CN111849449B - 超临界co2驱油体系及驱油方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超临界CO2驱油体系及驱油方法，超临界CO2驱油体系包括超临界CO2和溶解在超临界CO2中的基液，所述基液的组分包括聚合物、表面活性剂、碱和水。本发明提供的超临界CO2驱油体系，在油层中具有更大的波及体积，能够大幅提高采收率。
Description
技术领域
本发明涉及一种超临界CO2驱油体系及驱油方法，属于石油开采领域。
背景技术
我国油气田主要分布于陆相沉积盆地，具有黏度高、含蜡高等特点，东部砂岩油田经过不断注水开发，已逐步进入特高含水期，但剩余采储量仍有近50％，仍具有很大的挖潜空间。目前，随着注水开发的不断深入，构造低部位的层内矛盾逐渐成为限制油田开发水平的主要矛盾，当油层厚度和渗透率相对较大时，油水重力分异作用明显，且正韵律厚油层(渗透率上低下高) 在长期注水开发过程中易形成优势渗流通道，也会导致聚合物驱过程波及系数较低，尤其会使得分布在油层上部的剩余油难以被波及，影响采收率。
驱替介质与原油密度差异以及流度比是影响油层垂向采收率的主要因素，注入密度接近于原油的流体，可在一定程度上消除由驱替介质与原油重力差异导致的对采收率的不利影响。近年来，我国开展了三次采油潜力的二次普查评价，适合开展注气驱提高采收率的油藏储量超过10％，开展注气驱技术应用研究，对稳定东部、发展西部，保持主力油田高产具有十分重要的意义，二氧化碳(CO2)具有改善油水间的流度比、降低原油粘度、萃取汽化原油中的轻烃组分、降低油水间的界面张力、使原油体积膨胀、提高油藏的渗透率等优点，是注气驱技术的常用油藏驱替介质，然而，常规CO2驱过程中，存在着油层内的高渗条带易发生气窜等缺陷，采收率并不理想。因此，研发新型驱替体系(驱油体系)，改善其与原油的流度比等特性，提高其对油层的波及体积，从而大幅提高采收率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超临界CO2驱油体系，该驱油体系对油层的波及体积大，能够大幅提高驱油采收率。
本发明还提供一种驱油方法，采用上述超临界CO2驱油体系对油藏中的原油进行驱替，能够大幅提高采收率。
本发明的一方面，提供一种超临界CO2驱油体系，包括超临界CO2和溶解在超临界CO2中的基液，该基液的组分包括聚合物、表面活性剂、碱和水。
本发明提供的超临界CO2驱油体系，对油层具有更大的波及体积，可大幅提高采收率。研究表明，本发明的超临界CO2驱油体系，在低渗、高渗等不同渗透率的油藏环境下均能达到较高的采收率。
发明人经研究分析认为，上述超临界CO2驱油体系，采用超临界CO2作为溶剂，极大地消除了驱替介质与原油间的相界面传质阻力，使其与油藏中的原油间具有超低的界面张力，并且接近油藏温度、压力的超临界CO2部分溶解在原油中，还可以有效降低原油的粘度，同时其还可以和挥发的富集气体(通常是C10以下的气态烃，该类烃和CO2具有良好的互溶性)形成互溶状态，将残存原油有效置换出来；同时，利用聚合物与表面活性剂、碱、水形成的基液溶于超临界CO2中，可以增大驱油体系的密度和粘度等特性，使超临界CO2驱油体系的密度和粘度等特性更接近于原油，改善驱油体系与原油的流度比，增大驱油体系在油层内垂向的波及体积，从而大幅提高采收率。
具体地，在本发明的一实施方式中，在32℃～80℃范围内，上述驱油体系的粘度一般为7～35mPa·s。
发明人研究发现，上述超临界CO2驱油体系中，基液的质量含量为 0.20～5.20wt％，余量为超临界CO2，可以进一步改善超临界CO2驱油体系的粘度等特性，改善其与原油的流度比，提高采收率。
进一步地，上述基液中，聚合物的含量为0.10～5.00wt％，表面活性剂的含量为0.10～0.80wt％，碱的含量为0.10～1.10wt％，余量为水，该条件利于增强基液在超临界CO2中的溶解能力，进一步提升超临界CO2驱油体系的驱油性能。
本发明中，上述聚合物可以是与超临界CO2互溶性较好的聚合物，一般可以选自含硅氧聚合物、聚乙酸乙烯酯中的至少一种。
具体地，上述含硅氧聚合物可以是含硅氧的聚丙烯酰胺类聚合物。在本发明的一实施方式中，上述含硅聚合物可以具有式(I)结构：
上述聚合物比如具体可以是带式(I)结构的二氧化硅星形丙烯酰胺共聚物等，其制备方法比如可以参考如下文献：“活性可控自由基聚合法制备含纳米二氧化硅的星形丙烯酰胺共聚物；《高分子材料科学与工程》；2020年3 月，第36卷第3期。
进一步地，上述表面活性剂一般可以选自非离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、两性离子型表面活性剂中的至少一种；和/或，碱选自氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化铵中的至少一种。其中，非离子型表面活性剂比如可以选自长链氨基表面活性剂和长链胍基表面活性剂中的至少一种；和/或，阴离子型表面活性剂可以选自长链羧酸盐和长链硫酸盐中的至少一种；和/或，两性离子型表面活性剂可以选自羧酸甜菜碱和磺基甜菜碱中的至少一种。长链氨基表面活性剂比如可以是芥酸酰胺烷基二甲胺(芥酸酰胺丙基二甲胺)等长链烷基酰胺基二甲胺类，长链胍基表面活性剂可以是十二烷基四甲基胍等长链烷基四甲基胍类；长链羧酸盐可以是油酸钠、油酸钾、亚油酸钠等，长链硫酸盐可以是十二烷基硫酸钠等长链烷基硫酸钠类；羧酸甜菜碱可以是长链烷基类羧酸甜菜碱、脂肪酰胺类羧酸甜菜碱等，磺基甜菜碱可以是长链烷基磺基甜菜碱、脂肪酰胺丙基磺基甜菜碱、脂肪酰胺羟丙基磺基甜菜碱等。具体地，上述“长链”一般是指 C12以上，比如C12-C18等。
本发明中，所用聚合物等组分可以商购或通过本领域常规方法自制，本发明对此不做特别限制。
在本发明的一实施方式中，超临界CO2驱油体系具体可以按照包括如下步骤的过程制成：将聚合物、表面活性剂和碱加入水中，搅拌至溶解，配制成基液；在CO2超临界条件下，将基液与超临界CO2混合溶解，得到超临界 CO2驱油体系。一般可采用本领域常规方法调控上述CO2超临界条件，比如在本发明的一实施例中，可以采用常规中间容器制备超临界CO2驱油体系，通过对中间容器内温度和压力等条件进行调控，控制使CO2处于超临界状态的超临界条件，具体地，中间容器的内部通过活塞被分为上部和下部两部分，上部用于制备超临界CO2驱油体系，下部盛有水等介质，且下部可通过isco 泵等与盛有水等介质的装置连通，通过isco泵可以向中间容器的下部通入/ 吸出水等介质，使活塞移动，改变中间容器上部的体积，从而实现对中间容器上部压力的控制；同时，可以将中间容器置于恒温箱中，以实现对中间容器内的温度的控制。
本发明的另一方面，还提供一种驱油方法，包括：采用上述超临界CO2驱油体系对油藏中的原油进行驱替。
本发明的驱油方法可适用于一次采油、二次采油、三次采油。例如，在本发明的一实施方式中，经水驱、聚合物驱后，采用上述超临界CO2驱油体系进行驱替(即三次采油)，总采收率可高达75％以上；在另一实施方式中，经水驱后，采用上述超临界CO2驱油体系进行驱替(即二次采油)，总采收率可达80％以上。其中，聚合物驱所用聚合物可以是本领域常用聚合物，比如可以是常用疏水性聚丙烯酰胺等。
一般情况下，油藏中的原油黏度为10～10000mPa·s，温度为32～80℃，压力为7.38～20MPa。在本发明的具体实施过程中，将上述超临界CO2驱油体系注入油藏(或实验室实验阶段的注有原油的岩心，如饱和原油岩心等)，在油藏驱替压力和温度下对其中的原油进行驱替，一般可以控制CO2驱油体系的注入量为0.5～1.5PV，进一步可以为0.8～1.4PV。
本发明的实施，至少具有以下有益效果：
本发明提供的超临界CO2驱油体系，不仅能够基于超临界CO2、表面活性剂等组分的性质使其与原油间具有超低的界面张力，而且还能够基于各组分间的协同配合，使其具有更接近于原油的密度和粘度等特性，有效改善其与原油的流度比，增大该驱油体系在油层内的波及体积，从而提高采收率。
本发明提供的驱油方法，采用上述超临界CO2驱油体系对油藏中的原油进行驱替，能够大幅提高采收率。
附图说明
图1为本发明一实施例的超临界CO2驱油体系在7.8MPa条件下的粘度-温度关系曲线图；
图2为本发明一实施例中岩心经水驱后的垂向剩余油饱和度场图(颜色深度表示剩余油饱和度，如0.80对应的颜色深度表示剩余油饱和度为 80％)；
图3为本发明一实施例中岩心经聚合物驱后的垂向剩余油饱和度场图；
图4为本发明一实施例中岩心经超临界CO2驱油体系驱替后的垂向剩余油饱和度场图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施例中，所用岩心为9×9×30cm带电极的长方体均质岩心，测得其空气渗透率为547mD；所用模拟油是用大庆原油和煤油按照1:3的体积比配制而成，50℃条件下，粘度为12.4mPa·s；取大庆油田油层产出的含油污水，经过滤后得到所用模拟水；按照《中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6576-2003》将疏水性聚丙烯酰胺(来自国药集团化学试剂有限公司)配制成浓度为1000mg/L的聚合物溶液，用于聚合物驱；所用芥酸酰胺丙基二甲胺表面活性剂购自国药集团化学试剂有限公司。本实施例中，所用二氧化硅星形丙烯酰胺共聚物(AM-co-AANa-co-VTS-SiO2)按照如下文献中的方法制备：“活性可控自由基聚合法制备含纳米二氧化硅的星形丙烯酰胺共聚物”；《高分子材料科学与工程》；2020年3月，第36卷第3 期。
1、制备超临界CO2驱油体系
向烧杯内加入97.0mL模拟水，在搅拌下向其中缓慢加入2.0g二氧化硅星形丙烯酰胺共聚物(AM-co-AANa-co-VTS-SiO2)、0.2g芥酸酰胺丙基二甲胺表面活性剂、0.8g碳酸氢钠，然后搅拌2h，得到基液；其中，采用搅拌器进行搅拌，调整转速为400r/min；
取20ml基液(约21g)，将其加入至中间容器内，控制中间容器内温度为50℃、压力为7.8MPa左右，向其中通入约980.0g超临界CO2，得到超临界CO2驱油体系；
改变上述温度(具体温度参见图1)，获得不同温度条件下制备的超临界CO2驱油体系；
测定上述各超临界CO2驱油体系的粘度，绘制超临界CO2驱油体系的粘度-温度关系曲线，如图1所示。
应用实施例1
采用岩心驱替实验装置测定50℃、7.8MPa条件(即岩心内部温度为50 ℃、压力为7.8MPa)下超临界CO2驱油体系驱油的采收率。
(1)制备饱和模拟油岩心(饱和原油岩心)
将岩心抽真空，待岩心内压力降低至-0.1Mpa，继续抽真空48h；然后，将岩心一端打开接入模拟水中，使其吸入模拟水，得到饱和模拟水岩心，称取其重量(记为初始重量)，并计算出其孔隙度和孔隙体积，结果如表 1所示；
将模拟油、饱和模拟水岩心均加热至50℃，将模拟油按照0.5mL/min 的流速从饱和模拟水岩心的一端注入，驱替其中的模拟水，待饱和模拟水岩心的另一端出现稳定流出的模拟油，停止驱替，得到饱和模拟油岩心；读取驱替出的模拟水的体积，即为饱和模拟油岩心内赋存的模拟油体积 (记为饱和原油体积)，结果如表1所示。
(2)驱替实验
设定岩心驱替压力为7.8MPa、温度为50℃条件下，依次进行如下水驱、聚合物驱、超临界CO2驱油体系驱过程：
水驱：将模拟水按照0.5mL/min的流速注入饱和模拟油岩心，驱替其中的模拟油，注入2PV模拟水后停止驱替(经测试，注入2PV模拟水基本达到了最大水驱采收率，继续增加模拟水的注入量对采收率影响不大)，读取驱替出的模拟油体积为181.7mL，计算采收率为37.5％，采用电阻率法测试经水驱后的岩心的垂向剩余油饱和度场图，结果如图2所示。
聚合物驱：采用聚合物溶液继续驱替上述经水驱后的岩心中的模拟油，注入0.6PV聚合物溶液后停止驱替(经测试，注入0.6PV聚合物溶液基本达到了最大的聚合物驱采收率)，读取驱替出的模拟油体积为94.5mL，计算经水驱-聚合物驱后的总采收率为57.0％，采用电阻率法测试经聚合物驱后的岩心的垂向剩余油饱和度场图，结果如图3所示。
超临界CO2驱油体系驱：采用上述超临界CO2驱油体系(50℃)继续驱替聚合物驱后的岩心中的模拟油，注入0.8PV超临界CO2驱油体系后停止驱替，读取驱替模拟油体积为98.8mL，计算水驱-聚合物驱-超临界CO2驱后的总采收率为77.4％，采用电阻率法测试经超临界CO2驱油体系驱替后的岩心的垂向剩余油饱和度场图，结果如图4所示。
从图1-图4可以看到，本实施例的超临界CO2驱油体系在岩心中具有更大的波及体积，能够驱替出常规水驱、聚合物驱波及不到的区域的原油，从而显著提高采收率。
对比例1
该对比例1与应用实施例1的区别在于：采用超临界CO2替换上述超临界CO2驱油体系对聚合物驱后的岩心中的模拟油进行驱替；其余条件均与应用实施例1相同。驱替结果如表2所示。
表1应用实施例1与对比例1的岩心数据
*表示对比例1所用的岩心编号为1，应用实施例1所用的岩心编号为2。
表2应用实施例1与对比例1驱替结果
从表2可以看出，相对于超临界CO2，采用应用实施例1的超临界CO2驱油体系能够达到更高的采收率，进一步说明应用实施例1的超临界 CO2驱油体系在岩心中具有更大的波及体积，能够显著提高采收率。
应用实施例2
按照应用实施例1的实验过程，分别采用空气渗透率为50mD、200mD、500mD、1000mD的均质岩心进行驱替实验1-4(除采用不同渗透率的岩心外，实验1-4的其余条件均与应用实施例1相同)，各实验中，经水驱、聚合物驱、超临界CO2驱油体系驱后的总采收率如表3所示。
表3实验1-实验4采收率
由表3可以看到，本实施例的超临界CO2在不同渗透率的情况下，均能达到良好的采收率效果。
应用实施例3
本应用实施例与应用实施例1的区别在于：(1)所用岩心的空气渗透率为523mD；(2)水驱后，采用超临界CO2驱油体系驱替(即相对应用实施例1，取消了聚合物驱)，其中，超临界CO2驱油体系的注入量为1.4PV。
经计算，本应用实施例中，经水驱-超临界CO2驱油体系驱替后，总采收率达到82.1％(其中，仅水驱后的采收率与应用实施例1相差不大)。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种超临界CO2驱油体系，其特征在于，包括超临界CO2和溶解在超临界CO2中的基液，所述基液的组分包括聚合物、表面活性剂、碱和水；
所述驱油体系中，基液的含量为0.20~5.20wt%，余量为超临界CO2；所述基液中，聚合物的含量为0.10~5.00wt%，表面活性剂的含量为0.10~0.80wt%，碱的含量为0.10~1.10wt%，余量为水；
所述聚合物为二氧化硅星形丙烯酰胺共聚物；
所述表面活性剂为芥酸酰胺烷基二甲胺；
所述碱选自氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化铵中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的驱油体系，其特征在于，所述超临界CO2驱油体系按照包括如下步骤的过程制成：将聚合物、表面活性剂和碱加入水中，搅拌至溶解，配制成基液；在CO2超临界条件下，将基液与超临界CO2混合溶解，得到超临界CO2驱油体系。
3.一种驱油方法，其特征在于，包括：采用权利要求1-2任一项所述的超临界CO2驱油体系对油藏中的原油进行驱替。
4.根据权利要求3所述的驱油方法，其特征在于，将所述超临界CO2驱油体系注入油藏中对所述原油进行驱替，所述超临界CO2驱油体系的注入量为0.5~1.5PV。
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