三元復合驅表面活性劑梯度降濃注入方式優化措施

馬立濤

（大慶油田化工有限公司東昊分公司表活劑廠，黑龍江大慶 163411）

1 三元復合驅表面活性劑梯度降濃注入方式的相關實驗

在本次實驗中，選擇的是弱堿石油硫酸鹽形式的復合體系進行靜態吸附實驗，其主要的組成部分是質量濃度為1 800mg/L 的聚合物、質量分數為1.2%的堿以及質量分數為0.3%的表面活性劑，通過換砂不換液以及換液不換砂的方式進行靜態吸附實驗，對不同段塞位置上的表面活性劑進行損耗規律分析。選擇弱堿石油磺酸鹽形式的復合體系進行靜態、動態吸附以及驅油物理模擬實驗，其中，聚合物的濃度為1 800mg/L，堿的質量分數為1.2%，靜態、動態以及驅油模擬實驗中的表面活性劑質量分數分別為0.35%、0.30%以及0.25%[1]。

1.1 靜態吸附實驗

在通過換砂不換液的形式對三元段塞前端進行吸附情況模擬的過程中，三元復合體系和油砂需要混合在一起，然后放置到錐形瓶內，其固液比為9:1。在轉速為120r/min、溫度為45℃的恒溫搖床中振蕩48h，在靜置之后，溶液和砂便會分離。對于分離之后的溶液，應和新的油砂重新按上述步驟進行混合實驗。

在完成了每一次吸附實驗之后，都需要借助于兩相滴定的方式對溶液內的表面活性劑濃度進行檢測，檢測中，將二氯甲烷以及酸性混合指示劑接入到溶液中，再將海明滴加其中，按照指示劑具體的衍射變化情況來進行滴定終點判斷，這樣便可實現表面活性劑的濃度確定[2]。借助于界面張力儀，可對被測溶液和原油之間的界面張力進行檢測。

1.2 動態吸附實驗

對貝雷巖心做12h 的抽真空處理，使模擬水飽和，分別通過不同的三元體系進行動態吸附實驗：①通過質量濃度為1 800mg/L 的聚合物、質量分數為1.2%的堿以及質量分數為0.3%的恒定表面活性劑組成的三元體系進行9PV 的連續驅替；②通過質量濃度為1 800mg/L 的聚合物、質量分數為1.2%的堿以及質量分數分別為0.35%、0.30%、0.25%的表面活性劑所組成的三元體系進行3PV 的驅動，然后再做水驅[3]。對采出液內所含有的表面活性劑濃度進行檢測，以此來確定損耗。

1.3 物理模擬驅油實驗

對貝雷巖心做12h 的抽真空處理，使模擬水以及模擬油飽和，通過模擬水來驅替巖心，一直到含水量為98%為止，然后將0.3PV 的三元段塞注入，再將質量濃度損耗1 400mg/L 的0.2PV 聚合物保護段塞注入，再進行水驅，使其含水量達到98%。

2 三元復合驅表面活性劑梯度降濃注入方式與優化分析

2.1 三元復合體系靜態吸附及其優化分析

表1是兩組靜態吸附實驗過程中的表面活性劑濃度情況。

表1 兩組靜態吸附實驗過程中的表面活性劑濃度情況

通過實驗數據可以看出，在三元復合體系的地下運移中，因為段塞前端所接觸的均為沒有吸附的新油砂，所以其表面活性劑具有較大消耗，因此需適當將其濃度提高；而在后續的段塞中，表面活性劑并沒有之前消耗的多，因此其濃度可適當降低。基于此，便可提出一種梯度降濃形式的注入方式，也就是按照三個0.1PV 對0.3PV 這一三元段塞進行劃分，其表面活性劑的質量分數分別為0.35%、0.30%以及0.25%，其聚合物質量濃度均為1800mg/L，堿質量分數均為1.2%。通過換砂不換液的形式對三元段塞中的前端進行模擬，并對其質量分數在0.35%以及0.30%條件下的表面活性劑所具有的抗吸附性能進行對比分析。通過換液不換砂的形式對表面活性劑質量分數為0.30%和0.25%條件下的三元體系以及質量分數為0.30%且保持恒定的三元體系進行吸附性能的對比分析。

經對比發現，在通過質量分數為0.35%的表面活性劑進行了三次吸附之后，活性劑在溶液內的濃度依然可達到0.16%，這樣便可實現段塞前端的進一步擴大，使其張力距離可以達到超低界面，這對于驅油效果的提升十分有利。對于段塞中部應用的表面活性劑，其質量分數初始值是0.30%，在梯度降濃法的應用中，經過了三次吸附之后，其表面活性劑的濃度達到了0.15%，比質量分數恒定為0.30%情況下的濃度高0.02%。對于段塞后部，在梯度降濃法的應用中，經過了三次吸附之后，其表面活性劑的濃度達到了0.11%，比質量分數恒定為0.30%情況下的濃度低0.05%。之所以會出現這樣的情況，主要是因為這一階段表面活性劑具有較低的初始濃度，具體驅替中，這一階段可通過段塞前端所形成的油墻來提升采收率[4]。

2.2 表面活性劑不同注入方式動態吸附及其優化分析

實驗中，分別通過恒定濃度以及梯度降濃法將9PV 形式的三元體系注入，然后實施水驅。圖1是注入體積和采出液內的表面活性劑含量變化關系圖。

圖1 注入體積和采出液內的表面活性劑含量變化關系圖

在該體系內，聚合物質量濃度始終控制在1 800mg/L，堿質量分數始終控制在1.2%。在通過恒定濃度進行注入時，表面活性劑的質量分數恒定為0.30%；在通過梯度降濃法注入時，分別按照0.35%、0.30%以及0.25對表面活性劑進行質量分數的控制。在通過梯度降濃法將9PV 形式的三元體系注入之后，表面活性劑在采出液中的濃度上升峰十分顯著，這樣的情況也讓靜態吸附實驗過程中的表面活性劑具有脫附現象這一推斷得到了進一步的證實。在脫附現象發生之后，表面活性劑將會進入到后續的段塞中，以此來實現其濃度的進一步補償，通過這樣的方式，便可讓梯度降濃法所能作用到的界面張力距離保持最低。

2.3 各種注入方式中的驅油效果對比分析

分別通過恒定濃度以及梯度降濃法對驅油進行物理模擬實驗。表2是具體的實驗方案。

表2 恒定濃度以及梯度降濃法驅油物理模擬實驗方案

在通過該方案進行驅油物理模擬實驗之后，獲得的實驗結果如表3所示。

表3 恒定濃度以及梯度降濃法驅油物理模擬實驗結果

通過本次驅油物理模擬實驗發現，第二種方案中通過梯度降濃法進行表面活性劑注入，會比水驅動條件下的采油率提升28.62%；而相比較第一種方案中通過濃度恒定法進行表面活性劑注入而言，其采油率提升了0.91%。

通過實驗觀察和進一步分析發現，在前端注入的三元體系為0.1PV，其表面活性劑的質量分數是0.35%，因表面活性劑的濃度較高，對于油墻的形成更加有利，且能夠降低原油與油砂作用所造成的表面活性劑大量損耗情況；中間注入的三元體系為0.1PV，其中的表面活性劑質量分數是0.30%，該體系可以讓洗油效果維持在較高的狀態，雖然后續段塞中的0.1PV三元體系內的表面活性劑出現了濃度降低情況，但是依然可以實現采油率的提升，并在化學劑用量相同的條件下實現三元復合驅效果的良好改善。

圖2、圖3是本次實驗中的恒定濃度注入法條件下的采收率、含水率隨注入體積變化情況以及梯度降濃注入法條件下的采收率、含水率隨注入體積變化情況。

圖2 本次實驗中的恒定濃度注入法條件下的采收率、含水率隨注入體積變化情況

圖3 本次實驗中梯度降濃注入法條件下的采收率、含水率隨注入體積變化情況

通過上述的變化情況可見，在通過梯度降濃法進行表面活性劑注入的情況下，三元體系可以讓驅替壓力大幅度上升，且會進一步延長其持續時間，其含水量下降很快，降幅也十分顯著，尤其是在注入段塞階段中，原油的采收率更高。

在本次實驗的第三種方案中，三元體系內的表面活性劑濃度被提升到了0.40%，相比較恒定濃度法條件下的表面活性劑注入而言，該方案可使采收率提升2.53%。但是經實驗發現，在該方案的應用過程中，其表面活性劑的用量比恒定濃度注入條件下的用量提升了33%。

如果按照地質儲量是100×104t 來計算，當三元主段塞中所含有的表面活性劑質量分數為0.30%的情況下，二類B 油層中的復合驅采收率將會提升16%，而在通過梯度降濃法注入表面活性劑的條件下，其采收率將會進一步提升0.91%。在這樣的情況下，每噸原油開采過程中可節約4.76%的化學劑成本。如果三元復合體系內的表面活性劑濃度為0.40%，每噸原油開采過程中可節約2.17%的化學劑成本。

3 結論

在通過三元復合驅的形式進行原油開采的過程中，三元體系內的表面活性劑注入方式會對采油率產生一定程度的影響。通過實驗分析發現，相比較恒定濃度注入而言，梯度降濃注入形式的三元體系會讓采油率實現進一步的提升。而在此過程中，三元體系內的表面活性劑初始濃度也會對采油率以及原油開采經濟效益產生一定影響，經分析發現，對于普通的油田而言，將三元體系內的表面活性劑初始濃度值控制在0.30%左右，便可使其發揮出充分優勢。