王少華,宋宏志,汪成,龔頁境,李毓,張殿印,毛琦,丁亞慧,陳丹豐,任搏難

(1.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室,北京 100028;2.中海油田服務股份有限公司油田生產事業(yè)部,天津 300459;東北石油大學 石油工程學院,黑龍江 大慶 163318)

近年來,海上稠油油藏開發(fā),為國民經濟、工業(yè)、科技等發(fā)展起到了重要的作用,據(jù)調查發(fā)現(xiàn),海上稠油油藏儲量約占總儲量的60%,對海上稠油油藏進行提高采收率研究具有重大的意義[1-4]。

近年來,伴隨我國稠油開采量的增加,開采難度逐年提高,由于巖石基體潤濕性差,流體之間的界面張力強,因此,要想提高采油效率,對其高效地利用剩余油,非常重要,稠油膠質瀝青質等大分子物質含量高,導致表觀黏度大,流動性能差,不易于采出,同樣為運輸帶來了難題,筆者根據(jù)上述問題,采用“表活劑+分散劑”復配的方式,改變原油與地層間的界面張力,提高洗油效率進而達到提高采收率的目的[5-6]。其中物理方法降黏(例如加熱、摻稀)相比于化學方法降黏(例如水熱催化裂解、加降黏劑、微生物降黏),經濟成本高、能耗大,稠油損失量較多,且相關機理研究不成熟,對于大范圍使用并不適用;而水熱催化裂解降黏、微生物降黏對于相關催化劑、微生物的選擇較為困難,操作也更為復雜,應用范圍相對較小[7]。

前期研究表明,當下驅油研究的熱點就是分散劑降黏,其中最有前途的高效分散體系,例如兩親聚合物活化劑,既能降低原油黏度,又能增加水相黏度,可大幅改善水/油流度比[8-9],因此強乳化作用對于稠油油藏的開采,應根據(jù)實際采收率等數(shù)作評估,為此本實驗采用巖心驅油,結合各種模擬方法,并控制油水比和原油黏度的基礎上,在對比多組含油飽和度的驅替試驗后,得出高效分散體系在復合驅替實驗中對提高采收率有顯著增益。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

Y分散劑溶液(AR江蘇海安石油化工廠),有效含量為99%。稠油油樣為某海上油田油樣,油藏溫度為70 ℃DV-II型博勒飛布氏黏度計(深圳市力達信儀器有限公司);84-1型多頭磁力攪拌器(上海梅香儀器有限公司);84-1型多頭磁力攪拌器(上海梅香儀器有限公司)ISM-ZS50體式顯微鏡(日本奧林巴斯有限公司);高溫界面張力儀;ISM-ZS50體式顯微鏡。

1.2 實驗方法

1.2.1 稠油降黏效果測定

(1)將海上某油田油樣進行脫水處理,去除原油中的水分,備用。

(2)將(1)中處理過的原油放入73 ℃(地層溫度)恒溫箱中,蓋本項目防止輕烴蒸發(fā)。

(3)首先將(2)中預熱好的原油,進行黏度檢測,打開DV-II型博勒飛布氏黏度計,打開水浴加熱至73 ℃,測其黏度。

(4)將(2)中預熱好的原油與73 ℃Y分散降黏體系體積比1∶1混合放置于73 ℃水浴鍋中攪拌,轉述600 r/min,攪拌2 h。

(5)將(4)中攪拌好的“原油+Y分散降黏體系”加入到黏度計中,根據(jù)觀察先選擇量程大的轉子,30 r/min,測其黏度大概范圍。

(6)根據(jù)(5)中測試,選取合適的轉子與轉速,準確測量,重復測量3次,取其平均值,并記錄。

1.2.2 乳化性能

(1)首先將1.2.1-(1)中脫水原油與Y分散降黏體系加熱至73 ℃。

(2)原油與Y分散降黏體系按1∶1混合,并將其放入乳化機中乳化10 min。

(3)取(2)中適量乳化好的油水混合乳狀液放入到比色管中,放入73 ℃恒溫箱中,前1 h每隔5 min觀察一次分水情況,1～2 h每隔20 min觀察一次,以后每隔1h觀察一次,并記錄,判斷Y分散降黏體系形成乳狀液的穩(wěn)定性。

(4)將(3)中乳狀液放置油水分離達到80%以上,濾出水分,再加入新配置的Y分散降黏體系進行二次乳化,重復(3)中操作3次,利用電子顯微鏡觀察每次乳化油滴的微觀變化。

1.2.3 界面張力

(1)首先配置模擬目標地層地層水,備用。

(2)用(1)中模擬水與Y分散降黏體系制備不同濃度的溶液,在磁力攪拌器上攪拌均勻。

(3)將配制好的礦化度溶液與原油加入到界面張力儀中,升溫到73 ℃(地層溫度),轉速為7 000 r·min-1測定界面張力。

1.2.4 模擬驅油實驗物理模擬

(1)首先選取符合規(guī)定的巖心(45 mm×45 mm×300 mm長條巖心)。

(2)對巖心進行滲透率測定,選擇滲透率1 000×10-3～2 000×10-3μm2。

(3)依據(jù)實驗方案飽和油。

(4)最后根據(jù)實驗方案開展驅油實驗。

2 結果與討論

2.1 稠油降黏效果測定

如圖1所示,為降黏率與藥劑濃度的關系圖。

圖1 降黏率與藥劑濃度關系

由圖1可以看出,從整體來看,隨著藥劑濃度的增加降黏率也隨之增加,說明藥劑濃度越高降黏效果越好,隨著原油占比的不斷增加,在相同藥劑濃度的條件下,降黏率呈下降趨勢,尤其是油、水體積比從5∶5增加為6∶4,在藥劑質量濃度為400 mg/L時,出現(xiàn)了降黏率出現(xiàn)了較大幅的跳躍,可見含水低于總占比的一半,在低藥劑濃度條件下,不利于藥劑與原油的混合,藥劑很難進入到原油中,但隨著藥劑濃度的不斷增加,這一趨勢逐漸體現(xiàn)的不明顯,即高濃度藥劑可以促進原油性能改變。

2.2 稠油乳化特征

從圖2可以看出,一次乳化(圖2(a))時,乳狀液油滴較大,呈片狀分布,乳化效果很差;二次乳化(圖2(b))時,乳狀液油滴變小,但大小分布不均勻,乳化效果較差;三次乳化(圖2(c))時,乳狀液油滴進一步變小,其大小略顯均勻,乳化效果較好;四次乳化(圖2(d))時,乳狀液油滴很小,大小分布均勻,乳化效果很好。

圖2 乳狀液微觀結構(放大倍數(shù)35倍)

隨著乳化次數(shù)的增加,乳狀液微觀下油滴由整片分散成粒徑較小且大小均勻的小油滴,可見Y分散降黏體系具有很好的分散作用,更利于形成水包油狀乳狀液,利于油水分離,且乳狀液穩(wěn)定性也較好。

2.3 界面張力

如圖3隨著乳化次數(shù)的增加,新鮮原油與上一次乳化分離出的藥劑再次進行乳化,界面張力呈上升趨勢,即Y分散降黏體系中的有效成分部分與原油結合,并成為其中的組分,改變原油的成分,進而改變其性能,隨著乳化次數(shù)的增加,每次原油吸附藥劑中的成分也有差別,第二次吸附量較其他幾次較多,由圖2(b)圖即可以看出,與一次乳化有較明顯差別,與第三次乳化差別較小,即Y分散降黏體系可以有效地降低原油與流體間的界面張力,改變地層對原油的作用力,進而達到提高采收率的目的。

圖3 乳化次數(shù)與界面張力的關系

圖4 注入壓力與PV數(shù)關系

2.4 模擬驅油實驗物理模擬

方案一:水驅至含水率為98%;

方案二:水驅至含水率為90%+0.05PV 堵水劑+0.05PV Y分散劑溶液(0.1 mL/min,Cs=800 mg/L)+后續(xù)水區(qū)到含水98%;

方案三:水驅至含水率為90%+0.05PV 堵水劑+0.05PV Y分散劑溶液(0.3 mL/min,Cs=800 mg/L)+后續(xù)水區(qū)到含水98%;

方案四:水驅至含水率為90%+0.05PV 堵水劑+0.05PV Y分散劑溶液(0.5 mL/min,Cs=800 mg/L)+后續(xù)水區(qū)到含水98%;

方案五:水驅至含水率為90%+0.05PV 堵水劑+0.05PV Y分散劑溶液(0.1 MPa,Cs=800 mg/L)+后續(xù)水區(qū)到含水98%;

方案六:水驅至含水率為90%+0.05PV 堵水劑+0.05PV Y分散劑溶液(0.3 MPa,Cs=800 mg/L)+后續(xù)水區(qū)到含水98%;

方案七:水驅至含水率為90%+0.05PV 堵水劑+0.05PV Y分散劑溶液(0.5 MPa,Cs=800 mg/L)+后續(xù)水區(qū)到含水98%;

方案八:水驅至含水率為90%+0.05PV 堵水劑+0.05PV Y分散劑溶液(Cs=800 mg/L,恒速注入)+后續(xù)水驅到含水98%。

從表4可以看出,采出端巖心采取堵水或Y分散體系吞吐措施都能大幅度提高采收率?！胺桨付桨杆摹痹鲇徒Y果對比看出,隨Y分散體系注入隨著速度增加,采收率增幅逐漸提高。分析機理顯示,隨著注入速度逐漸增加,注入壓力不斷升高如圖5,模擬地層滲透率低壓差增大,吸液量增多,從而提高了Y分散體系波及體積和洗油效率。

表2 采收率實驗數(shù)據(jù)

圖5 采收率與PV數(shù)關系

通過對比“方案五～方案七”實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),隨實驗注入壓力值不斷增加,采收率增長幅度呈現(xiàn)“先上升后下降”趨勢如圖6。分析機理表明,通過恒壓實驗隨著注入壓力不斷升高,波及面積逐漸擴大,注入壓力一旦過高,導致注入速度過快,Y分散劑溶液在巖心內停留和作用時間減短,乳化效果變差,最終驅油效果變差。

Y分散劑溶液在巖心內停留和作用時間減短,乳化性能變差,最終導致驅油效果變差。注入壓力過高還會導致Y分散體系溶液加快通過中低滲透層并回流至高滲層,導致出現(xiàn)竄流現(xiàn)象,不利于乳化降黏和開采中低滲透層剩余油。通過對比恒壓實驗與恒速實驗數(shù)據(jù),表明,恒速實驗采收率值要高于恒壓實驗的值,這與Y分散劑溶液發(fā)生回流和乳化效果降低有關。

3 結論

(1)當“油、水”體積比低于7∶3和藥劑質量濃度高于1 000 mg/L時,乳狀液黏度值較低,降黏率可以達到80%。

(2)Y分散劑溶液抗吸附能力較強,吸附次數(shù)大于兩次,界面張力明顯上升,Y分散降黏體系可以有效地降低原油與流體間的界面張力,改變地層對原油的作用力,進而達到提高采收率的目的。

(3)“注藥劑+水驅”與空白水驅對照,前者較后者可以大幅度提高采收率。

(4)原油黏度對水驅或調驅增油降水效果存在較大影響。隨原油黏度增加,水驅或調驅增油降水性能變差。