弱堿三元體系性能特征及其影響因素研究

摘 ?????要：針對大慶油田弱堿三元驅工業化推廣應用中存在問題和實際需求，進行了弱堿三元體系影響因素研究及其性能特征評價。結果表明，與強堿三元體系相比較，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數量級。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，附加滲流阻力增大，傳輸運移能力變差。隨三元體系黏度增加，中低滲透層分流率增加，液流轉向能力增強。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，液流轉向效果變差。在巖心非均質性和界面張力相同條件下，隨三元體系黏度增加，三元驅采收率增大。在巖心非均質性和黏度相同條件下，隨界面張力降低，三元驅洗油效率提高，采收率增幅增加。在黏度和界面張力相同條件下，隨巖心非均質性加劇，水驅采收率降低，三元驅采收率增加。

關 ?鍵 ?詞：大慶油田;弱堿三元體系;性能特征;物理模擬;機理分析

中圖分類號：TE357 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 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”三元驅以其采收率增幅較大、技術比較簡單而受到油田開發工作者重視，國內大慶、勝利、新疆和遼河等油田已經或正在進行三元驅礦場試驗或工業化推廣應用，增油降水效果很明顯，經濟效益很好[1-4]。大慶油田前期已經完成的三元驅礦場試驗多為強堿三元驅，強堿NaOH與原油中膠質作用生成活性物質并與表面活性劑形成協同效應[5]，使三元體系與原油間界面張力很快達到10-3 mN/m數量級。在前期三元驅工業化試驗過程中，采出液乳化和生產系統結垢問題一直制約著該項技術大規模應用[6-8]。近年來，為減少采出液乳化和結垢給油井生產帶來的不利影響，通常采取井底點滴破乳劑和防垢劑，但效果不佳。為減少結垢給油田生產帶來不利影響，弱堿三元體系研究和礦場應用開始受到廣泛重視[9-11]。針對油田生產實際需求，本文通過物理模擬和化學分析等技術手段，以大慶薩北油田儲層地質和流體為對象，研究了弱堿三元體系性能特征及其影響因素，這對改善弱堿三元驅油效果具有重要理論和應用價值。

2 ?實驗條件

2.1 ?實驗材料

聚合物為中國大慶煉化公司生產部分水解聚丙烯酰胺，相對分子質量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，由中國石油大慶煉化公司生產，有效含量為50%。

實驗用水為生產污水，水質分析見表1。

2.2 ?實驗儀器

采用美國LVDV-Ⅱ+PRO布氏黏度計測試黏度。用“0”號轉子測試黏度，測試范圍為0-100 mPa·s，當黏度大于100 mPa·s時用“1”號轉子進行測試。采用STX-500H型界面張力儀進行界面張力測試。驅油效果實驗儀器設備包括平流泵、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。

實驗步驟：在室溫條件下，地層水通過抽真空方式飽和進模型，通過質量差計算模型孔隙體積; 45 ℃恒溫箱內巖心飽和模擬油，通過出液量計算含油飽和度; 45 ℃恒溫箱內巖心水驅到含水率90%，獲得水驅采收率;?45 ℃恒溫箱內，三元驅和后續水驅到含水率98%，計算采收率。

3 ?結果分析

3.1 ?界面張力及其影響因素

三元體系與原油間不同時刻界面張力測試結果見圖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數量級。隨放置時間增加，界面張力逐漸下降。當測試時間在45～60 d范圍內時，大部分三元體系樣品界面張力下降到10-3 mN/m數量級。由此可見，石油磺酸鹽與弱堿間化學反應速度較低，需要較長時間才能完成反應。

3.2 ?色譜分離現象及其影響因素

當三元體系在多孔介質內運移時，由于堿、活性劑和聚合物滯留特性存在差異，因而它們在運移方向上損失量存在差異，形成差速運移現象稱為色譜分離現象[12-14]。三元體系色譜分離會破壞體系完整性，削弱堿和表面活性劑間協同效應。目前，通過無因次突破時間和無因次等濃距等參數來描述三元體系色譜分離現象嚴重程度，無因次突破時間是采出液中最早檢測到某種化學劑時所對應PV數，無因次等濃距是采出液中兩種化學劑達到相同無因次濃度時所對應PV數之差。三元體系中各組分無因次突破時間愈接近，無因次等濃距愈小，色譜分離程度就愈弱。

三元體系巖心驅替實驗過程中采出液藥劑無因次濃度C/Co與PV數關系見圖2。

從圖2可以看出，堿和聚合物幾乎在同一時刻發生突破。與堿和聚合物相比較，表面活性劑突破時間嚴重滯后，表明堿、聚合物和表面活性劑在多孔介質內滯留量存在色譜分離現象。考察C/Co=0.4時三元體系中各組分間無因次等濃距，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，表面活性劑與堿和聚合物間色譜分離程度較嚴重，堿與聚合物間相對較弱[15，16]。分析發現， “配方1”與“配方2”相比較，后者比前者色譜分離現象強。由此可見，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試數據見表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 ?傳輸運移能力及其影響因素

通過調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傳輸運移能力的影響（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傳輸運移能力影響實驗結果見圖3和圖4。

從圖3可以看出，盡管兩個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。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，附加滲流阻力增大[17-19]，這一現象在巖心后半部分水驅結束時表現尤其突出。

從圖4可以看出，盡管兩個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。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 ?液流轉向能力及其影響因素

三元驅（組成見表3）采收率實驗數據見表4。

從表4可以看出，在水驅采收率相同條件下，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%。當三元體系黏度相同時，三元驅采收率增幅隨界面張力降低而增大。當三元體系界面張力相同時，三元驅采收率增幅隨黏度增加而增大。進一步分析發現，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數量級，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，三元驅采收率增幅對黏度敏感程度要強于界面張力。

從圖5可以看出，在水驅階段，隨注入PV數增加，高滲透層吸液量即分流率增加，中低滲透層減小。在三元驅初期和中期階段，隨注入PV數增加，高滲透層分流率減小，中低滲透層增加。在三元驅中后期，分流率值開始發生反轉，后續水驅階段反轉現象進一步加劇。

三元體系“配方2”與“配方4”相比較，隨三元體系黏度增加，液流轉向能力增強，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 ?驅油效果及其影響因素

3.5.1 ?黏度對驅油效果影響（等界面張力）

在三元體系與原油界面張力相同（近）條件下，黏度對采收率影響實驗數據見表5。

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

3.5.2 ?界面張力對驅油效果影響（等黏度）

在三元體系黏度相同（近）條件下，界面張力對采收率的影響見表6。

從表6可以看出，在巖心非均質性和黏度相同（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，水驅采收率和采收率增幅隨巖心非均質性加劇而減小。

4 ?結 論

（1）與強堿三元體系相比較，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數量級。

（2）當無因次濃度C/Co=0.4時，三元體系中表面活性劑與堿間無因次等濃距為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，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，附加滲流阻力增大，傳輸運移能力變差。

（4）隨三元體系黏度增加，中低滲透層分流率增加，液流轉向能力增強。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，液流轉向能力減弱。

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