吳文祥，張棟，闞亮，郎麗媛

（1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163318；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059）

堿劑對(duì)復(fù)合驅(qū)油體系性能的優(yōu)化

吳文祥1，張棟1，闞亮1，郎麗媛2

（1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163318；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059）

結(jié)合河南油田儲(chǔ)層特性，在ZL-Ⅱ型聚合物+SHSA-HN6表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系的基礎(chǔ)上，研究了堿劑Na2CO3的加入對(duì)復(fù)合體系各項(xiàng)性能的優(yōu)化程度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入堿劑一方面可進(jìn)一步降低復(fù)合體系的界面張力，另一方面，由于競(jìng)爭(zhēng)吸附，堿在一定程度上對(duì)表面活性劑起到保護(hù)作用，復(fù)合體系加入堿后，溶液的乳化性能得到改善。河南油田天然巖心在進(jìn)行復(fù)合驅(qū)后，其潤(rùn)濕性由弱親水轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)親水。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，采用弱堿三元復(fù)合驅(qū)油體系驅(qū)油可獲得較高的注采比。

界面張力；性能優(yōu)化；犧牲劑；弱堿三元體系；復(fù)合驅(qū)；河南油田

河南油田Ⅳ5-11層系屬古近系核桃園組三段，為典型的湖盆陡坡型扇三角洲沉積，地層溫度81℃，地層原油黏度3.3 mPa·s，平均滲透率500×10-3μm2；主力層層內(nèi)滲透率變異系數(shù)0.54～0.83，突進(jìn)系數(shù)3.02～ 4.69，均質(zhì)系數(shù)0.37～0.49，級(jí)差5.3～11.8，各小層層內(nèi)非均質(zhì)差異較大，非均質(zhì)程度較高。該層系經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的水驅(qū)開(kāi)發(fā)，采出程度已高達(dá)50%以上，綜合含水率96%，急需水驅(qū)開(kāi)發(fā)后的接替技術(shù)。

由于表面活性劑在巖心中存在吸附滯留嚴(yán)重的現(xiàn)象[1]，驅(qū)替液在驅(qū)替過(guò)程中無(wú)法維持較低的界面張力。為了減少成本投入，又要保證較高的采收率增值[2]，本文在針對(duì)該層系油藏條件進(jìn)行初選的二元復(fù)合體系中加入堿劑，對(duì)ASP三元復(fù)合體系中堿的作用機(jī)理進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)材料:ZL-Ⅱ型抗鹽、耐高溫聚合物（鄭州正力聚合物科技有限公司生產(chǎn)）；SHSA-HN6型表面活性劑（河南油田研究院提供）；Na2CO3，NaOH（北京化工廠生產(chǎn)）。實(shí)驗(yàn)用水為Ⅳ5-11層系地層水，水型為NaHCO3型，礦化度為5 330.2mg/L。實(shí)驗(yàn)原油為河南油田脫水原油，地層黏度為3.30 mPa·s，地面脫氣黏度為7.79 mPa·s，凝固點(diǎn)為36℃。實(shí)驗(yàn)巖心為Ⅳ5-11層取心，氣測(cè)滲透率約為500×10-3μm2。

二元體系:0.3%SHSA-HN6+1 500mg/L ZL-Ⅱ。

三元體系:0.3%SHSA-HN6+1 500 mg/L ZL-Ⅱ+ 1.2%堿劑。

實(shí)驗(yàn)儀器:Texas-500型旋滴界面張力儀，OCA-20接觸角測(cè)量?jī)x。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 界面張力對(duì)比

通過(guò)對(duì)原油進(jìn)行酸堿標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原油酸值較高。二元體系及弱堿三元體系的界面張力對(duì)比曲線見(jiàn)圖1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，弱堿三元體系與二元體系相比，在一定程度上更能降低原油界面張力。這是由于堿與原油中的酸性基團(tuán)形成的石油酸皂對(duì)降低油水界面張力具有一定作用[3]。

圖1 2種體系的界面張力對(duì)比

2.2 吸附實(shí)驗(yàn)

化學(xué)驅(qū)油劑在油藏中的吸附損失直接影響了驅(qū)油體系的驅(qū)油效率[4-5]，評(píng)價(jià)體系性能的同時(shí)必須考慮化學(xué)劑在油砂上的吸附[6]。由于表面活性劑SHSA-HN6的分子結(jié)構(gòu)未知，不能直接測(cè)其在驅(qū)替過(guò)程中的吸附量，因此，本文通過(guò)體系與原油界面張力的變化，間接觀測(cè)表面活性劑吸附過(guò)程中堿的影響[7]。

將二元體系、三元體系溶液分別與河南油田油砂按1∶9的質(zhì)量比混合，在80℃條件下振蕩24 h。取出混合物，離心分離出上層清液后，分別在5，60，120 min時(shí)測(cè)界面張力，剩下的清液繼續(xù)與油砂按1∶9的質(zhì)量比混合，振蕩，如此重復(fù)數(shù)次，測(cè)定界面張力，結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出:界面張力隨吸附次數(shù)的增加而增大；三元體系的穩(wěn)態(tài)界面張力在第3次吸附實(shí)驗(yàn)后上升至3.9×10-3mN/m，與二元體系第1次吸附的穩(wěn)態(tài)界面張力基本一致，說(shuō)明堿在競(jìng)爭(zhēng)吸附過(guò)程中優(yōu)先被吸附。吸附初期，油砂對(duì)表面活性劑的吸附量很?。划?dāng)堿被消耗完之后，三元體系穩(wěn)態(tài)界面張力的變化規(guī)律與二元體系基本一致。

由于堿的造價(jià)較低，而堿對(duì)三元復(fù)合體系界面張力降低很有助益，因此可以把堿作為犧牲劑應(yīng)用于三元復(fù)合體系之中。

表1 復(fù)合體系界面張力測(cè)定結(jié)果

2.3 乳化實(shí)驗(yàn)

將40mL原油與40 mL三元復(fù)合體系混合于100 mL的具塞量筒中，在80℃恒溫水浴下預(yù)熱30 min，搖晃5次，每次間隔1 min，然后開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到三元復(fù)合體系與原油形成乳狀液的水相析出體積為10 mL時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束，記錄時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 堿劑對(duì)復(fù)合體系乳化性能的影響

由圖2可知，隨著堿加量的增加，三元體系對(duì)原油的乳化能力呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)[8-11]，堿加量為0.8%時(shí)乳化能力最強(qiáng)。這是由于，石油酸皂與表面活性劑協(xié)同作用，促進(jìn)了其表面及界面性能，使得乳化效果達(dá)到最佳；繼續(xù)增大堿的加量，堿不再起到促進(jìn)乳化的作用，此時(shí)由于Na+濃度的增加，乳狀液的雙電層厚度被壓縮，導(dǎo)致乳狀液的穩(wěn)定性降低。

強(qiáng)堿與弱堿對(duì)復(fù)合體系乳化性能的影響不同，主要原因是，強(qiáng)堿可以迅速與原油中的酸性物質(zhì)反應(yīng)，而弱堿需要一定時(shí)間。但本文研究的二元體系在加入強(qiáng)堿后，體系界面張力不理想，未予采用。

2.4 潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn)

4塊巖心飽和地層水后測(cè)其潤(rùn)濕角，然后將巖心烘干，切成均勻3段，再分別進(jìn)行堿驅(qū)（Na2CO3）、無(wú)堿二元復(fù)合驅(qū)以及弱堿三元復(fù)合驅(qū)，驅(qū)替結(jié)束后，對(duì)3段巖心重新測(cè)定潤(rùn)濕角，結(jié)果如表2所示。

表2 不同體系下巖心潤(rùn)濕角測(cè)定結(jié)果（°）

由表2可以看出:飽和水后測(cè)得的巖心潤(rùn)濕角均小于90.00°，說(shuō)明河南油田天然巖心的潤(rùn)濕性是弱親水；單獨(dú)堿驅(qū)使巖心的潤(rùn)濕角由80.00°變?yōu)?7.49°，這說(shuō)明堿的存在可以大大增加巖心的親水性；二元和三元體系驅(qū)替過(guò)的巖心潤(rùn)濕角分別為61.47°和46.48°，證明堿的加入使得三元復(fù)合體系在增加巖石親水性方面效果更好。

堿與原油酸性物質(zhì)反應(yīng)生成的石油酸皂，與巖石表面的礦物產(chǎn)生離子交換，使巖心表面礦物組成發(fā)生變化，減小了巖石的水濕接觸角，使巖石表面從油濕反轉(zhuǎn)為水濕，提高了洗油效率[12-14]，從而提高了采收率。

2.5 驅(qū)油試驗(yàn)

步驟:巖心抽真空，飽和地層水，80℃恒溫12 h以上，飽和原油，以0.1mL/min速度水驅(qū)至含水率達(dá)98%以上，計(jì)算水驅(qū)采收率；注入復(fù)合體系段塞0.45 PV，繼續(xù)水驅(qū)至出口含水98%以上，計(jì)算化學(xué)驅(qū)采收率。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，三元復(fù)合體系的采收率比無(wú)堿二元復(fù)合體系提高了2.2百分點(diǎn)，說(shuō)明堿的加入進(jìn)一步優(yōu)化了復(fù)合體系的各項(xiàng)性能，進(jìn)而提高了采收率。

3 結(jié)論

1）初選的二元體系和三元體系與河南油田原油的界面張力均達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級(jí)。

2）堿的加入能夠進(jìn)一步降低復(fù)合體系與原油的界面張力；由于堿在孔隙中能夠優(yōu)先被吸附，可使體系長(zhǎng)時(shí)間保持超低界面張力；堿對(duì)乳狀液的穩(wěn)定以及巖石潤(rùn)濕性由親油向親水的改變都有良好的促進(jìn)作用。

3）室內(nèi)驅(qū)油試驗(yàn)結(jié)果表明，弱堿三元復(fù)合驅(qū)油體系的采收率高于無(wú)堿二元體系。

[1]岳湘安，王尤富，王克亮.提高石油采收率基礎(chǔ)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2007:151-171.

[2]于群，王業(yè)飛，焦翠，等.新疆火燒山油田化學(xué)驅(qū)油配方研究[J].斷塊油氣田，2009，16（6）:104-106.

[3]李堪運(yùn)，李翠平，何玉海，等.聚合物/表面活性劑二元復(fù)合體系室內(nèi)研究[J].特種油氣藏，2011，18（5）:678-680.

[4]李道山，侯吉瑞，徐瑞娟，等.三元復(fù)合驅(qū)油各組分在大慶油砂上的吸附研究[J].油田化學(xué)，2001，18（4）:358-361.

[5]吳文祥，程玉琪.犧牲劑對(duì)大慶油田三元復(fù)合體系驅(qū)油效果影響的物理模擬研究[J].油氣采收率技術(shù)，1999，6（3）:7-10.

[6]董大鵬，賈忠偉，于佰林.重烷基苯磺酸鹽在巖石礦物上的靜態(tài)吸附[J].斷塊油氣田，2009，12（1）:105-107.

[7]張可，支樹(shù)潔，陳興隆，等.弱堿三元復(fù)合體系各組分作用關(guān)系研究[J].特種油氣藏，2009，16（1）:84-86.

[8]王克亮，皮彥明，吳巖松，等.三元復(fù)合體系的乳化性能對(duì)驅(qū)油效果的影響研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12（10）:2428-2431.

[9]徐曉麗，王業(yè)飛，李丹丹，等.乳化性能差異對(duì)中低滲巖心驅(qū)油效果的影響[J].斷塊油氣田，2013，20（3）:388-391.

[10]Yang M，Liao Z，Han H，et al.An extended field test study on alkaline-surfactant-polymer flooding in Beiyiduanxiof Daqing Oilfield[R]. SPE 80532，2003.

[11]陳文林，盧祥國(guó)，于濤，等.二元復(fù)合驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究[J].特種油氣藏，2010，17（5）:96-99.

[12]吳天江，張小衡，李兵，等.低滲透砂巖潤(rùn)濕性對(duì)水驅(qū)和復(fù)合驅(qū)采收率的影響[J].斷塊油氣田，2011，18（3）:363-365.

[13]孫靈輝，胡長(zhǎng)松，劉衛(wèi)東.巖石潤(rùn)濕性對(duì)聚驅(qū)后化學(xué)驅(qū)進(jìn)一步提高原油采收率的影響[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2006，25（5）:90-92.

[14]王所良，汪小宇，黃超，等.改變低滲透油藏潤(rùn)濕性提高采收率技術(shù)研究進(jìn)展[J].斷塊油氣田，2012，19（4）:472-476.

（編輯 孫薇）

Optim ization of alkaliagent on performance of ASP system

W u W enxiang1,Zhang Dong1,Kan Liang1,Lang Liyuan2

(1.MOE Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China; 2.College of Energy Resources,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

Combined with the reservoir characteristics of Henan Oilfield and based on the SP flooding of Z-Ⅱ+SHSA-HN6,this paper studies the optimal degree for each property of the composite system with Na2CO3added.The experimental results show that the interfacial tension of ASP system can further reduce with adding alkali agent.Due to the competitive adsorption,the alkali agentsplay a protective role for surfactant.Theemulsifying property of the composite system is improved afteraddingalkalisolution. The natural core of Henan oilfield is changed from hydrophilic to the strong hydrophilic flooding after ASP flooding.Field testshows thathigh injection-production ratio can beobtained by using theweak base ASPsystem.

interfacial tension;performance optimization;sacrificialagent;weak base ASP system;ASP flooding;Henan Oilfield

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)課題“聚合物驅(qū)后油藏提高采收率技術(shù)研究”（2011ZX05009-004-006）

TE357.46

A

2013-04-12；改回日期：2013-09-19。

吳文祥，男，1961年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)驅(qū)提高采收率。E-mail:sygcwuwenxiang@sina.com。

吳文祥，張棟，闞亮，等.堿劑對(duì)復(fù)合驅(qū)油體系性能的優(yōu)化[J].斷塊油氣田，2013，20（6）:772-774.

Wu Wenxiang，Zhang Dong，Kan Liang，et al.Optimization of alkali agent on performance of ASP system[J].Fault-Block Oil&Gas Field，2013，20（6）:772-774.

10.6056/dkyqt201306023