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實驗室，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實驗室，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的加入對復(fù)合體系各項性能的優(yōu)化程度。實驗結(jié)果表明，加入堿劑一方面可進一步降低復(fù)合體系的界面張力，另一方面，由于競爭吸附，堿在一定程度上對表面活性劑起到保護作用，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行復(fù)合驅(qū)后，其潤濕性由弱親水轉(zhuǎn)變?yōu)閺娪H水?，F(xiàn)場試驗證明，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，突進系數(shù)3.02～ 4.69，均質(zhì)系數(shù)0.37～0.49，級差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)過長期的水驅(qū)開發(fā)，采出程度已高達50%以上，綜合含水率96%，急需水驅(qū)開發(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重的現(xiàn)象[1]，驅(qū)替液在驅(qū)替過程中無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]，本文在針對該層系油藏條件進行初選的二元復(fù)合體系中加入堿劑，對ASP三元復(fù)合體系中堿的作用機理進行了研究。

1 實驗準備

實驗材料: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)）。實驗用水為Ⅳ5-11層系地層水，水型為NaHCO3型，礦化度為5 330.2mg/L。實驗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，凝固點為36℃。實驗巖心為Ⅳ5-11層取心，氣測滲透率約為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。

實驗儀器:Texas-500型旋滴界面張力儀，OCA-20接觸角測量儀。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 界面張力對比

通過對原油進行酸堿標定，發(fā)現(xiàn)實驗原油酸值較高。二元體系及弱堿三元體系的界面張力對比曲線見圖1。實驗結(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形成的石油酸皂對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比

2.2 吸附實驗

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]，評價體系性能的同時必須考慮化學(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，不能直接測其在驅(qū)替過程中的吸附量，因此，本文通過體系與原油界面張力的變化，間接觀測表面活性劑吸附過程中堿的影響[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時測界面張力，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次吸附實驗后上升至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，說明堿在競爭吸附過程中優(yōu)先被吸附。吸附初期，油砂對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。

由于堿的造價較低，而堿對三元復(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)合體系界面張力測定結(jié)果

2.3 乳化實驗

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，然后開始計時，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時計時結(jié)束，記錄時間。實驗結(jié)果見圖2。

圖2 堿劑對復(fù)合體系乳化性能的影響

由圖2可知，隨著堿加量的增加，三元體系對原油的乳化能力呈先增強后減弱的趨勢[8-11]，堿加量為0.8%時乳化能力最強。這是由于，石油酸皂與表面活性劑協(xié)同作用，促進了其表面及界面性能，使得乳化效果達到最佳；繼續(xù)增大堿的加量，堿不再起到促進乳化的作用，此時由于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。

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

2.4 潤濕性實驗

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

表2 不同體系下巖心潤濕角測定結(jié)果（°）

由表2可以看出:飽和水后測得的巖心潤濕角均小于90.00°，說明河南油田天然巖心的潤濕性是弱親水；單獨堿驅(qū)使巖心的潤濕角由80.00°變?yōu)?7.49°，這說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)替過的巖心潤濕角分別為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

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98%以上，計算水驅(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，計算化學(xué)驅(qū)采收率。

由實驗結(jié)果可知，三元復(fù)合體系的采收率比無堿二元復(fù)合體系提高了2.2百分點，說明堿的加入進一步優(yōu)化了復(fù)合體系的各項性能，進而提高了采收率。

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到10-3mN/m數(shù)量級。

2）堿的加入能夠進一步降低復(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，可使體系長時間保持超低界面張力；堿對乳狀液的穩(wěn)定以及巖石潤濕性由親油向親水的改變都有良好的促進作用。

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

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（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

國家科技重大專項課題“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，研究方向為化學(xué)驅(qū)提高采收率。E-mail:sygcwuwenxiang@sina.com。

吳文祥，張棟，闞亮，等.堿劑對復(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