三采驅油劑性能比較與應用研究

馬小闖

摘 要：隨著石油資源的不斷開發，開發難度愈來愈難，三次采油作為二次采油以后提高采收率的重要手段，已經被逐漸的應用推廣。本文對三次采油的多種驅油劑的驅油機理、性能、結構進行了可行性對比分析，對應用與發展前景進行了探討。

關鍵詞：油田；三次采油；驅油劑；性能；應用

前 言

石油是一種不可再生的資源，也是經濟發展和現代化進程中必不可少的能源，并在能源結構中占有絕對的優勢地位 。由于地層結構的復雜性和流體組成的復雜性，在各種礦物中石油的采收率比較低，世界范圍內，石油的采收率低于40%。因此如何提高石油的采收率就成了世界各國的石油工程師及相關人員一直致力研究的問題。石油的開采分為三個階段：一次采油、二次采油和三次采油。一次采油是利用地層天然能量開采，采收率一般在5%～20%；二次采油是利用注入流體，如注氣或注水維持地層能量進行開采，二次采油采收率仍然低于40%，大部分的原油仍然殘留在地下。三次采油是指通過注入不同類型的化學劑，采用物理、化學、熱量、生物等方法改變油藏巖石及流體性質，提高水驅后油藏的采收率。

1 化學驅概述及研究進展

三次采油最常用的方法是化學驅，即向油層中注入化學劑來改變驅替相性質及驅替流體與原油之間的界面性質來提高原油采出程度的方法?；瘜W驅通常包括堿水驅、表面活性劑驅（微乳液驅、活性水驅）、聚合物驅以及復合驅化學驅方法。（1）堿驅。堿驅是向油層注入濃度不同的NaOH、Na2CO3等堿性水溶液，在油層內堿性水溶液與油層內的有機酸反應生成表面活性劑從而降低油水界面張力、提高采收率的三次采油方法，適用于原油中有機酸含量高的油藏。（2）表面活性劑驅。離子表面活性劑溶液在形成膠束的濃度范圍內及形成乳液的濃度范圍內有兩個性質發生突變的區域，表面活性劑溶液與普通的原油體系在這兩個濃度范圍內能夠形成超低界面張力，并有較好的驅油效果，繼而發展成了低界面張力驅油體系和微乳液驅油體系兩種不同類型的技術。表面活性劑能夠提高原油采收率機理可歸納為以下方面：降低油水界面張力，使殘余油變為可流動油；改變巖石表面的潤濕性。在親油巖石中，部分殘余油以薄膜狀態吸附在巖石表面；表面活性劑在巖石上的吸附可使巖石的潤濕性由親油變為親水，從而使巖石表面的油膜脫離而被驅替出來；形成膠束或微乳液。由于膠束或微乳液對油或水具有較強的增溶作用，因此一定程度上消除了驅替液與被驅替原油之間的界面，達到混相驅的目的。由于表面活性劑吸附在油滴表面而使油滴帶負電荷。（3）聚合物驅。聚合物驅是把水溶性聚合物加到注入水中以增加水相粘度、改善流度比、穩定驅替前沿、提高波及系數的三次采油新方法。其驅油機理主要表現在：提高注入水粘度，降低油水流度比，擴大水相的波及系數。降低了水相滲透率。聚合物溶液流經多孔油層時，由于孔隙介質的吸附和捕集引起聚合物分子的滯留，被滯留的聚合物分子與水分子間的作用較強，對水的阻力變大，對油的阻力甚微，從而導致水相滲透率的降低，提高波及系數。調剖作用。由于注入水的粘度增加，降低了水相滲透率，使得油層吸水剖面得到調整、平面非均質性得到改善、水洗厚度增加，擴大了水相的波及體積。粘彈效應。由于聚合物的粘彈效應，對殘余油參數的拖拉攜拽作用，從而提高了微觀驅油效率。（4）聚合物和表面活性劑二元復合驅。聚合物驅后二元復合驅可大幅度提高采收率，同時由于化學劑的協同作用，效果明顯優于單一聚合物驅，而且其經濟效益和可操作性優于三元復合驅，且具有較好的調驅能力。

2 化學驅常用化學劑性能

（1）常用表面活性劑種類及特性。國外早在20世紀50年代就已開始了表面活性劑驅油研究工作。根據巖石表面電性、與油藏條件的匹配性、不同種類活性劑自身的特性以及環保等方面的要求，一般采用陰離子表活劑用于復合驅。目前國外三次采油用表面活性劑工業產品主要有兩大類：一是石油磺酸鹽為主的表活劑，二是烷基苯磺酸鹽為主的表活劑。美國三次采油用石油磺酸鹽產量在10×104t/a以上，有代表性的商業產品有Witco公司的TRS系列、Stepan公司的Petrostep系列以及阿莫古公司的Sulfonate系列。“八五”以來，國內驅油表面活性劑的研制取得了較大進展。除以上兩種國際上采用的主流活性劑外，還開發研制了石油羧酸鹽、改性木質素磺酸鹽、生物表面活性劑、烷基萘磺酸鹽等多種驅油用表面活性劑。這些產品與主表面活性劑復配后，能夠形成超低界面張力，從而替代30%～50%的主表面活性劑用量，價格便宜的還可用作驅油體系的犧牲劑，以減少活性劑的吸附損失。在低溫（低于90℃）、低鹽（低于4×104mg/L）油藏仍使用石油磺酸鹽和石油羧酸鹽。為適應高溫、高鹽油藏的表面活性劑驅，兩類非離子陰離子型兩性表面活性劑：磺酸鹽類表面活性劑/內烯烴磺酸鹽表面活性劑和孿連表面活性劑。（2）常用聚合物種類及特征。目前應用最廣泛的驅油聚合物為聚丙烯酰胺，為了提高聚丙烯酰胺對驅油劑流度的控制能力，它的相對分子質量已超過2.5×107，水解度高達35%，為了適應高溫（大于90℃）、高鹽（大于4×104mg/L）油藏的聚合物驅，研究了帶環、帶強親水基團、可締合烴鏈等鏈節的聚丙烯酰胺共聚物。（3）堿驅用堿。由于堿溶蝕地層使地層變得更不均質，同時會使地層結垢并使乳化原油脫水困難，所以堿驅在油田應用很少或在堿驅過程中使用弱堿（如NH4OH）、潛在堿（如Na2CO3、NaHCO3、Na2O·mSiO2）、有機堿（如二乙醇胺、二異丙醇胺、二甘醇胺）和緩沖堿（如由Na2CO3與NaHCO3、NH3與NH4Cl組成的堿）。目前，緩沖堿驅是值得注意的一個發展動向。

3 聚/表二元復合驅研究及應用

表面活性劑/聚合物二元復合驅就是充分發揮表面活性劑和聚合物的協同作用來提高采收率的方法。表面活性劑/聚合物二元復合驅是指先注入一段活性水段塞，降低油水間的界面張力，然后注入聚合物段塞，控制流度。但是由于活性水驅機理復雜，且表面活性劑在孔隙介質中大量吸附滯留，而且在高溫高礦化度的油層容易產生沉淀等種種原因，再考慮到經濟的因素，這樣的二元復合驅成功的實例并不多。后來提出把高濃度的表面活性劑加入聚合物溶液中，形成混合溶液，注入油層來提高采收率。其中以表面活性劑膠束微乳液/聚合物混相驅的驅油效率最高，幾乎可以波及到除了死孔隙以外的孔隙體積。

4 結束語

國內學者對表面活性劑/聚合物二元體系溶液的性質，界面的流變性，界面粘度等進行了研究，但是應用于礦場實驗的報道仍然比較少。美國Oryx能源公司在德克薩斯州Eastland郡Ranger油田Mccleskey砂層中進行的低界面張力表面活性劑/聚合物先導實驗，實驗在油藏水淹區中進行，這一油層滲透率為200～500×10-3/μm2，滲透率變異系數0.70～0.83，孔隙度15%，采用單獨聚合物所增加的石油產量不能抵消其費用，加入合適的表面活性劑可以獲得低的界面張力，大大降低了殘μm2余油飽和度，所增加油量為水驅后剩余油量的25%，經濟效益比較可觀。總之，三次采油的工程師們從盡量提高油層采收率的角度出發，同時考慮又要大幅度降低化學劑特別是表面活性劑及助劑的用量和成本，一直在積極尋找新的高效三次采油方法。

參考文獻：

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[2] 葛廣章，王勇進等.聚合物驅及相關化學驅進展.油田化學，2001，9