重質稠油油藏堿/表面活性劑二元復合驅室內實驗

馬奎前,蔡 暉,朱玉國,蔡越釬,張占華

(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津塘沽 300452）

重質稠油油藏堿/表面活性劑二元復合驅室內實驗

馬奎前,蔡 暉,朱玉國,蔡越釬,張占華

(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津塘沽 300452）

針對渤海某稠油油田儲層非均質性、儲層物性和流體性質等特點,利用室內實驗方法,對堿/表面活性劑二元體系中表面活性劑與原油的界面活性、堿對表面活性劑/原油間界面活性的影響、堿/表面活性劑之間的協同效應進行了實驗研究,對堿/表面活性劑驅油效果進行評價。結果表明,堿/表面活性劑二元驅油體系,具有降低界面張力,提高驅油效率的作用。

稠油油田;堿/表面活性劑;界面張力;驅油效率

化學驅油機理主要是通過向地層中注入驅替介質,改變地層流體的相對滲透率、巖石潤濕性及驅替相的粘度來提高原油采收率。通過注入流體既能進行流度控制又能降低界面張力,從而使驅油效率和波及系數增加,是一種較有前途的提高采收率技術。

渤海稠油油田儲量約占80%,而在這些稠油油田中,因多種因素,不能投入開發的儲量占稠油儲量的5%左右[1]。制約這些稠油油田開發的主要瓶頸是原油粘度大、儲層非均質性強、水驅開發效果差。目前國內外針對普通稠油AS驅油的研究和應用很多[2-8],但在重質稠油中的研究應用很少[9-10]。因此,開展A/S(堿/表面活性劑)二元驅油體系在重質稠油油藏的適應性研究,可以為同類稠油油藏A/S二元復合驅技術的應用提供理論依據。

1 實驗條件

1.1 實驗用水

采用渤海某稠油油田的地層水,其礦物組成見表1。

1.2 實驗用油

表1 實驗用水化學成份表

采用某稠油油田的地面脫氣原油與煤油配制而成,50℃時原油粘度為2004mPa·s。

1.3 實驗巖心

采用冷凍法,取自某稠油油田天然巖心,幾何尺寸:φ2.15cm×5cm。

1.4 實驗化學劑

表面活性劑選取烷基苯磺酸鹽、石油磺酸鹽兩種,實驗用堿選用弱堿Na2CO3。

1.5 實驗方法

(1)油水界面張力測定:依據標準SY/T5370-1999表面及界面張力測定方法中進行測試。

(2)抗鹽性、熱穩定性評價實驗和驅油效率測定:分別依據SY/T5908-1994標準中石油磺酸鹽性能測定方法和SY/T6424-2000標準中復合驅油體系性能測試方法進行測試。

2 實驗結果及分析

2.1 油水間原始界面活性

油水間的界面張力測定主要是了解實驗所用地下水與原油間的原始界面張力的大小。測定結果:地下水與原油間的界面張力為6.33mN/m。

2.2 表面活性劑界面活性及驅油效果分析

在一定濃度范圍內,表面活性劑溶液與原油間的界面張力隨著濃度的增大而降低(表2),從中可看出,表面活性劑單獨使用時,降低界面張力幅度明顯。當表面活性劑17#體積分數≧0.1%時,油水界面張力達到了10-1mN/m數量級,體積分數在0.5%時,界面張力達到了10-4mN/m數量級,但當體積分數增加到2%時,界面張力上升一個數量級;表面活性劑25#也是類似情況。這主要是因為原油與表面活性劑溶液接觸后,隨著時間的延長,界面張力降低,最后油滴被拉斷或分散成油珠狀(圖1)。從兩種表面活性劑對比來看,表面活性劑17#降低界面張力最低,濃度范圍寬,可作為首選驅油劑單獨使用,體積分數選擇1.5%。

表2 不同濃度表面活性劑與原油間界面張力情況

圖1 油滴與化學劑接觸后油滴的變化

另外從實驗結果可看出(表3),單一表面活性劑驅油時,驅油效率增加幅度較大,但所需表面活性劑濃度相對較高,成本較大。同時如果單獨向油層中注入表面活性劑,表面活性劑濃度會因吸附損耗導致設計的濃度減小,驅油效果變差。為了降低其成本投入,使其在較低的濃度范圍內,驅油體系仍與原油間達到較高的界面活性,可以通過添加助劑的方法來改善表面活性劑與原油間的界面活性,同時減小表面活性劑的用量,以適應大規模礦場推廣應用的要求。

表3 表面活性劑驅油效果分析

2.3 堿助劑與原油界面活性

不同濃度堿與原油間的界面張力情況見圖2,從中可看出,當堿體積分數≧1.0%時,油水界面張力達到了10-2mN/m數量級,在該范圍內使用,界面張力降低效果相對好。圖3給出了不同濃度堿與原油間的動界面張力變化曲線,從中可以看出,堿與原油接觸后,界面張力變化較平穩,時間延長,張力變化不明顯。可見,單獨使用堿水驅油,效果不是很理想。

圖2 不同濃度堿劑與原油間的界面張力變化曲線

圖3 不同濃度堿劑與原油間的動界面張力變化曲線

2.4 堿對表面活性劑/原油間界面活性的影響

堿對表面活性劑溶液降低界面張力的影響,依據表面活性劑自身溶液性質,實驗選用表面活性劑體積分數為0.3%,堿Na2CO3體積分數選用1.0%。不同表面活性劑與堿復配后的體系與原油間的界面張力最低值、平衡值見表4和圖4。從表中可以看出,加入一定濃度的Na2CO3的二元體系,能使界面張力降低達到了10-2mN/m數量級以下,達到與高濃度表面活性劑單獨使用時相同的降低界面張力的效果。可見低濃度表面活性劑溶液中加入一定濃度的Na2CO3,不但可以達到單獨使用表面活性劑的效果,而且可降低表面活性劑的用量。從經濟性和復合體系特性方面考慮,選用Na2CO3作為表面活性劑溶液調節劑,優選表面活性劑為25#。

表4 不同表面活性劑復配體系與原油間界面張力情況(mN/m)

圖4 堿對表面活性劑體系與原油間的界面張力的影響

2.5 A/S之間的協同效應

表面活性劑溶液中加入一定濃度堿后組成的復合體系,能不同程度地起到降低界面張力的效果。通過不同濃度堿、表面活性劑之間的復配體系與原油間的界面張力大小的測定,優選了復合體系單劑濃度,并確定出最佳堿/表面活性劑復配驅油體系配方,使其在較寬的濃度范圍內可以達到超低界面張力(10-3mN/m以下)的效果。

圖5分別給出了堿/表面活性劑復合體系正交實驗的界面張力最低值和平衡值,表面活性劑25#在實驗范圍為0.05%～4.0%,Na2CO3實驗范圍為0.4%～1.2%,Na2CO3和表面活性劑之間的復配體系界面張力平衡值都達到了10-3mN/m數量級,中心區域達到了10-4mN/m數量級,且復合體系濃度在較寬范圍內都達到了協同效應。界面張力最低值在部分區域內,達到10-4mN/m數量級。由此可見,Na2CO3體積分數和表面活性劑復合體系能夠克服由于吸附損耗而使濃度減少,起到了在低濃度的情況下也能降低界面張力的作用。

2.6 A/S二元復合體系中表面活性劑濃度的優化

圖5 A/S體系界面張力活性和平衡性圖

保持堿體積分數1%不變,研究同一表面活性劑在不同濃度下復合體系的驅油效果。結果如表5所示,可以看出,當表面活性劑25#體積分數為0.2%時,復合體系相比水驅提高驅油效率10.84%,當增加到0.3%時,驅油效率增加了16.67%,增加幅度為5.83%;而增加到0.4%時,增加幅度僅0.05%。由此可見,表面活性劑濃度在一定范圍內,隨著濃度增大,驅油效率增加,當濃度增大到一定程度時,驅油效率增加幅度變緩。結合上面復合體系界面活性研究,確定復配體系配方為:1.0%Na2CO3+0.3%表面活性劑25#。

表5 表面活性劑濃度對A/S二元體系驅油效果的影響

2.7 A/S二元復合驅注入段塞優化

對優化后的A/S二元復合體系,在注入體積倍數為0.1PV、0.3PV、0.5PV時的驅油效率進行分析,實驗結果見表6。可以看出該復合體系注入0.3 PV時的驅油效果最佳,比水驅提高驅油效率16.67%,明顯高于0.1PV段塞時的驅油效率,與0.5PV段塞相比,驅油效率相差不大,從經濟性考慮,推薦注入段塞為0.3PV。

3 結論

(1)對于重質稠油,A/S二元復合體系在油藏條件下,也可達到降低界面張力,提高驅油效果。針對目標油田確定復合體系配方為:1.0%Na2CO3+0.3%表面活性劑25#。

表6 不同注入段塞驅油效果對比

(2)隨著注入段塞增大,驅油效率增加,但超過0.3PV后增加幅度減緩,從經濟可行性考慮,推薦注入段塞為0.3PV。

(3)重質稠油水驅效率在25%左右,注入0.3 PV的A/S復合體系可以在水驅基礎上提高驅油效率16.7%。

[1] 周守為.中國海洋石油高新技術與實踐[M].北京:地質出版社,2005.

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[10] Q. Liu , M. Dong , S. Ma. Alkaline/ Surfactant FloodPotential in Western Canadian Heavy Oil Reservoirs[A] . SPE 99791 , 2006.

TE357.432

A

1673-8217(2011)02-0122-04

2010-11-05;改回日期:2010-12-13

馬奎前,碩士,高級工程師,1971年生,主要從事油氣田開發與生產研究工作。

編輯:劉洪樹