陳宇光 侯吉瑞 尚丹森 方舟

1.中國石油大學(北京)非常規(guī)油氣科學技術研究院2.中石油三次采油重點實驗室低滲油田提高采收率應用基礎理論研究室 3.石油工程教育部重點實驗室

弱堿三元復合驅油技術是近年來發(fā)展的一種三次采油提高采收率新技術。強堿容易與地層巖心反應并結垢[1-2]，對地層的影響比較大。目前，許多文獻都對弱堿三元復合驅油技術進行過相關的報道[3-5]，在大慶Ⅲ類油層也有相關的研究。周志軍等[6]研究了弱堿三元復合體系在不同注入階段的注入壓力、采出液黏度、阻力系數等參數在Ⅲ類油層巖心中的變化規(guī)律；閆文華等[7]研究了Ⅲ類油層中弱堿三元復合體系的聚合物濃度、表面活性劑濃度、注入時機及注入方式對驅油效果的影響；賈忠偉等[8]對三元復合驅在Ⅲ類油層中提高采收率的可行性進行研究，認為Ⅲ類油層應用三元復合驅是可行的。但是，關于弱堿三元復合驅油技術在Ⅲ類油層中的規(guī)律研究都是在巖心中進行的實驗，由于巖心長度的限制，一般不超過1 m，反映三元復合體系在地層中的長距離、長時間的運移過程規(guī)律有限。馬云飛等[9-10]和安晨輝[11]對超長砂管長距離運移實驗都有過相關的研究，對油田現(xiàn)場具有現(xiàn)實指導意義，但是都沒有研究弱堿三元復合體系，且研究的對象均為大慶Ⅱ類油層，未對Ⅲ類油層有過相關的報道。大慶油田Ⅲ類油層比Ⅱ類油層具有滲透率更低、有效厚度更小等特點。因此，對Ⅲ類油層中弱堿三元復合體系在30 m超長填砂管的運移規(guī)律進行了研究。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

聚合物(P)：部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)，分子量800萬，有效含量90%(質量分數)；表面活性劑(S)：石油磺酸鹽，有效含量40%(質量分數)；堿(A)：碳酸鈉，分析純。

實驗用水：大慶油田深度處理脫油污水；實驗用油：航空煤油和大慶油田采油二廠脫水原油按比例配制成黏度為9.9 mPa·s(45 ℃)的模擬油；油砂：大慶油田天然巖心經過抽提、解集處理獲得。

1.2 實驗儀器

布氏黏度計(Brookfield Viscometer)，TX-500C界面張力儀，KQ2000E型超聲波清洗器及自主設計制造的30 m填砂長管物理驅油實驗裝置。該實驗裝置包括：自控恒溫箱、恒壓恒速泵、中間容器、30 m填砂長管模型、壓力傳感器及數據采集系統(tǒng)。其實驗流程如圖1所示。

1.3 實驗方案

(1) 使用油砂填充30 m長管后，對30 m長管填砂模型進行抽真空處理，然后飽和水并測定孔隙體積和水測滲透率。

(2) 飽和模擬油，并在45 ℃下老化10天。

(3) 水驅至出口含水率達到98%。

(4) 前后順序注入弱堿三元復合體系主段塞和副段塞。主段塞0.35 PV，體系配方為0.3%(w)S+1.2%(w)A +1650 mg/L P，黏度為24.6 mPa·s；副段塞0.2 PV，體系配方為0.2%(w)S+1.0%(w)A +1550 mg/L P，黏度為24.3 mPa·s。

(5) 注入0.2 PV的保護段塞(1200 mg/L P，黏度為24.4 mPa·s)。

(6) 后續(xù)水驅至含水率達到98%。

以上實驗溫度為45 ℃恒溫，流速為0.3 mL/min恒速。從主段塞開始注入時取樣，取樣時刻對應的注入體積如表1所列，取樣點分布如表2所列。

表2 取樣點分布Table 2 Distribution of sampling points取樣點編號123456距入口端距離/cm12838363888811431398取樣點編號789101112距入口端距離/cm156319082163241826733000

1.4 分析方法

(1) 使用布氏黏度計測黏度。測量溫度45 ℃，轉速6 r/min。

(2) 使用TX-500C型旋轉滴界面張力儀測界面張力。測量溫度45 ℃，轉速5000 r/min。

(3) 使用KQ2000E型超聲波清洗器和分刻度容量瓶測量殘余油飽和度，具體方法見文獻[12]。

2 實驗結果與分析

2.1 驅油動態(tài)分析

在30 m填砂長管物理模型中研究Ⅲ類油層弱堿三元復合驅油技術的驅油效果如表3所示，驅油動態(tài)曲線如圖2所示。

表3 驅油效果Table 3 Oil recovery efficiency孔隙度/%水測滲透率/10-3 μm2初始含油飽和度/%水驅采收率/%提高采收率幅度/%23.96105.9465.7243.5717.06

從表3可看出，在滲透率為105.94×10-3μm2的Ⅲ類油層中，水驅采收率為43.57%，進行弱堿三元復合驅后，提高采收率幅度為17.06%，說明弱堿三元復合驅在Ⅲ類油層中的提高采收率效果較好。

由圖2可見，注入壓力曲線整體趨勢是先上升后下降。在壓力上升階段，最高壓力達到12.5 MPa，約是水驅壓力(3.4 MPa左右)的3.68倍，說明該弱堿三元復合體系在Ⅲ類油層中保證注入能力良好的基礎上，還能保證一定的控制流度和提高滲流阻力的能力。注入壓力在主段塞、副段塞和保護段塞均有不同程度的升高，其中主段塞壓力上升幅度最大，這主要與注入體積的大小有關；在注入壓力下降階段，開始下降速度較快，逐漸變緩，最終壓力下降至5.4 MPa左右，約是水驅壓力的1.59倍，說明該弱堿三元體系在Ⅲ類油層中對地層滲透率的影響較小，能保證Ⅲ類油層殘余油的后續(xù)開發(fā)。含水率曲線趨勢為先上升、基本保持不變、后下降、再整體上升。其中，在主段塞階段含水率基本不變，在副段塞階段含水率開始下降，保護段塞階段含水率降至最低值(約為72%)后，含水率開始上升，在后續(xù)水驅階段含水率整體上升。這是因為：當三元復合體系注入到地層時，由于在地層中運移距離較長，弱堿三元復合體系不能將其在近井地帶驅出的剩余油快速驅替到出口，因此主段塞含水率保持不變，副段塞含水率開始降低，此時三元復合體系開始見效，且效果不斷增強，在保護段塞(注入體積的1.2 PV處)驅油效果達到最大，隨后驅油效果逐漸衰弱，含水率開始上升，因此，含水率在后續(xù)水驅階段整體上升。

2.2 黏度規(guī)律變化

黏度是三元復合驅油效果重要的因素之一，黏度的大小主要與聚合物的含量有關，增大體系的黏度能有效地改善流度比，增大三元復合驅的波及體積，從而提高石油的采收率[13]。因此，研究了弱堿三元復合驅體系黏度在Ⅲ類油層長距離運輸中的變化規(guī)律，結果如圖3所示。

從圖3可看出：第1～第7次取樣樣品的黏度隨著運移距離的增加而逐漸減少，這是由于三元復合體系和保護段塞在地層運移過程中發(fā)生遇水稀釋、地層吸附、滯留作用以及剪切作用，使三元復合體系和保護段塞的黏度下降，且體系前緣部分最先與地層接觸，受到水稀釋、地層吸附、滯留作用影響最大。因此，體系前緣的黏度最小；而第8～第11次取樣樣品的黏度隨著運移距離的增加，黏度的峰值不斷右移，并且峰值下降，第8次開始是后續(xù)水驅階段，水驅推動三元復合體系和保護段塞向地層深處移動，造成峰值向右移動，而三元復合體系和保護段塞在地層深處繼續(xù)發(fā)生遇水稀釋、吸附、滯留作用以及剪切作用，黏度逐漸下降，造成峰值下降。由此可見：在運移過程中，距離入口端越近，驅替劑整體的黏度越大，此時驅替劑在地層中的波及能力越強，驅油效果就越好；而隨著與入口端距離的增加，驅替劑整體黏度變小，此時驅替劑在地層中的波及能力減弱，驅油效果也相應地變差。

2.3 界面張力規(guī)律變化

界面張力是三元復合驅油效果另外一個重要因素，界面張力的大小主要與表面活性劑和堿含量的大小有關，油水界面張力越低，地層中的剩余油越容易被驅動，洗油效率更好，提高采收率的幅度更大[14]。因此，研究了弱堿三元復合驅體系界面張力在Ⅲ類油層長距離運輸中的變化規(guī)律，結果如圖4所示。

從圖4可看出 ：第1次～第5次取樣樣品的界面張力隨著運移距離的增加而減小，這是由于表面活性劑和堿在地層中發(fā)生稀釋、吸附、滯留作用，且驅替前緣受到作用的影響最大；而從第6次開始，注入的驅替液為保護段塞，推著三元復合體系向地層深處運移，且三元復合體系中后部的表面活性劑和堿又受到稀釋、擴散的作用，從而使界面張力隨著向深部運移發(fā)生先降低后增加的趨勢，且隨著運移距離的增加，地層對驅替液的稀釋、吸附、滯留影響嚴重，界面張力的最低值是逐漸減小的。從整體上看，隨著運移距離的增加，界面張力值逐漸增大。運移距離在8.9 m之前，界面張力在超低界面張力下(10-3mN/m數量級)，此時可以將地層中的剩余油順利地驅替出來，地層內的剩余油減少，洗油效率得到提升，采收率能得到大幅度的提高。當運移距離超過8.9 m之后，界面張力達到10-2mN/m數量級，盡管有堿起到保護劑的作用，但超低界面張力仍是脆弱的，三元復合體系隨著運移距離的增加，表面活性劑受到地層水稀釋、地層吸附、色譜分離、油水相分離等因素的影響，含量大大減少，從而破壞了超低界面張力這種理想的狀態(tài)。當運移距離達到17.5 m時，界面張力上升到10-1mN/m數量級；超過20 m后，界面張力達到100mN/m數量級。因此，在30 m長管填砂模型中，弱堿三元復合體系的超低界面張力僅能在模型的前8.9 m處維持，此時地層的洗油效率最好，對地層剩余油的驅替效果最好，而界面張力以10-2mN/m數量級運移得更遠一些，它與黏度的協(xié)同作用也可能是提高驅油效率的因素之一。

2.4 殘余油分布規(guī)律

對30 m長管填砂物理模型驅油后的殘余油分布比例與距入口端距離范圍的變化規(guī)律研究結果如圖5所示。

從圖5可看出，殘余油分布的整體趨勢為隨著距入口端距離的增加，殘余油占總殘余油的比例逐漸上升。前10 m殘余油占總殘余油的比例為5%；10 ～20 m處殘余油所占比例上升，占總殘余油的比例為33%；20 m以后，殘余油所占總殘余油的比例最高，達到62%。對比圖3和圖4可看出，前10 m黏度最高，界面張力大部分在超低界面張力狀態(tài)，體系在地層中的波及能力和洗油能力最好，此時驅油效果最好，因此，殘余油所占比例僅為5%；而在10～20 m的范圍內，黏度降低，界面張力降為10-2mN/m甚至10-1mN/m數量級，此時復合體系的波及能力和洗油能力大大減弱，驅油效果變差，從而使殘余油所占比例達到33%；在20 m之后，此時黏度最小，界面張力達到100mN/m數量級，此時復合體系的波及能力很小，洗油能力基本喪失，因此，殘余油的比例達到62%。由此可見：Ⅲ類油層經過弱堿三元復合驅后，地層近井地帶殘余油較少，殘余油在地層中深部區(qū)域大量聚集，而這與弱堿三元復合體系的黏度和界面張力在地層中運移的變化有關。

3 結論

(1) 弱堿三元復合驅對地層的傷害較小，能有效地注入到Ⅲ類油層地層中，提高采收率幅度在水驅采收率的基礎上提高17.06%。

(2) 弱堿三元復合體系的黏度在近井地帶提高采收率效果最好，并且超低界面張力僅僅維持在8.9 m之前，對地層的洗油效率最好，對地層剩余油的驅替效果最好。

(3) 地層近井地帶殘余油較少，殘余油在地層中深部區(qū)域大量聚集，這與弱堿三元復合體系的黏度和界面張力變化有關。