大庆油田二元_三元复合驱油体系的研究

大庆油田二元_三元复合驱油体系的研究第27卷第3期2021年9月25日油田化学OilfieldChemistryVol27No325Sept,2021文章编号:10004092(2021)03031004*收稿日期:20211028;修改日期:2021520。作者简介:艾鹏(1980-),男,工程师,大庆石油学院石油工程专业学士(2021)、大庆石油学院油气田开发工程专业硕士(2021),现主要从事油田作业管理工作,通讯地址:163511黑龙江省大庆市第四采油厂机采室,电话:0459-*******,Emai:laipengwei@163com。大庆油田二元、三元复合驱油体系的研究*艾鹏1,王春光2,杨安萍1,齐菁华1,吕大伟1(1.中国石油大庆第四采油厂,黑龙江大庆163511;2.中国石油大庆采气分公司,黑龙江大庆163453;3.中国石油大庆四厂实验大队,黑龙江大庆163511)摘要:根据提高石油采收率的需要,筛选确定了适合于大庆油田的驱油用表面活性剂,通过考察表面活性剂浓度、牺牲剂浓度、聚合物浓度等对驱油体系界面活性及黏度的影响,得到了适合大庆油田的SP二元、ASP三元驱油体系,对该二元和三元体系的驱油性能进行了研究。实验结果表明:SP二元体系、ASP三元体系与原油间的界面张力均随表面活性剂浓度的增加先降低后缓慢上升,且都可达到10-3级超低界面张力;磷酸钠浓度在0g/L~6g/L之间变化时,随着浓度的增加,体系黏度略有下降,油水间界面张力先下降后上升,且在浓度2g/L时最低;随聚合物溶液浓度增加,体系黏度均增大,在相同聚合物浓度下,SP二元体系黏度明显高于ASP三元体系。驱油实验结果表明,所选择的十种驱油体系中二元体系的驱油效果好于三元体系,弱碱三元体系的驱油效果好于强碱三元体系;加入牺牲剂的驱油体系的驱油效果与不加牺牲剂相差不多,但可以降低活性剂用量30%~50%。现场试验结果表明应用二元体系驱油的采出井检泵周期明显高于三元采出井检泵周期,节约了作业成本。图3表3参3关键词:三元复合驱;二元复合驱;磷酸钠;三次采油中图分类号:TE35746:TE39文献标识码:A大规模ASP三元复合驱工业化应用中出现了一些问题,如抽油机井频繁卡泵,螺杆泵井频繁断杆,检泵周期大幅度降低[1]。研究发现这主要是由ASP三元复合驱驱油过程中碱和地层离子发生反应生成碱垢所致,特别是在强碱ASP三元复合驱中碱垢的存在会对现有举升设备造成很大的危害。因此有必要开展弱碱ASP三元、甚至无碱SP二元复合驱油体系研究,而SP二元驱油体系要想达到良好驱油效果必须要保证体系具有低的油水界面张力[2]。为了避免表面活性剂在强化采油过程中被岩层吸附,应在注入驱油液之前或同时注入廉价牺牲剂,使之先被岩层吸附,以减少表面活性剂的损耗[3]。本文通过对表面活性剂的筛选及驱油体系界面张力的测定,确定适合二元驱油体系的表面活性剂,通过考察表面活性剂浓度、牺牲剂浓度对界面张力和黏度的影响,得到了适合大庆油田的SP二元驱油体系,并进行了室内物理模拟实验和现场应用实验。1实验部分11实验材料聚合物HAPM:相对分子质量2500104,水解度20%,北京恒聚化工集团有限责任公司。阴离子磺酸盐ORS,有效含量50%,相对分子质量420,美国Stepan公司;阴离子磺酸盐B,有效含量50%,相对分子质量435,美国Stepan公司;两性活性剂BS,有效含量50%,武汉远程科技发展有限公司,两性活性剂M,有效含量6666%,河北邢台市助剂厂;非离子表面活性剂NC,有效含量50%,非离子表面活性剂OP,有效含量50%,江苏海它石油化工厂;无碱活性剂C,大庆华龙祥化工有限公司。无水碳酸钠、氢氧化钠,分析纯试剂,哈尔滨化工化学试剂厂;磷酸钠,分析纯试剂,沈阳市东兴试剂厂。第27卷第3期艾鹏,王春光,杨安萍等:大庆油田二元、三元复合驱油体系的研究实验用油为大庆采油四厂X44P927井井口原油,经100高温8小时脱水,45下密度0915g/cm3,黏度135mPa!s。实验用水为大庆采油四厂深度处理污水,矿化度为29353mg/L,离子组成(单位为mg/L)为:K++Na+86422,Fe2+0041,Cl-2623,SO2-4929,HCO-317762,水型NaHCO3。使用前经02m微孔过滤,除去杂质。12界面张力的测定45下,用ModelTX500C界面张力仪测定复合驱油体系与原油间的界面张力。13黏度测定45下,用Brookfield?型黏度计在6转/分转速下测定驱油体系的黏度。2结果与讨论21表面活性剂筛选分别将表面活性剂BS、C、M、NC、OP按照不同浓度与14g/L聚合物(HPAM,代号为P)溶液进行复配,得到一系列驱油体系,测定驱油体系与原油间的界面张力,最终确定每种活性剂溶液与聚合物溶液复配后的驱油体系与原油间所能达到的最低界面张力及界面张力最低时每种表面活性剂的浓度,筛选出界面张力最低的一种驱油体系所用的活性剂作为杏北油田二元体系的驱油剂。再把活性剂B、ORS按照不同浓度与14g/L聚合物+12g/LNa2CO3溶液进行复配,用同样的方法筛选出界面张力最低的一种驱油体系所用的活性剂作为杏北油田三元体系的驱油剂。表1表面活性剂的筛选驱油体系平衡界面张力(mN/m)3g/LBS+14g/LP91210-21g/LB+12g/L碱+14g/LP14710-24g/LC+14g/LP58110-24g/LM+14g/LP64010-31g/LORS+12g/L碱+14g/LP69310-32g/LNC+14g/LP95410-22g/LOP+14g/LP10210-1针对杏北油田原油性质,根据表面活性剂分类首先进行了阴离子型、非离子型及两性表面活性剂的筛选,筛选结果见表1。通过筛选确定了石油磺酸盐ORS与两性表面活性剂M适合做为杏北油田的驱油剂,其中M作为二元驱油体系中的表面活性剂,ORS作为三元驱油体系中的表面活性剂。22表面活性剂浓度对界面张力的影响在聚合物浓度(14g/L)不变的情况下,改变表面活性剂浓度,配得一系列不同表面活性剂浓度的SP二元体系和ASP三元体系(Na2CO3浓度12g/L),分别测定SP二元体系和ASP三元体系与原油间的界面张力,结果见图1。SP二元体系、ASP三元体系与原油间的界面张力均随表面活性剂浓度的增加先降低后缓慢上升。这是由于在大于临界浓度时,表面活性剂分子油溶部分被增溶或者分布在油相中,相应降低了单个分子浓度和水溶性表面活性剂的表面浓度,从而界面张力有所增加。SP二元体系当表面活性剂浓度为04%时,油水界面张力降为最低;ASP三元体系界面张力当表面活性剂浓度为01%时,油水界面张力降低为最低,并且都可达到10-3级的超低界面张力。图1界面张力与表面活性剂浓度关系曲线23牺牲剂磷酸钠对驱油体系性能的影响231磷酸钠对驱油体系界面张力的影响在14g/L聚合物+2g/LM的SP二元体系和14g/L聚合物+1g/LORS+12g/LNa2CO3的ASP三元体系中加入不同量的磷酸钠,研究磷酸钠浓度对驱油体系与原油间界面张力的影响,结果见表2。从表2中可以看出,无论是SP二元体系还是ASP三元体系,磷酸钠浓度在0~2g/L之间时,油水间界面张力均随牺牲剂磷酸钠浓度的增加而下降,且磷酸钠浓度在2g/L时最低,磷酸钠浓度继续增加(2~6g/L)时界面张力呈上升趋势。其主要原因是一定量的磷酸钠能够屏蔽表面活性剂亲水基的电荷极性,使表面活性剂分子之间的排列更加紧密;随着磷酸钠浓度继续增加时,直接导致表面活性剂分子的疏水性增强,表面活性剂分子逐渐从水相转311油田化学2021年移到油相,由此引起水相中表面活性剂的有效浓度降低,已吸附于界面层的表面活性剂分子发生脱附,致使界面张力上升。表2磷酸钠浓度对二、三元体系与原油间界面张力的影响Na3PO4浓度/gL-1界面张力/mNm-1二元体系三元体系027310-299810-30526210-299410-3116910-256910-3212610-233010-3314710-284210-3625210-2.13510-2232磷酸钠对驱油体系黏度的影响在14g/L聚合物+1g/LORS+12g/LNa2CO3的ASP三元体系中分别加入1、5、10g/L的磷酸钠,45下用LowShear30黏度计测定不同剪切速率下ASP三元体系黏度变化,结果见图2。由图2可以看出,随着磷酸钠浓度升高,体系黏度略有下降。可能是因为体系中离子强度增大,中和了聚合物分子上的电荷,引起纯电荷减少,使得聚合物分子链收缩,因而溶液黏度降低。此外,加入磷酸钠后体系的黏度比未加磷酸钠体系的黏度要略低些,因此在实际应用中,最好把牺牲剂以预冲洗的方式注入,以免损失驱替相黏度,从而保证较好的波及效率。图2磷酸钠浓度对三元复合体系黏度的影响24SP二元、ASP三元体系浓黏关系驱油体系的黏度的高低直接影响其油层波及体积,提高体系的黏度可以提高油层波及体积,使驱油体系进入渗透率较低的层位,还可以提高驱油效率,因而可以大幅度提高整体驱油效果。在表面活性剂浓度(3g/L)不变的情况下,改变聚合物浓度(05~25g/L)配得一系列不同聚合物浓度的SP二元体系、ASP三元弱碱体系(Na2CO3浓度12g/L)和ASP三元强碱体系(NaOH浓度12g/L),45下用Brookfield?型黏度计在6转/分转速下测定体系黏度,测试结果如图3所示。由图3可见,随着聚合物溶液浓度增加,SP二元、ASP三元体系黏度均增大,在相同聚合物浓度下,SP二元体系黏度明显高于ASP三元(弱碱)和ASP三元(强碱)体系。图3SP二元体系、ASP三元弱碱(强碱)体系得浓黏关系曲线25驱油体系对驱油效果的影响实验用岩心为环氧树脂与石英砂胶结而成的人造非均质岩心,几何尺寸为长宽高:303636cm,气测渗透率约为0501~0506m2,孔隙度为308%~32%。实验温度45。实验程序如下:#将模型抽空4小时,饱和地层水,测量孔隙度,恒温12小时以上,水测岩心渗透率;?饱和油,油驱至模型出口不出水为止,确定原始含油饱和度;%水驱油至模型出口含水98%以上,计算水驱采收率;&根据实验方案(参见表3)注入前置段塞01PV,化学驱油体系03PV,保护段塞02PV;?后续水驱,出口含水达98%以上为止,计算化学驱采收率和总采收率。驱油体系及驱油实验结果见表3。在聚合物浓度相同的情况下,SP二元体系的驱油效率最大,弱碱ASP三元体系的次之,强碱ASP三元体系的最差。未加牺牲剂的SP二元体系1的驱油效率与加牺牲剂的SP二元体系2的相当,略好于加牺牲剂的SP二元体系3的,说明在使用SP二元体系驱油时,在保证注入体积不变的情况下加入牺牲剂可减少活性剂用量25%~50%。弱碱ASP三元体系8的驱油效率与加牺牲剂的弱碱ASP三元体系9相当,略好于加牺牲剂的弱碱ASP三元体系10的,说明在使用ASP三元体系驱油时,在保证注入体积不变的情况下加入牺牲剂可减少活性剂用量33%~66%。312第27卷第3期艾鹏,王春光,杨安萍等:大庆油田二元、三元复合驱油体系的研究在选择驱油体系时,同时考虑驱油效果和驱油成本,以表面活性剂浓度为2g/L加入牺牲剂的SP二元体系3为宜。表3驱油体系及驱油实验*结果体系编号主段塞体系类型表面活性剂类型组分浓度/gL-1NaOHNa2CO3SP磷酸钠注入量/PV采收率/%水驱化学驱总计1SP二元M4014034222696952加牺牲剂SP二元M30142003429268697320142003432646944101420034272296565强碱ASP三元ORS1203014034392306696加牺牲剂ORS120201420034322346667强碱ASP三元120101420034392246638弱碱三元ORS1203014034202596799加牺牲剂弱碱三元ORS1202014200343025968910ORS12010142003427254