三元复合驱的驱油特征研究

大量室内研究和矿场试验结果表明,在高效的表活剂条件下,三元复合驱是一种非常有效的三次采 油方法,具有良好的应用前景。文中应用数值模拟技术并结合室内研究,给出了三元复合体系不同界面张 力和粘度比条件下,在非均质油层中的驱油特征。分析结果表明,三元复合驱与聚合物驱相比,对油层非 均质性有更大的适用范围;对于非均质油层的三元复合驱,采用增加体系的粘度和降低体系的界面张力的 方式都能获得较好的提高采收率效果,但高粘度是获得好的提高采收率的关键;采取分层注入的方式,或 者在三元复合驱后对高渗透层进行封堵,能更有效地采出中、低渗透层的剩余油,进一步提高采收率。本 项研究对认识三元复合驱的驱油机理和编制调整矿场试验方案提供了重要依据。     

驱替体系的主要性质对驱油效率的影响

为了深入研究粘弹性、粘度和界面张力等性质对驱油效率的影响,采用系列驱替体系进行了大量的物理模拟实验。与前人研究方法不同,实验中将表面活性剂和碱的质量分数分别固定为0.3%和1.2%,通过调整烷基苯磺酸盐表面活性剂的组成配方,使三元复合体系具有不同的界面张力数量级,避免了化学剂质量分数变化引起的实验偏差。研究结果表明,在相同粘度下,三元复合体系的弹性小于聚合物溶液;与水驱相比,单独聚合物驱和表面活性剂—碱二元驱可分别提高采收率14.37%和7.05%;同时改变粘度和界面张力可提高采收率30.41%,证明两者的协同作用效果优于改变单因素时驱油效率的简单加和;粘度越高,降低界面张力对提高驱油效率的影响越大。因此,合理匹配粘度与界面张力之间的关系是提高驱油效率的有效途径。     

基于低质量浓度表面活性剂的复合驱效果评价

以往为了达到超低界面张力,复合驱大多使用较高质量浓度的表面活性剂,通常为1 000~3 000 mg/L,不仅增加了成本且未必能取得好的驱油效果。为了探究低质量浓度表面活性剂的驱油效果,设计了低质量浓度表面活性剂的复合驱物理模拟实验。静态实验结果表明,在低质量浓度表面活性剂条件下,油水界面张力可达到10-2mN/m数量级及以下,加碱后,界面张力更低;碱和表面活性剂都会对聚合物的粘度和粘弹性产生影响,碱在较高温度下会大幅度降低复合体系的粘度和粘弹性。驱油实验结果表明,与水驱相比,在所选择的低质量浓度表面活性剂驱油体系中,表面活性剂—聚合物二元复合驱和碱—表面活性剂—聚合物三元复合驱均可提高采收率19.5%以上,三元复合驱的驱油效果最好,提高采收率21.8%以上。这表明低质量浓度表面活性剂驱油体系驱油效果很好。     

The Effect of Alkali and Surfactant on Polymer Molecular Structure

Abstract

With the technical development of enhanced oil recovery (EOR), the alkali/surfactant/polymer (ASP) compound flooding technique has been the necessary choice in Daqing oilfield. Compared to average polymer flooding, ASP compound solution decreases the interfacial tension (IFT) between water and crude oil; however, the viscosity and viscoelasticity of ASP solution were performed by surfactant and alkali, both of which could affect the polymer moleculal structure and the oil recovery of ASP flooding. Considering practical requirements in oilfield development, much effort has been focused on the effect of alkali and surfactants on polymer solution by laboratory experiment and theoretical analysis. The results indicate that alkali and surfactants cause the interfacial tension decrease; at the same time, the molecular structure of the polymer is changed and the viscosity and viscoelasticity of polymer solutions are decreased. In addition, alkali neutralizes with negative ion on polymer molecular and causes the polymer molecular chains to curl up, forming a “band” molecular structure. Those actions could make viscoelastic behavior and rheological property of ASP solution weak.     

聚合物/两性表面活性剂二元体系提高水驱后残余油采收率研究

针对三元复合驱中的碱大幅度降低聚合物溶液的黏弹性，降低波及效率和驱油效率，含碱驱油体系引起地层黏土分散和运移、形成碱垢、导致地层渗透率下降等问题，利用不加碱可形成超低界面张力的聚丙烯酰胺／两性表面活性剂二元复合体系，通过人造岩心驱油实验，研究了聚表二元复合体系提高水驱后残余油采收率的可能性。研究表明，聚表二元复合体系在驱替水驱后残余油中，可以同时发挥活性剂的超低界面张力特性和聚合物溶液的粘弹特性，使得该二元体系的采收率高于单一的表面活性剂体系和聚合物驱油体系，并且二元体系的聚合物浓度越高，采收率越高。     

化学驱中动态界面张力行为的研究进展

汇总了近年来强化采油动态界面张力研究进展的报道,阐述了驱油过程中的动态界面张力行为,总结了碱浓度、油相粘度、驱替液粘度对原油/碱体系及原油/碱/聚合物体系动态界面张力的影响和表面活性剂、离子强度对原油/碱/表面活性剂体系及原油/碱/表面活性剂/聚合物体系动态界面张力的影响,并对上述影响因素进行了归纳。     

高浓度三元复合体系增油效果及其作用机理研究

本文分析了高浓度三元复合驱增油效果的影响因素和经济效益。结果表明,在驱油剂费用相同时,0.12%高分聚合物驱、0.3%非离子表面活性剂/0.25%超高分聚合物二元复合驱、1.2%碱/0.3%磺酸盐/0.25%超高分聚合物三元复合驱的采收率增幅分别为19.6%、15.9%、13.7%。在高浓度三元复合体系黏度相同的条件下,体系界面张力由8.10×10^-1降至5.73×10^-3 mN/m,采收率增幅由23.4%增至27.7%。当三元复合驱黏度由36.8增至134.4 mPa·s时,采收率增幅由18.5%增至32.9%;当段塞尺寸由0.095增至0.475 PV时,采收率增幅由15.6%增至30.7%,但采收率增幅差值逐渐减小。在药剂费用相同的条件下,“聚合物前置段塞+三元主段塞+三元副段塞+聚合物保护段塞”组合的采收率增幅较大（33.8%）。从技术和经济效益方面考虑,推荐三元复合体系聚合物浓度范围为0.2%～0.25%,段塞尺寸为0.380～0.475 PV。对于非均质比较严重的油藏,与驱油剂洗油作用相比,其扩大波及体积作用对采收率的贡献较大。     

Design of Alkaline/Surfactant/Polymer (ASP) Slug and its use in Enhanced Oil Recovery

Abstract

Studies have been done to design an optimum composition of alkali/surfactant/polymer (ASP) slug and its application in flooding to increase the additional recovery of oil. A very low concentration of alkali and surfactant is used to achieve ultra-low interfacial tension between the trapped oil and the injection water, and polymer is used to increase the viscosity of the injection water for mobility control. Based on the experimental results of physico-chemical properties of polymer, surfactant, and alkali and their mutual interaction in solution, an ASP slug of composition SDS: 0.1 wt%, SDBS: 0.075 wt%, polyacrylamide: 2,000 ppm, and NaOH: 0.7 wt% has been recommended for flooding. Two sets of core-flooding experiments have been conducted using the designed ASP slug in a tri-axial core holder to measure the additional recovery of oil. The average additional oil recovery over conventional water flooding was found to be more than 20% of the original oil in place (OOIP).     

无碱二元体系的黏弹性和界面张力对水驱残余油的作用

三元复合驱含碱驱油体系会大幅度降低聚合物溶液的黏弹性,引起地层粘土分散和运移、形成碱垢及导致地层渗透率下降。为此提出利用不加碱可形成超低界面张力的聚合物/甜菜碱表面活性剂二元复合体系驱油。通过流变性实验及微观模型驱油实验,分析了表面活性剂对聚合物表面活性剂二元复合体系黏弹性的影响和聚合物表面活性剂二元复合体系的黏弹性及界面张力对采收率的影响。对聚合物表面活性剂二元复合体系提高水驱后残余油采收率机理的研究表明:在驱替水驱后残余油过程中,聚合物表面活性剂二元复合体系利用了聚合物溶液的黏弹特性和表面活性剂的超低张力界面特性,水驱后残余油以油丝和乳状液形式被携带和运移,随着二元驱油体系的黏弹性的增加和界面张力的降低,水驱后二元驱后的采收率增加,降低界面张力的驱油效果(指达到超低)比提高体系的黏弹性的效果更明显。     

三元复合驱合理驱替速度实验研究

三元复合驱是一项可大幅度提高原油采收率的三次采油技术,其体系由聚合物、碱、表面活性剂三相组成,驱油机理相对复杂,影响因素也相对较多。为此,通过开展物理模拟驱油实验,对三元复合驱实验过程中的驱替速度参数进行了深入研究。实验结果表明,三元复合驱最佳驱替速度与岩心渗透率正相关,天然岩心最佳驱替速度为0.10～0.20 mL/min、人造岩心最佳驱替速度为0.30～0.60 mL/min;不同复合体系达到最低界面张力值的时间不同,且在不同驱替速度下对采收率的影响程度也不同,驱替速度的变化对小尺寸的天然岩心、界面张力下降慢的复合体系驱油效果影响较大。     

大庆油田三元复合驱驱油效果影响因素实验研究

通过岩心物理模拟实验及微观驱油实验,分析了界面张力、三元体系粘度、乳化油滴产生及岩石润湿性对三元复合驱驱油效果的影响规律和影响机理。研究结果表明,油水间平衡、动态界面张力大幅度降低可有效提高三元复合驱驱油效率,进行三元复合驱时,油水界面张力须降到10^-3mN/m数量级;增加体系粘度能够扩大三元复合驱的波及体积,水油粘度比大于2是三元复合驱提高采收率幅度达到20%的必要条件;乳化的油滴产生是三元复合驱提高驱油效率的主要形式,油水界面张力越低、驱替体系粘度越大,乳化油滴的产生能力越强,驱油效果越好;三元复合驱能够驱替亲油岩石表面的油膜,促进岩心润湿性由亲油向亲水转化。     

低碱三元复合驱油实验研究

针对三元复合驱体系在表面活性剂浓度一定的情况下，碱和聚合物浓度变化对体系粘度、界面张力有一定的影响，根据驱油效率实验，优选出三元复合驱体系中碱的最佳浓度范围。结果表明，就该实验所采用的三元复合体系。在考虑超低界面张力的同时，必须考虑体系的粘度，其超低界面张力并不是提高原油采收率的必要条件。     

无碱二元体系提高采收率研究

针对三元复合驱含碱驱油体系引起地层粘土分散和运移、形成碱垢、导致地层渗透率下降,碱还会大幅度降低聚合物溶液的粘弹性,从而降低波及效率等问题,利用不加碱可形成超低界面张力的聚丙烯酰胺-两性表面活性剂二元复合体系,通过可视化仿真岩心驱油试验和人造岩心驱油实验,研究了该二元复合体系的驱油效果。研究表明：在驱替水驱后残余油中,聚合物-两性表面活性剂二元体系可以同时发挥活性剂的超低界面张力特性和聚合物溶液的粘弹特性,使得该二元复合体系的采收率高于单一的表面活性剂体系和聚合物驱油体系。     

聚驱后缔合聚合物三元复合驱提高采收率技术

三元复合驱是大庆油田聚驱后进一步提高采收率的重要途径,其驱油体系须保证超低油-水界面张力,且能大幅提高波及能力。通过研究烷基苯磺酸盐（ABS）-缔合聚合物（HAPAM）-NaOH三元复合驱体系的性能,并与超高分子量部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）三元复合体系进行对比。研究结果表明,HAPAM三元复合体系在NaOH浓度为0.5%~1.2%、ABS浓度为0.025%~0.300%时具有良好的界面活性,油-水界面张力可达10^-3mN/m数量级。0.16%HAPAM-0.3%ABS-1.2%NaOH三元复合体系黏度达108.8 mPa ·s,采用HPAM达到相同黏度其浓度为0.265%,因此HAPAM可降低聚合物用量40%。驱油实验结果表明,在相同黏度下,HAPAM三元复合体系在不同孔隙介质中均能提高聚驱后采收率13%以上,比HPAM三元复合体系多提高采收率6%以上。HAPAM三元复合体系具有更高的阻力系数与残余阻力系数、更好的黏弹性以及乳化稳定性,可以为大庆油田聚驱后提高采收率提供新的技术手段。     

无碱二元复合体系驱油试验研究

针对大规模三元复合驱工业化应用中出现的一些问题,特别是注入的碱能引起地层黏土分散和运移,导致地层渗透率下降,碱也与油层流体及岩石矿物反应,形成碱垢,对地层造成伤害并影响油井正常生产;碱还会大幅度降低聚合物的黏弹性,从而降低波及体积等,研究合成了NEP无碱二元体系,对体系进行了评价,并进行了驱油试验研究与数值模拟,证明优化后的体系既克服了三元复合驱的缺点,又达到了其效果。在无碱二元体系中,表面活性剂的选择是关键技术,按界面张力达到10-2 mN/m数量级标准,最终选定了配制的活性剂NEP。系列驱油试验结果表明,所选体系也可以提高采收率约20个百分点。     

弱碱三元复合驱过程中黏度和界面张力变化规律实验研究

"碱/表面活性剂/聚合物"三元复合驱油技术以其良好的增油效果而受到石油科技工作者的广泛重视,但驱油剂价格高和在油藏内损失量大一直制约着该项技术的大规模推广应用。为了解三元复合驱过程中驱油剂黏度和界面张力变化特征,以相似理论为指导,利用现代物理模拟技术和仪器检测方法,开展了三元复合驱过程中驱油剂黏度和界面张力变化及其影响因素研究。结果表明,随着注入量或PV数的增加,油藏内各处三元复合体系黏度增大、界面张力值降低。在注入PV数相同条件下,距注入井愈近,三元复合体系黏度愈大、界面张力愈低。因滞留和稀释作用的影响,三元复合体系在油藏内运移过程中黏度和界面张力分别呈现不断降低和升高趋势。     

极限含水条件下三元复合驱及聚合物驱提高采收率效果分析

以大庆油田杏二西油层为例，探讨长期含水100％、地层中的原油以残余油为主条件下化学驱提高原油采收率的问题。在杏二西油层实施了三元复合驱试验，中心井区提高采收率幅度达19．46％，表明对于水驱采出程度非常高、地层中的原油主要是残余油的油层，采用三元复合驱可大规模驱动残余油、大幅度提高驱油效率。三元复合驱提高采收率机理是大幅度提高驱油效率及扩大波及体积，而聚合物驱则仅通过扩大波及体积提高油田采收率，无法提高驱油效率。油田大量实际资料和杏二西油层数值模拟研究表明，对高含水、以残余油为主的油层采用聚合物驱不能提高驱油效率，因而其提高采收率幅度低，对类似杏二西油藏条件的油层不宜采用聚合物驱，而宜采用三元复合驱提高采收率。图4参24     

微生物与三元复合驱结合提高采收率研究

大庆油田稠油酸值低,影响三元复合驱的应用效果,为了进一步提高稠油采收率,提出微生物与三元复合驱结合的开发思路。进行了菌种作用后稠油性质的变化、作用后稠油对三元体系界面张力的影响、菌液注入拌气比例及微观模型驱油和物理模拟驱油实验等研究,结果表明,微生物作用后稠油性质得到改善,流动性变好,作用后稠油酸值较未作用稠油提高20倍以上,与三元体系界面张力进一步降低。室内物理模拟驱油实验表明,先注入0.05 PV菌液,再用三元体系驱替,比单独化学驱油采收率增加8.66%。应用微生物技术与三元复合驱结合的方法,可以进一步提高采收率,降低三元复合驱成本,为低酸值油藏提供一种?济有效的开采方法。     

高浓度三元复合体系性能评价及机理分析

针对油田实际需求,利用仪器测试和理论分析方法,对碱/表面活性剂/聚合物(ASP)三元复合体系黏度、界面张力、静吸附特性、流变性和流动特性进行了系统评价。结果表明,随碱浓度增加,三元复合体系黏度和界面张力降低;随表面活性剂浓度增加,三元复合体系黏度先降后升,界面张力降低。在三元复合体系中,表面活性剂静吸附量最大,碱次之,聚合物最小。随碱浓度增加,三元复合体系黏弹性降低;表面活性剂对三元复合体系黏弹性影响不大。流动性实验表明,溶剂水除垢后三元复合体系阻力系数和残余阻力系数变小。随碱浓度降低、聚合物浓度升高和岩心渗透率降低,三元复合体系阻力系数和残余阻力系数增大;随表面活性剂浓度增加,三元复合体系阻力系数和残余阻力系数呈现"先减小后增大"的变化趋势。     

碱和表面活性剂影响聚合物溶液性质实验研究

在聚合物溶液中添加表面活性剂和碱能够大幅度降低油水界面张力,但表面活性剂和碱的加入会对聚合物分子形态产生影响,进而影响聚合物溶液的流变性和粘弹性,并最终影响驱油效果。通过室内实验和理论分析,就碱和表面活性剂对聚合物分子形态的影响及其作用机理进行了分析。碱与聚合物分子链上部分负电荷中和,使分子链发生蜷缩和粘贴,形成部分"带状"分子结构,导致聚合物溶液粘弹性和流变性变差。