張立娟, 岳湘安

(中國石油大學石油工程教育部重點實驗室,北京 102249)

巖心多孔介質中三元/二元復合驅比較

張立娟, 岳湘安

(中國石油大學石油工程教育部重點實驗室,北京 102249)

通過均質長巖心流動實驗和非均質巖心驅替實驗,得到了化學復合驅中一類ASP三元復合體系(堿/表面活性劑/聚合物)和一類SP二元復合體系(表面活性劑/聚合物)在多孔介質中的阻力系數、粘度、界面張力和驅油效果。結果表明,在地面條件下界面張力和粘度相近的ASP三元體系和SP二元體系,隨著在巖心中運移距離的增加,兩種體系的界面張力均大幅上升,由10-3m N/m升高至10-1～102mN/m,并穩(wěn)定在1 m N/m左右。ASP三元體系的界面活性受堿濃度和表面活性劑濃度的雙重影響,其界面張力值變化幅度較大。堿對減少聚合物在巖心中的粘度損失影響較大,ASP三元體系與SP二元體系相比,在巖心深部具有較高的粘度保留率和阻力系數值。本實驗條件下,利用ASP三元體系改善非均質巖心的驅油效果比SP二元體系更有優(yōu)勢,在含水率為70%時,注入ASP三元體系段塞0.4～0.6PV,其化學驅采收率平均高于SP二元體系5%～7%。

化學復合驅; 界面張力; 粘度

關于化學驅油技術,驅油體系的配方組成是決定其驅油效果的關鍵因素,其配方篩選主要依據是地面條件下的界面張力和粘度[1-5]。實際上,驅油體系注入到地層后,受剪切、吸附、滯留及地層水稀釋等作用,化學劑的驅油性能在油藏流動方向上是變化的[6]。Maia A M S等[7]基于對常規(guī)聚丙烯酰胺及疏水改性聚丙烯酰胺通過長8.5 cm巖心后采出液的濃度及阻力系數的測定結果,指出疏水改性聚丙烯酰胺比常規(guī)聚丙烯酰胺具有較強的擴大波效率及降低巖心滲透率的能力。筆者曾在聚丙烯酰胺溶液在多測點巖心流動實驗中發(fā)現(xiàn)聚丙烯酰胺分子質量、濃度及巖心滲透率等因素對其在巖心中的實際粘度具有較大的影響[8]。為了進一步分析地面條件下與地下運移條件下化學復合體系驅油性能上的差異性及更為客觀地反映ASP三元復合體系和SP二元復合體系在油藏中的驅油性能,本文利用地面條件下界面張力和粘度相近的驅油體系,使其通過長巖心,測得兩種復合體系在運移方向上粘度、界面張力和阻力系數動態(tài)。以此為依據,給出了兩者在非均質巖心中驅油效果上差異性的主要原因。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置與儀器

SV T20型視頻旋滴界面張力儀(德國Dataphysics公司);DCA T21型表面張力及接觸角測定儀(德國Dataphysics公司);生物顯微鏡(德國Zeiss公司);壓力采集系統(tǒng)(北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司);2PB00C型平流泵(北京衛(wèi)星制造廠);RS-600型流變儀(德國Haake公司);巖心夾持器(規(guī)格為Φ2.5 cm×100 cm,4.5 cm×4.5 cm ×30 cm江蘇海安石油儀器公司);恒溫箱;高壓中間容器;AR1530/C電子天平(美國OHAUS公司,分辨率0.001 g);Dw y-1型多功能原油脫水試驗儀;磁力攪拌器;手動高壓計量泵以及其它常規(guī)玻璃器皿等。

1.2 實驗材料

二元體系:表面活性劑Yc-1,活性物質質量分數為55%,由大慶油田提供,配制質量分數為0.1%;聚合物為部分水解聚丙烯酰胺(HPAM),大慶助劑廠生產,相對分子質量1.2×108～1.6×108,質量濃度為1 200 m g/L。

三元體系:表面活性劑Sy-1,活性物質質量分數為50%,由大慶油田提供,配制質量分數為0.15%;Na2CO3,分析純,配制質量分數為0.6%;所用聚合物同二元體系。實驗用水為大慶地層水(采油井井口采出水)和注入清水模擬水,礦化度分別為5 545 mg/L和260 mg/L;實驗用油為大慶模擬油(45℃,粘度為41 m Pa·s);滲流實驗所用巖心為地質露頭砂均質人造巖心,其基本參數見表1。驅油實驗用巖心為三層非均質巖心,上、中、下滲透率分別為150,250,400 mD。

1.3 實驗條件

實驗溫度:模擬大慶油田平均油層溫度(45℃);

注入速度:模擬現(xiàn)場線性注入速度(1 m/d)。

1.4 實驗方法與步驟

長巖心流動實驗的步驟:

(1)模型抽空、飽和水,計算孔隙體積(PV);

(2)45℃下恒溫12 h后,地層水測滲透率;

(3)以0.35 m L/min的泵速(地層平均流速1 m/d)注入二元/三元體系,記錄各測壓點處的壓力,并保證環(huán)壓始終高于注入壓力2.0～2.5 M Pa,計算沿程各區(qū)段阻力系數的分布;

(4)當注體系壓力達到穩(wěn)定時,在沿程和出口取樣口接樣,測量樣品粘度及樣品/原油的界面張力。

表1 巖心基本參數Table 1 Core parameters

非均質巖心驅油實驗的步驟:

(1)模型抽空、飽和水,計算孔隙體積(PV);

(2)45℃下恒溫12 h后,地層水測滲透率;

(3)飽和油至束縛水飽和度,計算原始含油飽和度;

(4)水驅至含水率達到70%,計算水驅采收率;

(5)分別注入0.4PV、0.5PV、0.6PV二元或三元體系段塞,后續(xù)水驅油至出口含水率100%,計算化學驅采收率和總采收率。

2 結果與討論

2.1 在巖心運移方向上體系粘度的變化

在注入巖心前,ASP三元體系的粘度為61.44 m Pa·s(7.34 s-1),略低于SP二元體系的粘度62.32 m Pa·s(7.34 s-1)。這是因為ASP三體系中堿的存在,引入了Na+,增加了體系的礦化度,而較高的礦化度不利于部分水解聚丙烯酰胺分子鏈的伸展,因此,粘度有一定程度上的降低。總體上, ASP三體系中堿的濃度不高,兩種體系在注入前的粘度相近。

圖1所示兩種體系在巖心流動方向上的粘度和粘度損失率的變化。由圖1可知,兩種體系在巖心中的實際粘度與注入巖心前相比,有很大程度的損失。體系粘度隨著運移距離的增加而降低,直至到達巖心深部(距入口60 cm左右)時,粘度下降才達到某一穩(wěn)定值。這一方面說明,體系注入到油藏后,剪切、滯留和吸附等作用會隨運移距離的增加而加大;另一方面說明,當運移距離達到一定值后,粘度及其損失率達到穩(wěn)定。此外,從圖1中還可以看出, SP二元體系與ASP三元體系相比,在巖心的運移過程中,粘度更低,粘度損失率更大。在巖心的中部(即距注入端47～48 cm),ASP三元體系和SP二元體系的粘度分別為9.88、2.70 m Pa·s;粘度損失率分別為83.92%和95.67%。這是因為堿在巖石和粘土表面吸附及OH-對聚合物分子的靜電排斥作用,從而大大降低了巖石和粘土表面對聚合物吸附和滯留損失。

Fig.1 Viscosity and its loss rate of tertiary/binary compound along flow direction圖1 三元/二元體系在巖心中粘度和粘度損失率

2.2 阻力系數動態(tài)及沿程變化

圖2給出了三元/二元體系在巖心中阻力系數的動態(tài)及沿程變化。如圖2(a)所示,對于ASP三元體系,隨著注入量的增加,在注入端附近,即距注入端小于28 cm,阻力系數不斷升高,并達到平穩(wěn),穩(wěn)定值約為90;而對于距注入端較遠的位置(28～48 cm),阻力系數隨注入量的增加先增加,后減少,當注入量達到3.5PV時,阻力系數繼續(xù)增大并在注入5PV時逐漸穩(wěn)定,穩(wěn)定值約為60;對于距注入端更遠的位置(48～84.4 cm),阻力系數隨注入PV數的變化相對緩慢,當注入量達到2PV以上,阻力系數穩(wěn)定,穩(wěn)定的阻力系數介于5～15。由此可知,隨著ASP三元體系向巖心深部的運移,流度控制能力逐漸降低。對于SP二元體系,如圖2(b)所示,隨著注入量的增加,在注入量2.5PV基本達到穩(wěn)定,在巖心的上游(距入口0～47 cm),阻力系數較高,穩(wěn)定時平均阻力系數介于40～75。但在巖心的下游(距入口47～72.5 cm),阻力系數相對較低,穩(wěn)定時平均阻力系數介于2～4。

顯然,盡管ASP三元體系和SP二元體系在巖心運移方向上阻力動態(tài)基本一致,但是,由于堿的存在減少了聚合物的粘度損失,因此,前者在油藏深部流度控制能力明顯強于后者。

Fig.2 Flow resistance of tertiary/binary compound along flow direction圖2 三元/二元體系在巖心中阻力系數的動態(tài)及沿程變化

2.3 在巖心運移方向上體系原油界面張力的變化

圖3給出了ASP三元體系和SP二元體系在巖心運移方向上界面張力的變化。由圖3可以看出,在地面條件下測得與原油界面張力均可達到超低(10-3數量級)的ASP三元體系和SP二元體系在注入到巖心后,界面張力均大幅上升,達到穩(wěn)定時的界面張力值約為1 m N/m。隨著運移距離的增加,三元體系的界面張力變化幅度較大,這主要是因為,構成該復合體系的堿或表面活性劑,某一種濃度發(fā)生變化都會引起界面張力的變化。此外,在驅油過程中,由于表面活性劑在油水界面上的吸附,ASP三元體系和SP二元體系的界面張力還會進一步升高。

通過以上對體系在巖心中的粘度、阻力系數和界面張力綜合分析可知,即使在地面條件下粘度和界面張力相近的驅油體系,其在巖心中的實際驅油性能都會有顯著的差異,因此,對于驅油體系配方的篩選和優(yōu)化,應以巖心中的實際驅油性能作為評價的主要依據。

2.4 體系在非均質巖心中的驅油效果

一般來說,油藏都具有一定程度的非均質性。為了模擬復合體系在油藏中的驅油效果,表2給出了兩種體系在三層非均質巖心中的采收率,可以看出,對于幾種不同的注入段塞大小,在含水率為70%時注入,ASP三元體系的化學驅采收率均明顯高于SP二元體系的化學驅采收率,平均高出5%～7%。通過前面對兩者在巖心中的驅油性能的分析可知,由于ASP三元體系比SP二元體系具有較高的粘度保留率和較高的阻力系數,因此,其化學驅采收率也較高。

綜上所述,得到以下認識和建議:

在化學復合驅中,驅油劑在巖心中的實際驅油性能是決定其驅油效果的重要指標,驅油體系配方的篩選和優(yōu)化,應以巖心中的實際驅油性能作為主要評價內容之一。為進一步揭示影響驅油劑在巖心中實際性能的本質因素,需要明確多孔介質中剪切、吸附、滯留等因素對驅油性能的影響。在本實驗條件下,含堿的三元體系在巖心中的驅油性能和驅油效果均優(yōu)于無堿二元體系,堿在驅油過程中除了具有減少聚合物的粘度損失的作用之外,還可能具有其它作用,如乳化調剖等,有待于今后的深入研究。

Fig.3 In terfacial in tension between tertiary/binary compound and oil along flow direction圖3 三元/二元體系在巖心中與原油的界面張力的變化

表2 ASP三元/SP二元體系在非均質巖心中的采收率Table 2 Oil recovery of tertiary/binary com pound system flooding in heterogeneous cores

[1] 張愛美,曹緒龍,李秀蘭,等.勝利油區(qū)二元復合驅油先導試驗驅油體系及方案優(yōu)化研究[J].新疆石油學院學報,2004, 16(3):40-43.

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(Ed.:YYL,Z)

Comparison Between the Binary/Tertiary Compound System s Flooding in Cores

ZHANG Li-juan,YUE Xiang-an
(M inistry of Education Key Laboratory of Petroleum Engineering,China University
of Petroleum,Beijing 102249,P.R.China)

29 M arch 2010;revised 15 M ay 2010;accepted 4 June 2010

Using long core flow and heterogeneous core flood experiments,dynamical resistance coefficient,distribution of viscosity and interfacial tension in flow direction and disp lacement effects,were given about the tertiary system of alkali/ surfactant/polymer(ASP)and the binary system(SP).The results show that as the migration distance increases,the interfacial tension of effluent goes up,rising from 10-3mN/m to 10-1～102mN/m,and stabilizes at about 1 mN/m,and both have similar viscosity and interfacial intension befo re injection.Due to the effects of alkaline and surfactant concentration on interfacial activity of ASP tertiary system,its interfacial tension changes greatly.Alkaline favors the less viscosity lossof ASP tertiary system,thus it has higher viscosity retention and flow resistance coefficient.Under the experimental condition,ASP tertiary system is superio r to SP binary system in imp roving disp lacement effects.In heterogeneous co re’s flooding experiments,an average 5%～7%recovery of ASP tertiary system is higher than that of SP binary system w ith an injection plug of 0.4～0.6PV at 70%water-cut.

Chemical compound flooding;Interfacial tension;Viscosity

.Tel.:+86-10-89733552;fax:+86-10-89734612;e-mail:Zhangljbj2001@126.com

TE312

A

10.3696/j.issn.1006-396X.2010.03.004

1006-396X(2010)03-0017-04

2010-03-29

張立娟(1977-),女,黑龍江肇州縣,講師,博士。

國家自然基金項目(50804051);國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)資助(2005CB221300)。