廖凱麗，葛際江，浮歷沛，裴海華，蔣 平，張貴才

（中國石油大學(xué)（華東） 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580）

聚/表二元復(fù)合驅(qū)提高普通稠油水驅(qū)后殘余油采收率的研究

廖凱麗，葛際江，浮歷沛，裴海華，蔣 平，張貴才

（中國石油大學(xué)（華東） 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580）

采用椰油脂肪酸二乙醇酰胺型烷醇酰胺（6501）與部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）組成二元復(fù)合驅(qū)體系，利用旋轉(zhuǎn)滴法測定了該二元復(fù)合驅(qū)體系的耐溫、抗鹽、抗二價(jià)離子等性能，通過人造巖心物模實(shí)驗(yàn)和微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)分別評價(jià)了該體系的驅(qū)油效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系在40～80 ℃、礦化度1 000～13 000 mg/L、Ca2+含量50～350 mg/L范圍內(nèi)的油水界面張力在10-3～10-2mN/m間保持穩(wěn)定；人造巖心物模實(shí)驗(yàn)和微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示，水驅(qū)后注入聚合物驅(qū)或二元復(fù)合驅(qū)時(shí)，二元復(fù)合驅(qū)體系較單獨(dú)的聚合物驅(qū)可進(jìn)一步提高采收率。

聚/表二元復(fù)合驅(qū)；烷醇酰胺；界面張力；提高采收率；微觀驅(qū)油

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國普通的稠油油藏水驅(qū)后的采收率僅為13.5%［1］，稠油油藏的剩余油分布大部分為連續(xù)可流動(dòng)的，提高這類稠油油藏采收率的關(guān)鍵在于提高驅(qū)替流體的波及系數(shù)［2-5］。在常規(guī)水驅(qū)采收率較低的情況下，聚合物驅(qū)是提高采收率的常用方法。20世紀(jì)60年代，聚合物驅(qū)在二次采油和三次采油中首次提出并得到了廣泛的研究與應(yīng)用［6］。加入聚合物可增加水的黏度，降低水油流度比，提高水的波及系數(shù)，從而提高原油采收率［7］。此外，較水驅(qū)而言聚合物驅(qū)所需水量更少。20世紀(jì)70年代，研究者提出通過添加表面活性劑以提高聚合物驅(qū)的原油采收率［8］。在聚/表二元復(fù)合驅(qū)中，表面活性劑的作用是降低油水兩相的界面張力［9］和改變潤濕性［10］；聚合物的作用是提高聚合物和表面活性劑的波及系數(shù)［11］。烷醇酰胺具有抗鹽、抗高價(jià)離子和適用的pH范圍廣等優(yōu)點(diǎn)［12］，烷醇酰胺在油田中的應(yīng)用多集中在配方及性能的探索，而用于稠油聚/表二元復(fù)合驅(qū)中的相關(guān)研究較少［13-18］。

本工作采用椰油脂肪酸二乙醇酰胺型烷醇酰胺（6501）與部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）組成二元復(fù)合驅(qū)體系，利用旋轉(zhuǎn)滴法對該體系的耐溫、抗鹽、抗二價(jià)離子能力進(jìn)行了測定，并通過人造巖心物模實(shí)驗(yàn)和微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)分別對其性能進(jìn)行了評價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及儀器

原油：勝利油田孤東稠油，50 ℃黏度為350 mPa·s。為了便于微觀觀察和圖像分析，在水相中加入少量染色劑，將化學(xué)驅(qū)油體系染成紅色。染色劑：生物染色劑曙紅，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。實(shí)驗(yàn)用水為礦化度13 659.9 mg/L的模擬鹽水。6501：1∶1.5型烷醇酰胺，江蘇省海安石油化工廠。HPAM：相對分子質(zhì)量2×108，固含量91.2%，山東寶莫生物化工股份有限公司。人造巖心：由石英砂和環(huán)氧樹脂膠結(jié)而成，北京嘉德宜邦石油科技發(fā)展有限公司。二元復(fù)合驅(qū)體系配方為0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501。

TEXAS-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀：彪維公司。微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)在微觀可視化玻璃刻蝕模型中進(jìn)行，主要儀器有：JSZ6S型三目連續(xù)變倍體視顯微鏡（南京江南永新光學(xué)有限公司）、100DX型微量注入泵（美國Teledyne Isco公司）、HDCE-30A型高速攝像頭（寧波永新光學(xué)股份有限公司）。

1. 2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 界面張力的測定

按SY/T 5370—1999［19］規(guī)定的方法采用旋轉(zhuǎn)滴法測定油水界面張力，用實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)的軟件進(jìn)行圖像采集和分析，計(jì)算油水動(dòng)態(tài)界面張力。

1.2.2 人造巖心物模實(shí)驗(yàn)

巖心抽真空，在常溫下以0.2 mL/min速率向巖心中注入模擬鹽水來飽和巖心，注入2 PV以上，稱量，計(jì)算巖心孔隙體積；在50 ℃下以0.2 mL/ min速率向巖心中注入脫水原油，至出油3 mL以上，記錄出水體積，由此計(jì)算巖心含油飽和度；將上述巖心放在50 ℃下老化12 h；然后用模擬鹽水驅(qū)油至含水率為90%以上；為對比聚合物驅(qū)和二元復(fù)合驅(qū)的驅(qū)油效果，水驅(qū)后，分別注入0.5 PV的HPAM和二元復(fù)合體系，在后續(xù)水驅(qū)至出口端不出油，計(jì)算采收率，實(shí)驗(yàn)溫度為50 ℃。

1.2.3 微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)所用模型基于巖心孔喉形狀刻蝕的玻璃模型（見圖1）。從圖1可看出，模型為25 mm×25 mm親水性模型，黑色部分為孔隙，灰色部分為玻璃骨架。微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)裝置及流程見圖2。

圖1 微觀驅(qū)油模型Fig.1 Microcosmic oil displacement model.

圖2 微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)裝置Fig.2 Schematic diagram for a microcosmic oil displacement device.1 Distilled water tank；2 Micro-pump；3 Three-way valve；4 Intermediate container；5 Intermediate container；6 Pressure acquisition system；7 Camera；8 Microcosmic model；9 Thermostatic apparatus；10 Computer

從圖2可看出，玻璃模型抽真空后，飽和模擬鹽水；在50 ℃下飽和原油，并于此溫度下靜置老化24 h；以0.003 mL/min的速率注入化學(xué)劑溶液進(jìn)行驅(qū)替，采集整個(gè)驅(qū)替過程的圖像；分析驅(qū)替圖像，計(jì)算采收率。為便于觀察驅(qū)替中的現(xiàn)象，用曙紅將模擬鹽水染成紅色。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后模型先用自制的化學(xué)清洗液將殘余的原油沖洗干凈，再分別用甲苯、乙醚和甲醇混合溶劑、蒸餾水沖洗。

2 結(jié)果與討論

2.1 界面張力分析

2.1.1 溫度的影響

考察了溫度對0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系油水界面張力的影響，每組實(shí)驗(yàn)做3組平行實(shí)驗(yàn)。從圖3可看出，在40～80 ℃的范圍內(nèi)，該二元復(fù)合驅(qū)體系與原油的界面張力始終保持在10-2mN/m數(shù)量級范圍內(nèi)，變化幅度很小。

圖3 溫度對0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系油水界面張力的影響Fig.3 Effect of temperature on the oil/water interfacial tension(IFT) of the 0.1%(w) partially hydrolyzed polyacrylamide(HPAM)+ 0.3%(w)alkanolamide(6501) binary combination flooding system.Condition：oil viscosity 350 mPa·s.

2.1.2 礦化度和二價(jià)離子的影響

用不同濃度的NaCl溶液配制0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系，考察50 ℃下不同礦化度對二元復(fù)合驅(qū)體系油水界面張力的影響（見圖4）。從圖4可看出，在礦化度為1 000～13 000 mg/L范圍內(nèi)，油水界面張力變化很小。用不同含量的CaCl2溶液配制0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系，考察50 ℃下二價(jià)離子對二元復(fù)合驅(qū)體系油水界面張力的影響（見圖5）。從圖5可看出，在Ca2+含量為50～350 mg/L時(shí)，油水界面張力變化也很小。說明該二元復(fù)合驅(qū)體系具有良好的抗鹽和抗二價(jià)離子的性能，油水界面張力在10-3～10-2mN/m間保持穩(wěn)定。

圖4 不同礦化度對0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系油水界面張力的影響Fig.4 Effect of different salinity on the oil/water IFT of the 0.1%(w)HPAM+ 0.3%(w) 6501 binary combination flooding system.Test conditions：50 ℃，oil viscosity 350 mPa·s.

圖5 二價(jià)離子對0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系油水界面張力的影響Fig.5 Effect of bivalent ion concentration on the oil/water IFT of 0.1%(w) HPAM+ 0.3%(w) 6501 binary combination flooding system.Test conditions referred to Fig.4.

2.2 人造巖心物模實(shí)驗(yàn)

針對50 ℃下黏度為350 mPa·s的勝利孤東稠油，通過人造巖心驅(qū)油物模實(shí)驗(yàn)對聚合物、聚/表二元復(fù)合驅(qū)油體系的驅(qū)油效果進(jìn)行了評價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可知，當(dāng)注入0.1%（w）HPAM后，采收率較水驅(qū)增加40.6百分點(diǎn)；注入0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501后，采收率較水驅(qū)增加44.2百分點(diǎn)。說明一次水驅(qū)后采用0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系的采收率高于HPAM聚合物驅(qū)的采收率。單獨(dú)聚合物驅(qū)提高采收率的機(jī)理是通過增加水的黏度改善水油流度比，從而提高波及系數(shù)，但由于聚合物溶液不具有降低油水界面張力的能力，導(dǎo)致聚合物波及部分的洗油效率不高。聚/表二元復(fù)合驅(qū)體系提高采收率的機(jī)理是通過聚合物增加水的黏度改善水油流度比，同時(shí)表面活性劑的加入顯著降低了油水界面張力，從而提高波及部分的洗油效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，0.1%（w） HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系具有較好的界面性能，采收率比單獨(dú)聚合物驅(qū)有進(jìn)一步提高。

表1 人造巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Summary of displacement experiments with artificial rock core

聚合物驅(qū)的驅(qū)油物模結(jié)果見圖6。由圖6可看出，開始水驅(qū)時(shí)，驅(qū)替壓力先升高后降低，水驅(qū)采收率為29.0%。然后開始轉(zhuǎn)注0.5 PV的聚合物驅(qū)油體系段塞，此時(shí)壓力降開始迅速上升，并出現(xiàn)了一個(gè)明顯的峰值，同時(shí)含水率也開始下降，說明注入的驅(qū)油體系段塞以某種方式有效封堵了原先水驅(qū)形成的水流通道，使驅(qū)替液進(jìn)入未波及的原油富集區(qū)，改善水驅(qū)的驅(qū)替效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用聚合物驅(qū)時(shí)的采收率可在水驅(qū)的基礎(chǔ)上提高40.6百分點(diǎn)，總采收率達(dá)到69.6%。

圖6 聚合物驅(qū)的 驅(qū)油物模結(jié)果Fig.6 Core displacement of polymer flooding.■ Differential pressure；● Recovery ratio；▲ Water content Test conditions referred to Fig.4.

0.1 %（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系的驅(qū)油物模結(jié)果見圖7。從圖7可看出，水驅(qū)采收率為35.0%，而注入二元復(fù)合驅(qū)0.5 PV繼續(xù)驅(qū)替后，采收率提高44.2百分點(diǎn)，最終采收率達(dá)79.2%，較聚合物驅(qū)的最終采收率提高3.6百分點(diǎn)。

圖7 0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系的驅(qū)油物模結(jié)果Fig.7 Core displacement of 0.1%(w) HPAM+ 0.3%(w) 6501 binary combination flooding.■ Differential pressure；● Recovery ratio；▲ Water content Test conditions referred to Fig.4.

2.3 微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

鑒于單獨(dú)聚合物不具有降低油水界面張力的能力，使得聚合物驅(qū)提高洗油效率能力有限，故考慮在聚合物中加入表面活性劑，研究了聚/表二元復(fù)合驅(qū)提高稠油采收率的機(jī)理。聚合物驅(qū)的微觀驅(qū)油效果見圖8。

圖8 聚合物的驅(qū)微觀驅(qū)油效果Fig.8 Microcosmic oil displacement of polymer flooding. Test conditions referred to Fig.4.

從圖8a可看出，水驅(qū)時(shí)注入水沿對角線方向指進(jìn)非常明顯，沿對角線方向有明顯水道。注入0.5 PV水后，模型中仍有大量未波及的剩余油，主要呈簇狀、柱狀、盲端和孤島狀；注入聚合物驅(qū)后（見圖8b）連通性好的簇狀、柱狀、盲端和孤島狀殘余油被啟動(dòng)，剩余油和殘余油明顯減少。

圖9 0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系的微觀驅(qū)油效果Fig.9 Microcosmic oil displacement of the 0.1%(w)HPAM+ 0.3%(w)6501 binary combination flooding system. Test conditions referred to Fig.4.

0.1 %（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系的微觀驅(qū)油效果見圖9，乳化攜帶機(jī)理見圖10。對比圖8b和圖9b可看出，水驅(qū)后二元復(fù)合驅(qū)體系對剩余油的作用比聚合物驅(qū)對剩余油的作用明顯，二元復(fù)合驅(qū)體系的波及面更廣，剩余油和殘余油較聚合物驅(qū)更少。但模型主對角線方向的兩側(cè)仍有大量原油未被波及（見圖9b）。說明在聚合物中加入表面活性劑后，油水界面張力顯著降低，原油很容易和聚/表二元復(fù)合驅(qū)發(fā)生乳化分散現(xiàn)象（見圖10a～b中方框所示），形成水包油乳狀液（見圖10a～b中橢圓所示），然后通過乳化攜帶機(jī)理被采出，從而提高波及區(qū)域的洗油效率（見圖10c～d中橢圓所示）。

圖10 0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系的乳化攜帶機(jī)理Fig.10 Emulsifying and carrying mechanism of the 0.1%(w)HPAM+ 0.3%(w)6501 binary combination flooding system.

通過圖像處理軟件處理微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的圖像，計(jì)算得到水驅(qū)后進(jìn)行聚合物驅(qū)和0.1%（w） HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)的采收率曲線，見圖11～12。計(jì)算結(jié)果顯示，聚合物驅(qū)在水驅(qū)的基礎(chǔ)上采收率提高了24.6百分點(diǎn)，二元復(fù)合驅(qū)則提高了30.3百分點(diǎn)，二元復(fù)合驅(qū)較聚合物驅(qū)的采收率提高5.7百分點(diǎn)，微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果與人造巖心物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果接近。

圖11 水驅(qū)后進(jìn)行聚合物驅(qū)的采收率曲線Fig.11 Recovery curve of polymer flooding after water flooding.

圖12 水驅(qū)后進(jìn)行0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)的采收率曲線Fig.12 Recovery curve of the 0.1%(w)HPAM+ 0.3%(w)6501 binary combination flooding after water flooding.

3 結(jié)論

1）0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)體系具有良好的耐溫、抗鹽、抗二價(jià)離子能力，在40～80 ℃、礦化度1 000～13 000 mg/L、Ca2+含量50～350 mg/L范圍內(nèi)，該二元復(fù)合驅(qū)體系的油水界面張力在10-3～10-2mN/m間保持穩(wěn)定。

2）人造巖心物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HPAM+6501二元復(fù)合驅(qū)體系在水驅(qū)后能進(jìn)一步提高采收率，采收率提高44.2百分點(diǎn)，較聚合物驅(qū)的最終采收率提高3.6百分點(diǎn)。

3）通過圖像處理軟件處理微觀驅(qū)油的圖像，計(jì)算結(jié)果顯示，0.1%（w）HPAM+0.3%（w）6501二元復(fù)合驅(qū)可在水驅(qū)的基礎(chǔ)上提高采收率30.3百分點(diǎn)，較聚合物驅(qū)采收率提高5.7百分點(diǎn)，該結(jié)果與人造巖心物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果接近。

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（編輯 鄧曉音）

Enhanced residual oil recovery by surfactant/polymer binary combination flooding after water flooding of heary oil

Liao Kaili，Ge Jijiang，F(xiàn)u Lipei，Pei Haihua，Jiang Ping，Zhang Guicai
（Petroleum Engineering College，China University of Petroleum (East China)，Qingdao Shandong 266580，China）

The surfactant/polymer binary combination flooding system consists of alkanolamide(6501) and partially hydrolyzed polyacrylamide(HPAM). The temperature tolerance，salt resistance and divalent cation resistance of the binary combination flooding system were investigated by means of spinning drop interfacial tensiometer. The oil displacement effect of the binary combination floodi ng system was evaluated through artificial core displacement experiments and microcosmic oil displacement experiments. The results indicated that，under the conditions of temperature of 40-80 ℃，salinity of 1 000-13 000 mg/L and Ca2+concentration of 50-350 mg/L，the oil/water interfacial tension of the 0.1%(w) HPAM+ 0.3%(w) 6501 binary combination flooding system could be extremely low(10-3-10-2mN/m). Both the artificial core displacement experiments and the microcosmic oil displacement experiments showed that，after water flooding，the recovery ratio of the binary combination flooding system was higher than that of polymer flooding system.

surfactant/polymer binary combination flooding；alkanolamide；interfacial tension；enhanced oil recovery；microcosmic oil displacement

1000-8144（2016）12-1519-07

TE 357.463

A

10.3969/j.issn.1000-8144.2016.12.017

2016-05-13；［修改稿日期］2016-09-04。

廖凱麗（1989—），女，湖北省潛江市人，博士生，電話 15689131088，電郵 lkl123@163.com。聯(lián)系人：葛際江，電話0532-86981178，電郵 gejijiang@163.com。

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（24720156035A，24720156031A）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51474234）；山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（ZR2014EZ002）。