大庆油田强碱三元复合驱表面活性剂配方优化

烷基苯磺酸盐表面活性剂的性能直接影响强碱三元复合驱的开发效果。通过研究原油组成、油砂吸附等对烷基苯磺酸盐表面活性剂浓度及强碱三元复合体系界面张力的影响,建立了原油分子量与表面活性剂当量之间的定量匹配关系。结果表明,依据该定量匹配关系选择合适当量的表面活性剂可使三元复合体系与大庆地区 不同原油间达到超低界面张力,提高了强碱三元复合体系的适应性;原油组成影响表面活性剂在油水相中的分配比例,原油中的沥青质含量越高,水相中的表面活性剂浓度越低,原油组成对表面活性剂当量的影响较小;油砂吸附改变了表面活性剂的当量及组成分布,导致三元体系中表面活性剂的浓度降低、三元体系界面张力升高,可采取增加高碳组分、调整表面活性剂当量的方法,扩大复合体系在地下运移过程中的超低界面张力作用距离。图11表3 参16     

非均质油藏复合驱合理界面张力实验研究

针对油田三元复合驱油实际需求,通过调整活性剂、聚合物和碱的类型和配方组成,在两种具有大庆油田油藏典型地质特征的物理模型上对低活性剂浓度三元复合体系的适应性进行了实验评价。结果表明,非均质油藏三元复合驱应当兼顾扩大波及体积和提高洗油效率。将复合体系中表面活性剂和碱的浓度分别降低到0.1%和0.8%,驱替相与被驱替相间界面张力保持为0.01mN/m,并适当增大聚合物相对分子质量或增加聚合物浓度,低活性剂浓度三元复合体系驱原油的采收率可以增加20%以上。     

三元复合驱对储层伤害及其作用机理研究

三元复合驱能够大幅度提高原油采收率,但它所引起的结垢问题一直困扰着该技术的大规模推广应用。本文以大庆喇嘛甸油田储层岩石和三元复合体系为实验对象,开展了碱驱后岩石结构的可视化研究以及含碱驱油剂流动特性研究。实验结果表明,碱对储层岩心中黏土矿物溶蚀作用比较明显,对石英和长石等骨架成分的溶蚀作用较小;采出液中钙镁离子浓度较低,硅离子浓度却较高,前者成垢作用难以对储层渗透率造成显著影响,后者易在迁移过程中发生沉积,在地层和生产系统中形成大量硅垢。进一步分析表明,随碱浓度增加,三元复合体系对地层伤害程度加剧。表面活性剂和聚合物都可以减弱碱的溶蚀作用,但前者比后者减缓溶蚀作用的能力弱。     

Alkaline Surfactant Polymer Formulation for Carbonate Reservoirs

Abstract

This paper presents a systematic study to investigate the applicability of alkaline-surfactant-polymer (ASP) process as an enhanced oil recovery method to Saudi Arabian carbonate reservoirs. Several alkalis were first screened to test their compatibility with the injected sea water that has large quantities of divalent ions. Then surfactant-polymer, alkali-surfactant, and alkali-surfactant-polymer interactions at the reservoir temperature (90^○C) were investigated. Static adsorption of surfactant on reservoir carbonate rocks were also investigated at the same temperature. Interfacial tension (IFT) measurements were made between the slugs formulated and crude oil from the same reservoir. Two surfactants were tested, Triton X-102 and Ethoxylated sulfonate (Dodiflood B1083), and the polymer tested was FLOCON 4800C.

The results of the compatibility tests showed that the ASP slug has to be prepared using softened seawater and be protected by a pre- and after-flush softening seawater slugs. B1083 surfactant was found to be a promising candidate surfactant for the adverse conditions of the Saudi Arabian carbonate reservoir. A combination of NaHCO₃ and Na₂CO₃ was found to significantly reduce the adsorption level of B1083 surfactant on carbonate rock at low surfactant concentrations ( < 1% by wt.). This is very desirable for formulation of a cost-effective ASP slug.     

大庆油田三元复合驱液与储层岩心反应性研究

三元复合驱技术能够显著提高石油的采收率,但在生产过程中,三元复合注入液易与储层岩心反应并结垢,造成井下堵塞,采收率降低。因此,研究了三元复合驱液在储层中的溶、运、堵规律。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、偏光显微镜(PM)、环境扫描电镜(ESEM)及X射线能谱仪(EDS)测试手段,分析了大庆油田储层岩心与三元复合驱液作用的反应过程,并通过反应动力学计算得到了相应的Si、Al溶出动力学方程。结果显示,南五区、杏树岗、喇嘛甸岩心碱溶50天后,分别生成钠长石、黝方石、铵长石,Si溶出量约为Al的3~4倍,Al的动力学方程为幂函数形式。建议将强碱物质NaOH改为钾或钙性碱物质。     

大庆油田三元复合驱矿场试验动态特征

相对于其他提高采收率方法,三元复合驱对原油性质和油藏性质更为敏感。为此,大庆油田在室内研究成功的基础上,先后进行了5个三元复合驱矿场试验,研究了不同油藏特性、不同井距和不同配方的三元复合驱特征。试验结果表明,与聚合物驱相比,三元复合驱过程中注入能力下降幅度低,采出能力和综合含水的下降幅度大,在低含水期出现了乳化和结垢现象,三元复合驱比水驱提高采收率20%以上。尽管注采能力下降,但由于含水率大幅度降低,所以三元复合驱仍保持了较高的采油速度.     

碱、表面活性剂和聚合物对储层溶蚀作用及其机理研究

本文开展了碱液、"碱/表面活性剂"AS二元复合体系、"碱/表面活性剂/聚合物"ASP三元复合体系对储层岩石矿物的静态溶蚀实验,考察了实验过程中液相内目标离子(Ca²⁺、Mg²⁺、Si⁴⁺、OH^-、CO₃^2-、HCO₃^-和Cl^-等)浓度变化规律和岩样表面主要元素（Al和Si等）含量变化。结果表明,碱对岩样的溶蚀作用主要针对黏土矿物,对长石骨架作用较小。三元复合体系处理岩样后的液相内硅铝离子浓度增加,钙、镁离子浓度降低,岩样表面硅、铝元素含量降低。随碱浓度增加、液固比增加或处理时间延长,溶蚀作用增强,表面活性剂和聚合物可以减轻碱对岩样的溶蚀作用。处理初期溶蚀作用较强,处理60d后,液相中硅酸分子发生聚合作用,并在碱性条件下脱水生成硅垢,聚合物又促进硅胶体聚集和成垢。图14表4参17     

大庆油田三元复合驱矿场试验动态特征

相对于其他提高采收率方法,三元复合驱对原油性质和油藏性质更为敏感。为此,大庆油田在室内研究成功的基础上,先后进行了5个三元复合驱矿场试验,研究了不同油藏特性、不同井距和不同配方的三元复合驱特征。试验结果表明,与聚合物驱相比,三元复合驱过程中注入能力下降幅度低,采出能力和综合含水的下降幅度大,在低含水期出现了乳化和结垢现象,三元复合驱比水驱提高采收率20%以上。尽管注采能力下降,但由于含水率大幅度降低,所以三元复合驱仍保持了较高的采油速度.     

ASP三元复合驱对三类储层物性特征的影响规律 ——基于神经网络模型*

碱-表面活性剂-聚合物(ASP)三元复合驱能够有效提高原油采收率,明确ASP三元复合驱体系对储层物性特征的影响规律,有助于该技术在三类储层的推广运用。通过测定三类储层岩心在弱碱ASP三元复合驱前后的孔隙度、渗透率以及孔隙分布参数,定性分析了ASP三元复合驱对储层物性的影响规律;在实验基础上利用神经网络模型建立了ASP三元复合驱储层物性变化预测模型,实现了对三类储层在ASP三元复合驱过程中物性变化的定量表征。研究结果表明,弱碱ASP三元复合驱后储层物性按ⅢA、ⅢB和ⅢC的顺序逐渐变差,弱碱ASP三元复合驱在注入早期对物性较好的储层具有改善作用,而对物性差的储层将很快发生储层伤害。     

碱/表面活性剂/聚合物对乳液稳定性的影响

研究了碱/表面活性剂/聚合物对乳液稳定性的影响规律,单一的碱、表面活性剂和聚合物对乳液的稳定性有较大的影响;3种化学剂之间存在明显的协同作用,对乳液的稳定性影响很大。含化学剂的乳液照片验证了多重乳状液的存在。     

三元复合驱提高原油采收率关键理论与技术

三元复合驱是比聚合物驱提高采收率幅度更高、技术更复杂的驱油技术,中国适合于三元复合驱的地质储量约为83×10⁸ t,仅大庆油田就有近14×10⁸ t的储量,其潜力巨大,但由于很多关键技术问题没有得到有效解决,因此未能进入工业应用。通过多年的研究与实践,突破了大庆油田低酸值原油无法形成超低界面张力的技术界限,发明了三元复合体系新配方;研制出了烷基苯磺酸盐表面活性剂,并实现了工业化生产;优化确定了适合于三元复合驱的井网井距、层系组合和注入参数;攻克了防垢举升、采出液处理等关键配套技术,整体上达到了工业化应用条件。现场应用实践表明,三元复合驱可在水驱基础上提高采收率20% 以上,比聚合物驱提高采收率多10% 。三元复合驱技术作为大庆油田持续稳产的战略接替技术正在工业化推广,并可以为其他高含水开发阶段的老油田挖潜和陆相砂岩油田的高效开发提供技术支持。     

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。     

聚合物与碱/表面活性剂交替注入物理模拟实验研究

为了最大限度地发挥聚合物驱扩大波及体积的作用和彬表面活性剂二元驱提高洗油效率的作用,针对聚合物驱吸入剖面在一定阶段发生反转,三元复合驱高、中、低渗透层三元体系吸入量差异大等问题,提出了一种利用聚合物与彬表面活性荆交替注入提高采收率的新方法。物理模拟驱油实验结果表明,聚合物与础表面活性剂交替注入驱油效果好于单独聚合物驱;在用量相同的条件下,高相对分子质量聚合物与彬表面活性荆交替注入驱油效果好于三元复合驱,并可解决污水利用问题。     

利用磷硅酸盐-表面活性剂-聚合物复合体系提高原油采收率

"表面活性剂-碱-聚合物"三元复合体系是提高采收率的实用技术之一,但其中强碱NaOH会引起采油设备腐蚀和地层结垢问题,这影响了该技术的大规模推广应用。SJT-B助剂是一种磷硅酸盐化学助剂,用助剂代替碱进行了三元复合体系驱油实验。对表面活性剂-SJT-B助剂-聚合物三元复合体系的缓蚀防垢作用、界面张力、吸附、色谱分离、流动特性和驱油效果进行的研究结果表明,表面活性剂-SJT-B助剂-聚合物三元复合体系具有缓蚀防垢、降低界面张力的效果,且其动静吸附量低。以大庆杏树岗油田的地质特征为基础建立的物理模型上进行了驱油实验,结果证实,表面活性剂-SJT-B助剂-聚合物三元复合体系的调驱效果好于现有表面活性剂-碱-聚合物三元复合体系。     

华北油田京11断块三元复合驱配方研究

针对华北油田京11断块油藏原油黏度低、酸值低、水驱采收宰高和储集层黏土含量高等特点，优选得到适合于该油藏的最佳低浓度弱碱三元复合体系：2SY重烷基苯磺酸盐表面活性剂(0．15%)／Na2C03(0．5%)／SY(1．5g／L)。采用实验方法，系统研究京11断块环境因素对该三元复合体系的界面张力性质、流交性以及表面活性剂和碱剂吸附损耗的影响，结果表明：该体系对矿化度、多价金属离子浓度变化以及稀释效应等环境因素影响的耐受性较强。物理模型驱油效率试验结果表明：在水驱至含水98%后，相继注入0．3倍孔隙体积最佳三元复合体系主段塞和0．2倍孔隙体积1．2g／L聚合物溶液保护段塞，可提高采收率21%以上。图3表6参7     

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。     

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).     

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。     

低渗油藏用聚合物微球/表面活性剂复合调驱体系

针对低渗油藏多发育微裂缝、非均质性严重、水窜严重,常规调驱技术难以发挥有效作用的难题,对实验室自制的聚合物微球(聚丙酰胺类微球)/表面活性剂(烷醇酰胺型表面活性剂)复合调驱体系展开研究。在复合调驱体系配伍性评价的基础上,优化了复合调驱各段塞的注入参数,评价了复合调驱体系的驱油性能。结果表明：聚合物微球与表面活性剂具有良好配伍性,最优的复合注入体系为0.4 PV聚合物微球溶液(2000 mg/L)+0.3 PV表面活性剂溶液(2000 mg/L),在水驱基础上平均提高采收率幅度达15%以上。聚合物微球/表面活性剂复合调驱技术在裂缝性低渗油藏中具较强适应性。     

大庆油田地质开发技术的进步与展望

简要回顾了大庆油田地质开发技术的进步历程,并对储层精细描述技术、剩余油描述技术、油田开发调整技术、油田开发规划编制技术、低渗透油田开发技术、油藏数值模拟技术、聚合物驱油技术、三元复合驱油技术、微生物采油技术进行了总结。在对21世纪初大庆油田开发技术发展需求分析的基础上,对油田开发中急需解决的高含水期进一步改善水驱开发效果、进一步提高采收率、低渗透油田开发等技术的研究和发展进行了展望。