馬奎前,蔡 暉,朱玉國,蔡越釬,張占華

(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津塘沽 300452）

重質(zhì)稠油油藏堿/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)室內(nèi)實驗

馬奎前,蔡 暉,朱玉國,蔡越釬,張占華

(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津塘沽 300452）

針對渤海某稠油油田儲層非均質(zhì)性、儲層物性和流體性質(zhì)等特點,利用室內(nèi)實驗方法,對堿/表面活性劑二元體系中表面活性劑與原油的界面活性、堿對表面活性劑/原油間界面活性的影響、堿/表面活性劑之間的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行了實驗研究,對堿/表面活性劑驅(qū)油效果進(jìn)行評價。結(jié)果表明,堿/表面活性劑二元驅(qū)油體系,具有降低界面張力,提高驅(qū)油效率的作用。

稠油油田;堿/表面活性劑;界面張力;驅(qū)油效率

化學(xué)驅(qū)油機理主要是通過向地層中注入驅(qū)替介質(zhì),改變地層流體的相對滲透率、巖石潤濕性及驅(qū)替相的粘度來提高原油采收率。通過注入流體既能進(jìn)行流度控制又能降低界面張力,從而使驅(qū)油效率和波及系數(shù)增加,是一種較有前途的提高采收率技術(shù)。

渤海稠油油田儲量約占80%,而在這些稠油油田中,因多種因素,不能投入開發(fā)的儲量占稠油儲量的5%左右[1]。制約這些稠油油田開發(fā)的主要瓶頸是原油粘度大、儲層非均質(zhì)性強、水驅(qū)開發(fā)效果差。目前國內(nèi)外針對普通稠油AS驅(qū)油的研究和應(yīng)用很多[2-8],但在重質(zhì)稠油中的研究應(yīng)用很少[9-10]。因此,開展A/S(堿/表面活性劑)二元驅(qū)油體系在重質(zhì)稠油油藏的適應(yīng)性研究,可以為同類稠油油藏A/S二元復(fù)合驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實驗條件

1.1 實驗用水

采用渤海某稠油油田的地層水,其礦物組成見表1。

1.2 實驗用油

表1 實驗用水化學(xué)成份表

采用某稠油油田的地面脫氣原油與煤油配制而成,50℃時原油粘度為2004mPa·s。

1.3 實驗巖心

采用冷凍法,取自某稠油油田天然巖心,幾何尺寸:φ2.15cm×5cm。

1.4 實驗化學(xué)劑

表面活性劑選取烷基苯磺酸鹽、石油磺酸鹽兩種,實驗用堿選用弱堿Na2CO3。

1.5 實驗方法

(1)油水界面張力測定:依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5370-1999表面及界面張力測定方法中進(jìn)行測試。

(2)抗鹽性、熱穩(wěn)定性評價實驗和驅(qū)油效率測定:分別依據(jù)SY/T5908-1994標(biāo)準(zhǔn)中石油磺酸鹽性能測定方法和SY/T6424-2000標(biāo)準(zhǔn)中復(fù)合驅(qū)油體系性能測試方法進(jìn)行測試。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 油水間原始界面活性

油水間的界面張力測定主要是了解實驗所用地下水與原油間的原始界面張力的大小。測定結(jié)果:地下水與原油間的界面張力為6.33mN/m。

2.2 表面活性劑界面活性及驅(qū)油效果分析

在一定濃度范圍內(nèi),表面活性劑溶液與原油間的界面張力隨著濃度的增大而降低(表2),從中可看出,表面活性劑單獨使用時,降低界面張力幅度明顯。當(dāng)表面活性劑17#體積分?jǐn)?shù)≧0.1%時,油水界面張力達(dá)到了10-1mN/m數(shù)量級,體積分?jǐn)?shù)在0.5%時,界面張力達(dá)到了10-4mN/m數(shù)量級,但當(dāng)體積分?jǐn)?shù)增加到2%時,界面張力上升一個數(shù)量級;表面活性劑25#也是類似情況。這主要是因為原油與表面活性劑溶液接觸后,隨著時間的延長,界面張力降低,最后油滴被拉斷或分散成油珠狀(圖1)。從兩種表面活性劑對比來看,表面活性劑17#降低界面張力最低,濃度范圍寬,可作為首選驅(qū)油劑單獨使用,體積分?jǐn)?shù)選擇1.5%。

表2 不同濃度表面活性劑與原油間界面張力情況

圖1 油滴與化學(xué)劑接觸后油滴的變化

另外從實驗結(jié)果可看出(表3),單一表面活性劑驅(qū)油時,驅(qū)油效率增加幅度較大,但所需表面活性劑濃度相對較高,成本較大。同時如果單獨向油層中注入表面活性劑,表面活性劑濃度會因吸附損耗導(dǎo)致設(shè)計的濃度減小,驅(qū)油效果變差。為了降低其成本投入,使其在較低的濃度范圍內(nèi),驅(qū)油體系仍與原油間達(dá)到較高的界面活性,可以通過添加助劑的方法來改善表面活性劑與原油間的界面活性,同時減小表面活性劑的用量,以適應(yīng)大規(guī)模礦場推廣應(yīng)用的要求。

表3 表面活性劑驅(qū)油效果分析

2.3 堿助劑與原油界面活性

不同濃度堿與原油間的界面張力情況見圖2,從中可看出,當(dāng)堿體積分?jǐn)?shù)≧1.0%時,油水界面張力達(dá)到了10-2mN/m數(shù)量級,在該范圍內(nèi)使用,界面張力降低效果相對好。圖3給出了不同濃度堿與原油間的動界面張力變化曲線,從中可以看出,堿與原油接觸后,界面張力變化較平穩(wěn),時間延長,張力變化不明顯。可見,單獨使用堿水驅(qū)油,效果不是很理想。

圖2 不同濃度堿劑與原油間的界面張力變化曲線

圖3 不同濃度堿劑與原油間的動界面張力變化曲線

2.4 堿對表面活性劑/原油間界面活性的影響

堿對表面活性劑溶液降低界面張力的影響,依據(jù)表面活性劑自身溶液性質(zhì),實驗選用表面活性劑體積分?jǐn)?shù)為0.3%,堿Na2CO3體積分?jǐn)?shù)選用1.0%。不同表面活性劑與堿復(fù)配后的體系與原油間的界面張力最低值、平衡值見表4和圖4。從表中可以看出,加入一定濃度的Na2CO3的二元體系,能使界面張力降低達(dá)到了10-2mN/m數(shù)量級以下,達(dá)到與高濃度表面活性劑單獨使用時相同的降低界面張力的效果?？梢姷蜐舛缺砻婊钚詣┤芤褐屑尤胍欢舛鹊腘a2CO3,不但可以達(dá)到單獨使用表面活性劑的效果,而且可降低表面活性劑的用量。從經(jīng)濟(jì)性和復(fù)合體系特性方面考慮,選用Na2CO3作為表面活性劑溶液調(diào)節(jié)劑,優(yōu)選表面活性劑為25#。

表4 不同表面活性劑復(fù)配體系與原油間界面張力情況(mN/m)

圖4 堿對表面活性劑體系與原油間的界面張力的影響

2.5 A/S之間的協(xié)同效應(yīng)

表面活性劑溶液中加入一定濃度堿后組成的復(fù)合體系,能不同程度地起到降低界面張力的效果。通過不同濃度堿、表面活性劑之間的復(fù)配體系與原油間的界面張力大小的測定,優(yōu)選了復(fù)合體系單劑濃度,并確定出最佳堿/表面活性劑復(fù)配驅(qū)油體系配方,使其在較寬的濃度范圍內(nèi)可以達(dá)到超低界面張力(10-3mN/m以下)的效果。

圖5分別給出了堿/表面活性劑復(fù)合體系正交實驗的界面張力最低值和平衡值,表面活性劑25#在實驗范圍為0.05%～4.0%,Na2CO3實驗范圍為0.4%～1.2%,Na2CO3和表面活性劑之間的復(fù)配體系界面張力平衡值都達(dá)到了10-3mN/m數(shù)量級,中心區(qū)域達(dá)到了10-4mN/m數(shù)量級,且復(fù)合體系濃度在較寬范圍內(nèi)都達(dá)到了協(xié)同效應(yīng)。界面張力最低值在部分區(qū)域內(nèi),達(dá)到10-4mN/m數(shù)量級。由此可見,Na2CO3體積分?jǐn)?shù)和表面活性劑復(fù)合體系能夠克服由于吸附損耗而使?jié)舛葴p少,起到了在低濃度的情況下也能降低界面張力的作用。

2.6 A/S二元復(fù)合體系中表面活性劑濃度的優(yōu)化

圖5 A/S體系界面張力活性和平衡性圖

保持堿體積分?jǐn)?shù)1%不變,研究同一表面活性劑在不同濃度下復(fù)合體系的驅(qū)油效果。結(jié)果如表5所示,可以看出,當(dāng)表面活性劑25#體積分?jǐn)?shù)為0.2%時,復(fù)合體系相比水驅(qū)提高驅(qū)油效率10.84%,當(dāng)增加到0.3%時,驅(qū)油效率增加了16.67%,增加幅度為5.83%;而增加到0.4%時,增加幅度僅0.05%。由此可見,表面活性劑濃度在一定范圍內(nèi),隨著濃度增大,驅(qū)油效率增加,當(dāng)濃度增大到一定程度時,驅(qū)油效率增加幅度變緩。結(jié)合上面復(fù)合體系界面活性研究,確定復(fù)配體系配方為:1.0%Na2CO3+0.3%表面活性劑25#。

表5 表面活性劑濃度對A/S二元體系驅(qū)油效果的影響

2.7 A/S二元復(fù)合驅(qū)注入段塞優(yōu)化

對優(yōu)化后的A/S二元復(fù)合體系,在注入體積倍數(shù)為0.1PV、0.3PV、0.5PV時的驅(qū)油效率進(jìn)行分析,實驗結(jié)果見表6?？梢钥闯鲈搹?fù)合體系注入0.3 PV時的驅(qū)油效果最佳,比水驅(qū)提高驅(qū)油效率16.67%,明顯高于0.1PV段塞時的驅(qū)油效率,與0.5PV段塞相比,驅(qū)油效率相差不大,從經(jīng)濟(jì)性考慮,推薦注入段塞為0.3PV。

3 結(jié)論

(1)對于重質(zhì)稠油,A/S二元復(fù)合體系在油藏條件下,也可達(dá)到降低界面張力,提高驅(qū)油效果。針對目標(biāo)油田確定復(fù)合體系配方為:1.0%Na2CO3+0.3%表面活性劑25#。

表6 不同注入段塞驅(qū)油效果對比

(2)隨著注入段塞增大,驅(qū)油效率增加,但超過0.3PV后增加幅度減緩,從經(jīng)濟(jì)可行性考慮,推薦注入段塞為0.3PV。

(3)重質(zhì)稠油水驅(qū)效率在25%左右,注入0.3 PV的A/S復(fù)合體系可以在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高驅(qū)油效率16.7%。

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TE357.432

A

1673-8217(2011)02-0122-04

2010-11-05;改回日期:2010-12-13

馬奎前,碩士,高級工程師,1971年生,主要從事油氣田開發(fā)與生產(chǎn)研究工作。

編輯:劉洪樹