蘇延昌

(大慶油田公司 第六采油廠，黑龍江 大慶 163114)

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喇嘛甸油田強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)采出液性能分析

蘇延昌

(大慶油田公司 第六采油廠，黑龍江 大慶 163114)

為了給強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)決策提供依據(jù)，以喇嘛甸油田取樣井的采出液為研究對(duì)象，分析了強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)采出液藥劑加量與黏度和界面張力間的關(guān)系，探索了強(qiáng)堿三元復(fù)合體系段塞黏度對(duì)采出液藥劑加量和色譜分離程度的影響。結(jié)果表明，隨取樣井儲(chǔ)層滲透率增加，采出液中堿、表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和聚合物質(zhì)量濃度呈現(xiàn)“先升后降”變化趨勢(shì)。隨采出液聚合物質(zhì)量濃度增加，黏度增加，界面張力升高。隨采出液堿和表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，黏度減小，界面張力降低。分析表明，強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)過(guò)程中存在比較嚴(yán)重色譜分離現(xiàn)象。通過(guò)提高三元復(fù)合體系黏度可以減弱色譜分離現(xiàn)象，進(jìn)而改善三元復(fù)合驅(qū)增油效果。

大慶喇嘛甸油田；采出液檢測(cè)； 機(jī)理分析

近年來(lái)，大慶油田在喇嘛甸、薩爾圖和杏樹(shù)崗等油層開(kāi)展了強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較好的增油降水效果，已成為油田“穩(wěn)油控水”的重要技術(shù)手段[1-4]。與聚合物溶液相比較，三元復(fù)合體系中堿可以與石油中石油酸等反應(yīng)，生成表面活性物質(zhì)，可以與三元復(fù)合體系中原有的表面活性劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，促使油水界面張力大幅度降低，同時(shí)引起油水乳化。乳狀液不僅可以起到調(diào)剖和擴(kuò)大波及體積作用，而且具有較強(qiáng)洗油和攜油能力[5-7]。

礦場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，大慶油田不同區(qū)塊采出液穩(wěn)定性和藥劑濃度存在較大差異。分析其原因，除了儲(chǔ)層礦物組成、平均滲透率和非均質(zhì)性等差異外，各個(gè)區(qū)塊驅(qū)油劑段塞組合和黏度不同也是重要影響因素。有關(guān)采出液性質(zhì)及其影響因素方面室內(nèi)研究工作已有文獻(xiàn)報(bào)道[8-9]，但通過(guò)專(zhuān)門(mén)取樣井收集和分析采出液藥劑組成并結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)研究色譜分離程度和作用機(jī)理方面研究工作還未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。依據(jù)礦場(chǎng)實(shí)際需求，本文以物理化學(xué)和油藏工程等為理論指導(dǎo)，以化學(xué)分析為技術(shù)手段，以喇嘛甸油田取樣井的采出液為研究對(duì)象，開(kāi)展了強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)采出液藥劑加量與黏度和界面張力關(guān)系研究，探索了強(qiáng)堿三元復(fù)合體系段塞黏度對(duì)采出液藥劑加量和色譜分離程度的影響，對(duì)改善強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)增油效果具有重要參考價(jià)值。

1　滲透率與采出液藥劑加量關(guān)系

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣井儲(chǔ)層滲透率以及采出液中堿、表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和聚合物質(zhì)量濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)，繪制散點(diǎn)圖并添加趨勢(shì)線結(jié)果，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1　儲(chǔ)層滲透率與采出液藥劑加量關(guān)系

Fig.1The relationship between reservoir permeability and the pharmaceutical concentration of produced liquid

從圖1中可以看出，隨取樣井儲(chǔ)層滲透率增加，采出液中堿、表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和聚合物質(zhì)量濃度呈現(xiàn)“先升后降”變化趨勢(shì)。分析其原因認(rèn)為，當(dāng)儲(chǔ)層巖心滲透率小于0.8 μm2時(shí)，隨滲透率增大，地層巖石吸附作用減弱，采出液中堿、表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和聚合物質(zhì)量濃度升高。當(dāng)滲透率大于0.8 μm2時(shí)，由于前置高質(zhì)量濃度聚合物段塞的調(diào)剖作用，促使后續(xù)三元復(fù)合體系更多地進(jìn)入中低滲層，引起化學(xué)藥劑滯留量增加，采出液中堿和表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。

2　采出液界面張力與藥劑加量關(guān)系

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣井采出液界面張力以及堿、表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和聚合物質(zhì)量濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)，繪制散點(diǎn)圖并添加趨勢(shì)線結(jié)果，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2　采出液界面張力與藥劑加量關(guān)系

Fig.2Relationship between the produced liquid interfacial tension and pharmaceutical concentration

從圖2中可以看出，隨采出液中堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，油水間界面張力呈現(xiàn)下降態(tài)勢(shì)。分析表明，由于堿可以協(xié)助重烷基苯石油磺酸鹽表面活性劑與原油中有機(jī)酸和膠質(zhì)瀝青質(zhì)作用，促使油水相間界面張力降低。從圖2中還可以看出，隨采出液中表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，油水間界面張力呈下降態(tài)勢(shì)，這與室內(nèi)配制三元復(fù)合體系與原油間界面張力變化規(guī)律一致[10]；隨采出液中聚合物質(zhì)量濃度增大，油水相間界面張力呈先下降后上升態(tài)勢(shì)。研究表明，隨聚合物質(zhì)量濃度增加，可以有效抑制表面活性劑與地層水中離子生成絡(luò)合物，提高了表面活性劑的利用率和工作效率，使得界面張力降低。當(dāng)聚合物質(zhì)量濃度增加到一定值時(shí)，水相黏度快速增加，導(dǎo)致油水相間界面張力增大。

3　采出液黏度與藥劑加量關(guān)系

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣井采出液黏度以及堿、表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和聚合物質(zhì)量濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)，繪制散點(diǎn)圖并添加趨勢(shì)線，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3　采出液黏度與藥劑加量關(guān)系

Fig.3Relationship between produced liquid viscosity and pharmaceutical concentration

從圖3中可以看出，隨采出液中聚合物質(zhì)量濃度增加，采出液黏度呈上升態(tài)勢(shì)。當(dāng)聚合物質(zhì)量濃度超過(guò)1 000 mg/L時(shí)，黏度增幅加劇。從圖3中還可以看出，隨采出液中堿和表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，采出液黏度呈現(xiàn)“先升后降”態(tài)勢(shì)。分析表明，當(dāng)堿和表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，堿的水解作用和表面活性劑的吸附作用有利于增大聚合物分子線團(tuán)尺寸，增強(qiáng)其包絡(luò)水分子能力。但隨堿和表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加，Na+濃度增加，對(duì)聚合物分子鏈stem雙電層產(chǎn)生壓縮作用增強(qiáng)，造成聚合物分子鏈卷曲和收縮，包絡(luò)水分子能力減弱，聚合物溶液黏度開(kāi)始下降[11]。

4　采出液藥劑加量與色譜分離現(xiàn)象的關(guān)系

4.1原理簡(jiǎn)介

當(dāng)三元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)，聚合物、堿和表面活性劑由于競(jìng)爭(zhēng)吸附、滯留損失差異等因素，破壞了三元復(fù)合體系的完整性，導(dǎo)致它們之間差速運(yùn)移，并且影響堿和表面活性劑之間的協(xié)同效應(yīng)，稱(chēng)之為色譜分離。一般采用無(wú)因次突破時(shí)間和無(wú)因次等濃距等描述三元復(fù)合體系的色譜分離程度，無(wú)因次突破時(shí)間指的是最早檢測(cè)到采出液中聚合物/堿/表面活性劑時(shí)所對(duì)應(yīng)PV(孔隙體積)數(shù)，無(wú)因次等濃距指的是采出液中任意兩種化學(xué)劑達(dá)到相同無(wú)因次濃度時(shí)所對(duì)應(yīng)的PV(孔隙體積)數(shù)之差。三元復(fù)合體系中各組分的無(wú)因次突破時(shí)間相差愈大、無(wú)因次等濃距愈大，色譜分離程度就愈嚴(yán)重。

4.2色譜分離程度

采出液無(wú)因次濃度C/C0與PV數(shù)關(guān)系見(jiàn)圖4，其中C0為原始注入三元復(fù)合體系中各組分濃度，其中聚合物質(zhì)量濃度為2 500 mg/L，堿和表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.2%和0.3%。

圖4　無(wú)因次濃度C/C0 與PV數(shù)關(guān)系

Fig.4The relationship between dimensionless concentration ofC/C0and the times of PV

從圖4中可以看出，聚合物突破時(shí)間約為0.09 PV，堿突破時(shí)間約為0.28 PV，表面活性劑突破時(shí)間相對(duì)滯后，約為0.49 PV，表明聚合物、堿和表面活性劑3種化學(xué)劑運(yùn)移速度間存在差別，即存在色譜分離現(xiàn)象。分析表明，由于巖心中存在聚合物分子線團(tuán)不可及孔隙體積使得聚合物首先突破，此外，由于聚合物與烷基苯磺酸鹽之間的混溶性比較差，同時(shí)在堿作用下，聚合物水解程度增加，使得分子鏈上的負(fù)電荷也增加，并且由于堿與巖石間的相互作用使得巖石表面的負(fù)電荷增加，導(dǎo)致吸附過(guò)程中聚合物被排斥，都會(huì)使聚合物超前突破[12]。從圖4中還可以看出，采出液中聚合物、堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和表面活性劑質(zhì)量濃度變化曲線與橫坐標(biāo)所圍的面積不同，聚合物質(zhì)量濃度變化曲線與橫坐標(biāo)所圍的面積最大，其次為堿、表面活性劑。說(shuō)明采出液中聚合物相對(duì)流出量最大，其次為堿，表面活性劑的相對(duì)流出量最小。即表面活性劑在地層中的損失量最大，依次為堿、聚合物。從圖4中還可以看出，采出液中聚合物、堿和表面活性劑3種化學(xué)劑的相對(duì)濃度C/C0的極值不同，聚合物的無(wú)因次濃度C/C0極值最大，其次為堿，表面活性劑的極值最小，并且3種化學(xué)劑出現(xiàn)相對(duì)濃度C/C0極值的時(shí)間也不同。說(shuō)明按配方配制好的三元復(fù)合體系在注入地層后，其組分發(fā)生了改變，這種改變對(duì)于3種化學(xué)劑之間的協(xié)同作用是非常不利的。

當(dāng)無(wú)因次濃度C/C0=0.03時(shí)，三元復(fù)合體系中各組分間的無(wú)因次等濃距見(jiàn)表1。

表1　無(wú)因次等濃距對(duì)比

從表1中可以看出，表面活性劑與聚合物間無(wú)因次等濃距為0.497 PV，表面活性劑與聚堿間無(wú)因次等濃距為0.314 PV，堿與聚合物間無(wú)因次等濃距為0.183 PV。由此說(shuō)明，表面活性劑與堿和聚合物之間的色譜分離程度相對(duì)比較嚴(yán)重，而堿與聚合物之間相對(duì)較弱。因此，聚合物、堿和表面活性劑三元復(fù)合體系的色譜分離主要發(fā)生在表面活性劑與聚合物、堿之間，因?yàn)閹r心孔隙內(nèi)表面的吸附作用和孔隙喉道的捕集作用都會(huì)使表面活性劑大量損耗。

4.3驅(qū)油劑段塞黏度對(duì)色譜分離的影響

礦場(chǎng)三元復(fù)合體系注入液黏度與時(shí)間關(guān)系見(jiàn)圖5，其采出液無(wú)因次濃度與注入PV數(shù)關(guān)系見(jiàn)圖6。

圖5　三元復(fù)合體系段塞黏度與時(shí)間關(guān)系

Fig.5The relationship between the slug viscosity of ASP system and the time

從圖5中可以看出，礦場(chǎng)采取各注入段塞黏度逐漸減小組合方式，即三元主段塞黏度高于三元副段塞的黏度，三元副段塞黏度高于保護(hù)段塞黏度。

圖6　無(wú)因次濃度C/C0 與PV數(shù)關(guān)系

Fig.6The relationship between dimensionless concentration ofC/C0and the times of PV

從圖6中可以看出，驅(qū)油劑段塞黏度較高時(shí)，采出液中三元復(fù)合體系各組分出現(xiàn)峰值對(duì)應(yīng)段塞尺寸基本相同。但當(dāng)驅(qū)油劑段塞黏度較低時(shí)，采出液中三元復(fù)合體系各組分出現(xiàn)峰值出現(xiàn)先后距離加大。說(shuō)明驅(qū)油劑段塞黏度較低時(shí)色譜分離程度更嚴(yán)重。因此，增加驅(qū)油劑黏度可以減弱色譜分離程度，提高驅(qū)油效果。

5　結(jié)論

(1) 隨取樣井儲(chǔ)層滲透率增加，采出液中堿、表面活性劑和聚合物濃度呈現(xiàn)“先升后降”變化趨勢(shì)。

(2) 隨采出液聚合物質(zhì)量濃度增加，黏度增加，界面張力升高。隨采出液堿和表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，黏度減小，界面張力降低。

(3) 采出液藥劑濃度分析表明，強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)過(guò)程中存在比較嚴(yán)重色譜分離現(xiàn)象。通過(guò)提高三元復(fù)合體系黏度可以減弱色譜分離現(xiàn)象，進(jìn)而改善三元復(fù)合驅(qū)增油效果。

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(編輯閆玉玲)

Produced Liquid Performance Analysis of ASP Flooding with Strong Base in Lamadian Oilfield

Su Yanchang

(No.6OilProductionCompanyinDaqingOilfieldofPetroChina,DaqingHeilongjiang163114,China)

In order to provide a basis for decision-making on improving the effect of ASP flooding with strong base, this paper carried out the research on the relationship of produced liquid reagent concentration and its viscosity to interfacial tension, through taking Lamadian oilfield produced fluid of ampling wells as research object. And this paper also explored the effect of ASP system slug viscosity to produced liquid reagent concentration and chromatographic separation degree. The results showed that with the increasing of the sampling wells permeability in reservoir, the produced liquid concentration of alkali, surface active agent and polymer present "first rising and then falling" change trend. With the concentration increasing of polymer in produced liquid, its viscosity and interfacial tension gradually increased. With the concentration increasing of alkali and surface active agent in produced liquid, its viscosity and interfacial tension gradually reduced. By analysis of the produced liquid concentration, there is a more serious phenomenon of chromatographic separation during the process of ASP flooding with strong base. Throngh enhancing the viscosity of ASP system, it can weak the separation of chromatographic separation, which can improve the oil encreasement effect of ASP flooding.

Lamaidan oilfield in Daqing; Produced liquid detection； Mechanism analysis

1006-396X(2016)04-0047-05投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2015-12-14

2016-04-04

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)子課題“聚合物驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率新技術(shù)”經(jīng)費(fèi)資助(2011ZX05010-005)。

蘇延昌(1969-)，男，博士，高級(jí)工程師，從事化學(xué)驅(qū)技術(shù)研究和管理工作;E-mail:suyanchang@petrochina.com.cn。

TE357

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.04.010