三元復合體系既發揮了擴大波及體積作用，又發揮了提高洗油效率的作用，是適合進行三元復合體系驅油的。

現場實施弱堿三元復合體系驅油時，應在保證超低界面張力、保證注入能力的前提下，盡量增加聚合物濃度，同時應該考慮注入成本的因素。建議三類油層實施三元復合體系驅油時，選用相對分子質量為700×104抗鹽聚合物時濃度不大于1 000 mg/L，相對分子質量為1 400×104聚合物濃度不大于1 700 mg/L，相對分子質量為620×104聚合物濃度不大于2 750 mg/L。

2.3 表面活性劑濃度對驅油效果的影響

實驗在保持段塞注入0.6 PV總體積不變，弱堿三元復合體系主段塞為1 700 mg/L的相對分子質量為1 400×104聚合物、堿濃度為1.0%，改變活性劑濃度分別為0.2%、0.3%及0.5%。

當活性劑的濃度分別為0.3%、0.2%、0.5%，其化學驅采出程度分別為21.62%、21.27%、22.31%。化學驅采出程度均隨著表面活性劑濃度的升高而增大。因為表面活性劑可以降低油水界面張力，達到超低界面張力，提高洗油效率。在弱堿三元復合體系中，當活性劑的濃度為0.2%和0.3%時，弱堿三元復合體系的界面張力較低，均達到了超低界面張力，符合三元復合體系洗油效率的要求。在驅油過程中，弱堿三元復合體系在巖心中運移時，化學劑會在巖石表面吸附、滯留，會降低化學劑的濃度，尤其是表面活性劑，可能優先吸附于巖石表面，降低弱堿三元復合體系的界面活性，同時考慮經濟效益，建議表面活性劑濃度選為0.3%。

2.4 注入方式對驅油效果的影響

實驗保證主段塞注入體積為0.3 PV(相對分子質量為1 400×104聚合物濃度1 000 mg/L、堿濃度為1.0%、活性劑濃度為0.3%)不變，用濃度為1 000 mg/L的相對分子質量為1 400×104聚合物溶液作前置段塞，用濃度為500 mg/L的相對分子質量為1 400×104聚合物溶液做后續保護段塞。分別改變前置段塞注入體積為0.05、0.10、0.20 PV，后續段塞不變;改變后續段塞注入體積為0.05、0.01、0.20 PV，前置段塞不變。

當保證主段塞注入體積為0.3 PV、后續段塞注入體積為0.1 PV不變，用濃度為1 000 mg/L的相對分子質量為1 400×104聚合物溶液做前置段塞，分別改變前置段塞注入體積0.05、0.10、0.20 PV，化學驅采出程度分別為18.27%、19.35%、20.11%。隨著前置段塞注入體積的增大，化學驅的采出程度是逐漸增大的。聚合物前置段塞，一是對實際三類非均質油層起到了調剖作用，降低了油層的非均質嚴重程度，二是聚合物的預稀釋和預吸附滯留作用，減緩了后續弱堿三元復合體系中堿、表面活性劑和聚合物濃度下降速度，弱化了弱堿三元復合體系驅替前緣過渡帶無效驅替現象。前置段塞對滲透率較高層位起調剖作用，降低弱堿三元復合體系主段塞的化學劑的吸附損失，因此前置段塞應該具有一定的黏度，至少應高于主段塞的黏度，然后盡量增大其注入體積。

當主段塞注入三元復合體系為0.3 PV、前置段塞注入體積為0.1 PV保持不變，后續保護段塞注入體積分別為0.05、0.10、0.20 PV時，化學驅采出程度分別是19.11%、19.35%、19.63%。當后續保護段塞的注入量改變時，隨著后續保護段塞體積的增大，其化學驅的采出程度是逐漸增大的。因為后續保護段塞主要是為了保護復合體系主段塞不被后續水驅快速突破，不降低化學劑的濃度而設計的，目的是充分發揮其化學藥劑的協同作用，提高原油采出程度。因此，在條件允許的情況下，可以適當增大后續保護段塞的注入體積。

3 結論及建議

(1)對于三類油層，水驅轉注三元復合體系的時機越早，采收率越高。建議三類油層實施弱堿三元復合體系驅油時，提前進行弱堿三元復合體系驅油，不僅可以提高采收率，而且可以縮短開采時間。

(2)三類油層實施弱堿三元復合體系驅油時，主段塞聚合物濃度越高，表面活性劑濃度越高，化學驅采出程度越大。

(3)注入聚合物前置段塞的體積越大、聚合物后續保護段塞注入體積越大，化學驅采出程度越高。考慮經濟效益的同時，對于三類油層盡量增大前置段賽和后續保護段賽的注入體積。

(4)對于三類油層，弱堿三元復合驅是可行的。相對分子質量為620×104聚合物的三元復合體系中聚合物濃度大于2 750 mg/L時，在水驅基礎上化學驅采出程度大于11%;相對分子質量為700×104(抗鹽)和相對分子質量為1 400×104聚合物的三元復合體系在水驅基礎上化學驅采出程度均大于20%。

［1］黃志雙.弱堿三元復合體系性質及其影響因素［J］.大慶石油學院學報，2008，32(3):18－21.

［2］吳贊校，石志成，侯曉梅，等.弱堿替代強堿的三元復合驅研究［J］.日用化學品科學，2008，31(11):33－37.

［3］趙國.大慶油田三類油層聚合物驅的合理注采比［J］.大慶石油學院學報，2008，32(1):108－111.

［4］趙國.二、三類油層合理開發次序的數值模擬［J］.大慶石油學院學報，2008，32(1):112－115.

［5］王成勝，黃波，易飛，等.渤海SZ36－1油田締合聚合物黏度損失研究［J］.石油鉆采工藝，2010，32(5):82－85.

［6］張曉華.阻力系數對聚合物驅油效果的影響［J］.特種油氣藏，2011，18(3):81 －83.

［7］胡小冬，唐善法，葛林文，等.陰離子雙子表面活性劑GA8－4－8油水界面張力研究［J］.油氣地質與采收率，2011，18(6):67 －69.

［8］丁偉，李安軍，于濤，等.烷基芳基磺酸鹽結構對原油－表面活性劑－堿體系油－水界面張力的影響［J］.石油學報，2010，26(1):36.