化學驅替劑的研究進展

程光明， 陳 超， 盧珊珊，張金輝， 潘 一， 付洪濤， 王怡茹

（遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

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化學驅替劑的研究進展

程光明， 陳 超， 盧珊珊，張金輝， 潘 一， 付洪濤， 王怡茹

（遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

摘 要：化學驅是一種重要的提高采收率方法，在國內外均有廣泛應用。介紹了國內外化學驅油的研究與應用現狀， 根據使用化學驅替劑的不同，將化學驅油劑分為聚合物驅替劑、表面活性劑驅替劑、堿驅替劑以及復合驅替劑等。綜述了各種方法驅替劑的特點，使用情況，以期為相關的研究提供借鑒。

關 鍵 詞：化學驅；聚合物驅；表面活性劑驅；堿驅；復合驅

原油采收率［1］是指從油藏采出的量中可采儲量占原始石油地質儲量的百分比。砂巖油田進入高含水階段，原油產量逐年遞減，注水矛盾日益突出，采用的措施潛力變得不足，效果變差，腐蝕、套變等系統設施的問題嚴重，水驅驅油難度增大，從而采收率降低。為解決上述問題，國內外很多專家使用化學驅替劑增加采油率的可行性。研究表明，聚合物驅替劑可以提高驅油液的粘度，減小驅油的流度比；表面活性劑驅替劑降低油水界面張力提高驅油效率； 堿水驅替劑降低界面張力、乳化原油、溶解油水界面上的剛性界面膜、改變巖石潤濕性等機理，降低殘余油。

1 聚合物驅替劑

聚合驅是通過聚合物來增加注入的驅油液的粘度，使得流度比減小，進而提高采油率。同時，聚合物在驅油過程中還可以起到調剖的作用，因此受到了廣大學者的關注。目前，各種類型的聚合物驅替劑被應用到礦場等場所進行實地試驗，例如，聚合物凝膠、締合聚合物等。CIPR［1］等在研制聚合物的研究方面取得進展，Alagic和Skauge最近的出版物結果顯示，從低鹽度以上表面活性劑（LS-S）注入低鹽度表面活性劑解決方案顯示II型，鹽水化學和表面活性劑添加合并后的結果使原油采收恢復OOIP 20%～30%的增量，并通過驅替劑實驗研究了低鹽度聚合物的綜合效應。 聚合物使用HPAM和聚合物濃度減到很低導致鹽水注入粘度很小。但是它對原油采收率影響明顯。綜上所述。 該研究注入的聚合物所提高原油采收是階段性的，只是效果較聚合物三次注射好，但仍有待改善。Wever， Diego A. Z.［2］等利用研制的新型聚合物驅替劑Comblike 聚丙烯酰胺驅劑通過評估巖心滲流實驗和過濾測試來考查它的吸水特性。分支PAM的數量對濾過率來說幾乎沒有影響。在鹽水方案中，分支PAMs的溶液粘度與線性類似物相等，但分支PAM的采油量是同等聚合物的3倍。聚丙烯酰胺驅劑使用分支PAM代替線性的（5.0 OOIP）以上的比例提高了1.5%。 低分子量和高增稠能力的支化PAMs使他們適合應用于采油。 綜上所述，此種聚合物驅替劑在提高采油方面僅適合三次采油，尤其是針對低滲透儲層。 且效果是通過模擬分析得出，實際情況有待研究。 張書棟［3］等通過室內試驗研究了新型疏水締合聚合物的特性，并對其驅油機理及效果進行評價。結果表明，與常規聚合物相比，新型疏水締合聚合物在高鹽高溫條件下的增黏能力和驅油效果好，實驗表明對Ⅲ類高溫高鹽油藏，該新型聚合物驅替劑能滿足提高原油采收率的要求。但該種聚合物的開發研究僅僅處在室內研究階段，在實際油田區域的開采效果有待進一步研究。付京［4］等考慮稠油聚合物的的諸多因素，分析研究了聚合物驅替劑溶液對驅油效果的影響。結果表明在在聚合物溶液波及范圍內，聚合物溶液彈性一定的情況下，注入量越大，注采井間的速度越大，驅替效果越好。當聚合物溶液的注入的量一定時，注采井間速度隨彈性增大成上升趨勢，因而，驅替效果變好。在孤島油田條件下，祝仰文［5］等通過實驗研究了地層滲透率、水油黏度比、聚合物用量三個主要影響聚合物驅效果的條件，并且分析與優化了聚合物驅的基本參數。結果表明，地層滲透率為2.0 μm2時，采收率最佳；當原油黏度為50.7 mPa·s時聚合物驅油劑的水油黏度比在0.06 到0.6之間波動；水驅后期注入聚合物段塞，濃度達到3 000 mg.L-1時提高采油率十分明顯，而濃度不變，段塞體積增大采收率升高。Cui Zhenggang［6］等通過對N -（3-Oxapropanoxyl）十二酰胺實地測試，表明N-（3-Oxapropanoxyl） 十二酰胺作為一種純化合物，也是一種EO數分布窄的同系物構成的混合物，可以由月桂酰氯與二甘醇胺的反應合成，正在進行表面活性劑驅的適應性的檢測。研究發現當與堿混合時，這兩種產品可以減少45 ℃時水界面的張力：1×10-3-1×10-4mN/m表面活性劑濃度范圍為0.01～0.5%（wt）。測試表明， 三次采油（18.6±0.4）% OOIP可以采用以上表面活性劑驅與N-（3-Oxapropanoxyl） 十二酰胺，而且不需添加任何堿性劑和中性電解液。（N）- 3-Oxapropanoxyl 十二酰胺非離子表面活性劑，沒有濁點，即使在缺乏堿性劑的情況下也十分有效，是一種理想的表面活性劑。該驅替劑不需添加任何堿性劑和中性電解液，并且材料可生產，工業來源再生。

從文獻調研中發現，聚合驅是通過聚合物來增加注入的驅油液的粘度，使得流度比減小，進而提高采油率。因此，聚合物驅替劑對原油開采有著廣泛的應用前景。

2 表面活性劑驅替劑

表面活性劑驅是在水中加入表面活性劑（通常是石油磺酸鹽），這樣可以充分降低油與水界面的張力，從而提高原油的采收率。活性水驅和膠束驅是表面活性劑驅替的兩種主要方法。對于活性水驅方法，實驗時加入活性劑的量小，由此導致的界面張力減小的效果不是很明顯，由于活性水孔喉的濕潤性，利用乳化原油的原理，充分減少了殘余油的量。膠束驅是指由活性劑與水、電解質以及醇類助劑等共同構成成膠束溶液，并用該溶液與原油層混合在一起，溶解度增加，使油水界面消失，提高了原油的采收率。劉平德［7］等基于單體的分子結構與性質的關系研制了兩種類型的油/水界面張力較低的可聚合單體，其利用復雜的引發劑，在較低的聚合溫度下，制成了聚合丙烯酰胺。結果表明，該聚合物驅油劑具有良好的水溶性，稠化性能、抗鹽性和耐熱性，在鹵水中的抗剪強度。由于丙烯酰胺的接枝聚合，聚合物克服了色譜分離效應，降低了油/水界面張力。實驗表明，新型表面活性聚合物的效率高于普通水解聚丙烯酰胺5.2%以上。驅替劑該更好的稠化性能，能夠降低油/水界面張力。在一個高壓釜磺化反應器中，大慶煉油廠［8］使用糠醛抽出油作為原料，磺化劑（120%）為發煙硫酸，制備石油磺酸鹽（PS）。表面活性劑驅替劑石油磺酸鹽用反應溫度60 ℃，脂肪酸的比例0.45：1為最佳合成條件，控制其活性成分，PS收益率為45.1%～48.2%。在低劑量條件下，通過添加PS有效減少水相和原油之間的界面張力。該表面活性劑制取經濟消耗較大，條件較復雜，在提高原油采收率上仍需改進。岳普［9］等在實驗室合成了一種新型的不含堿羥的磺基三甲銨乙內酯表面活性劑，可用于目標油藏開發。而且界面張力性質，乳化能力都被系統的研究。最后，對儲層的天然巖心驅系統內核的二元驅油能力進行了考核。實驗結果表明，目標油藏的實際情況下，總鹽度在4 694 ～ 24 270 mg/L之間，溫度在50 ℃，0.15%的聚合物質量分數可能達到超低界面張力。但上述的表面活性劑/聚合物二元體系很容易乳化原油。驅替實驗表明采油注水后提高了15%。這些都說明，羥基磺基三甲銨乙內酯表面活性劑在未來采油中有很好的應用前景。針對長6油層，李憲文［10］等在室內展開實驗進行模擬，模擬通過利用水驅滲透率不等的天然巖心，而后利用表面活性劑驅替來觀察其對驅油效果的影響。實驗結果顯示：表面活性劑驅可以有效地提高原油采收率，平均提高原油收率大約8%。表平均采收率為8.16%，大致范圍是7.18%～9.14%。而滲透率不同的天然巖心中，水驅采收率值隨巖心滲透率的增大而增高，相比之下表面活性劑驅的驅油效果稍差。但表面活性劑水驅后期出現了一定程度的乳化。Chen， Shuyan［11］等表面活性劑為了滿足表面活性劑-堿-聚合物驅替劑的需要，成功地通過反應合成了酒精聚環氧丙烷醚聚氧乙烯醚羧化物。新疆原油和水之間的界面張力在短時間內可以在28.7 ℃降到0.4%（wt）的超低水平。結果表明該表面活性劑配方可以提高新疆儲層條件下的石油采收效率。針對五里灣一區的儲油特點，楊棠英［12］等在室內實驗室研制了雙分子表面活性劑CYB-1這一新型驅油劑，并針對該活性劑進行了性能評價。使用該活性劑預測采收率可提高6.3%。結果表明在五里灣油藏中表面活性劑CYB-l及注入參數具有一定的適應性，增油降水效果較好。試驗后試驗區水驅開發指標得到明顯改善，年自然遞減率由8.26%下降到4.64%，綜合含水上升率由2.51%下降至0.89%，可采儲量增加。

綜合國內外很多學者對表面活性劑驅油的研究發現，表面活性劑驅替劑通過降低界面張力，聚并形成油帶，改變原油流變性等顯著提高了原油采收率。

3 堿水驅替劑

堿水驅替劑是在油層中注入水和碳酸鈉，氫氧化鈉等堿性物質，作用使油水層張力減小，原油被乳化，有效降低殘余油飽和度，提高原油采收。劉曉玲［13］等對黏度為325 mPa·s溫度為55 ℃的普通稠油進行堿驅研究，建立了質量比為1：1的碳酸鈉與氫氧化鈉的復配堿體系。實驗表明，油包水乳狀液是堿基主動向原油中滲透，它只是一種表觀現象；隨著復合堿濃度的提高，波及系數逐漸變大，堿液滲入原油的能力逐漸變強。結果表明通過對不同質量分數復合體系進行微觀物理模擬，與水驅相比，堿驅在提高波及系數方面作用明顯，同時隨堿劑質量分數升高，波及系數增加。為進一步探究堿驅提高驅油效果，裴海華［14］等應用物理和數字模擬對堿性驅替劑和稠油進行填砂管驅油實驗。裴海華等測定該堿性驅油劑和該稠油的界面張力，得出實驗的數據，最后分析評價效果。結果表明，堿性驅油劑濃度增大，壓力降增大，生成油包水乳狀液，水相的流動阻力變大，波及油層面積增大，稠油采收率升高。

堿水驅中堿的流度比的控制和消耗量是非常關鍵的。注入堿水之前加一個犧牲段塞可以有效降低堿耗。堿水驅與聚合物驅同時使用，可以更有效地改善流度比。堿水驅替劑主要是與酸性基反應，所以輕質油藏和重質油藏都可用該方法。粘土增加堿的吸附損失，粘土含量低的油藏采用堿水驅較好。堿水驅成本較其他驅替方法低，適合原油開采，與聚合物驅復合可以有效降低殘余油量，增大波及效率。

4 復合驅替劑

就當前化學驅的發展前景來看，單一的表面活性劑驅、聚合物驅和堿驅以不能滿足現代采油要求，彼此相互結合協同作用被更加看好。各種類型的驅油劑作用在一起出現協同效應，這種作用效果使復合在一起的驅油劑濃度較小時油水界面張力也很低，這遠遠強于單一驅油劑的作用。堿，表面活性劑，聚合物是復合驅油劑的主要成分，方式，用量不同驅替效果亦不同。Qu， Wen-Chi［15］針對在低滲透儲層存在大量嚴重的非均質性裂縫水竄問題，實驗研究出了聚合物微球（聚丙烯酰胺微球）/表面活性劑（酰胺產品表面活性劑）復合驅替劑，并對該復合驅替劑進行了兼容性和驅油評估。結果表明，表面活性劑和聚合物微球是兼容的， 兩溶液均為2g/L的0.3 PV表面活性劑與0.4 PV聚合物微球復合在一起組成復合噴射系統。該復合驅替劑可以提高采收率15%以上。但該復合驅替劑的驅替效率仍需要進一步優化，考慮更多的影響因素，對其驅油機理需進一步研究創新，聚合物微球/表面活性劑復合驅適用于低滲透裂縫油藏。Abhijit Samanta［16］等進行了實驗來檢查堿表面活性劑和聚合物的相互作用對ASP驅的影響的研究。一系列測試在填砂系統進行驅油實驗中證明它對ASP體系提高采收率的有效性。在常規水驅回收效率達23%～33%。基于實驗數據和不同化學物質的相對成本，堿的濃度范圍內（0.7%～1%，質量分數），聚合物（1 500× 10-6～-2 500×10-6）和表面活性劑（0.2%（wt））為ASP驅的最優方案。結果表明堿與聚合物溶液優化了油藏中油水間的界面張力。嚴曦［17］等人通過模擬實驗觀察段塞、注速以及滲流距離對分離程度的影響。實驗結果顯示，段塞尺寸越大，注速越小，色譜分離效應越小，驅替效果越好。結果表明聚合物，表面活性劑復合驅替劑效果良好。徐子健［18］等人對堿、表活劑和聚合物組成的三元復合驅替劑的驅油進行研究。采用三維井網模型對地層進行模擬，實驗中前300 h時進行水驅，后續則采用三元復合驅來提高采收率，實驗研究發現，改用復合驅后，采出的線斜率增加，采出率且明顯提高。 分析結果得到，聚合物可擴大波及范圍，堿及表面活性劑可使油發生乳化，從而使藥劑突進受到抑制。 李柏林［19］等人通過對大慶油田三元驅的礦場試驗結果，對化學劑在巖石上的吸附滯留量與巖石組成和結構的關系進行研究。 結果顯示，二類油層的孔隙度較大，與一類油層相比，水驅效率較低，且化學劑滯留現象明顯。油層中粘土含量大也會導致化學劑滯留現象明顯。劉奎［20］等針對非均質中高原油滲透層的一些缺點研制了黏度在20～60 mPa·s的高黏性驅油劑，但此驅油劑需在界面張力低的情況下才起作用，地層含水率達到91%以上時，該高黏性驅油劑效果明顯，可提高效率10%以上。

三元復合驅的成功實際應用使油藏開采進入了新階段，利于緩解當前原油緊張的局勢。但復合驅的研究仍處于開發階段，驅替劑配方、早期油藏開采后殘余油帶的處理等很多問題有待高新技術的支持改進與優化。總而言之，復合驅替劑有極好的應用開發前景，我國采油技術仍處在發展階段，對復合驅替劑的研究應該推廣并創新。

5 結 論

化學驅油在石油開采中具有越來越重要的地位，化學驅對增加石油采收率有著很好的效果。尤其是復合驅在進行應用時，起到了很好的提高采收率的效果。經過長期的應用于研究，化學驅替的各種方法已經日趨成熟，但各個方法仍存在缺點和不足。首先，如何獲得生產成本低、開采率高、原料利用率高、方法缺陷少的研制方法還需進一步深入研究；其次，一些制備方法的機理還不夠成熟。綜上所述，驅替方法的改進和創新研究仍然是目前的研究重點，隨著更多研究人員的深入研究，驅替劑研制的方法將會越來越成熟以及多樣化，化學驅將在石油開采中發揮更大的作用。

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石油化工

Research PROGRESS of Chemical-flooding Agents

CHENG Guang-ming， CHEN Chao， LU Shan-shan， ZHANG Jin-hui， PAN Yi， FU Hong-tao， WANG Yi-ru
（Liaoning Shihua University， Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract:Chemical-flooding is an important EOR method， and it has been widely used at home and abroad. In this paper， research status and application of domestic and foreign chemical flooding were introduced. Chemical flooding agents can be sorted into the polymer flooding agent， surfactant flooding agent， alkaline flooding agent and so on. At last， characteristics and application situation of different agents were summarized.

Keyword:Chemical-flooding； Polymer flooding； Alkali flooding； Surfactant flooding； Compound flooding

中圖分類號：TE 39

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）02-0383-04

基金項目：遼寧省大學生創新創業訓練計劃項目（省級201510148045）。

收稿日期：2015-08-30

作者簡介：程光明（1995-），男，遼寧省鐵嶺市人，研究方向：石油工程專業學生。

通訊作者：潘一（1976-），男，副教授，博士，研究方向油氣田開發。