CN1420255A - 利用三元复合驱乳化作用提高石油采收率的方法 - Google Patents

利用三元复合驱乳化作用提高石油采收率的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用三元复合驱乳化作用提高石油采收率的方法，其驱油主要步骤如下：水驱－0.25PV三元复合乳化液－0.1PV三元复合驱－水驱。三元复合乳化液中三元复合体系配方及浓度分别为表面活性剂0.005％、碱0.05％、聚合物100mg/L；三元复合乳化液的制备条件为均化器11000rpm，油∶水＝2∶3；其中表面活性剂为烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐或生物表面活性剂；碱为NaOH、Na2CO3、Na3PO4或Na2SiO3·9H2O；聚合物为聚丙烯酰胺，其分子量为1400万。

Description

利用三元复合驱乳化作用提高石油采收率的方法
技术领域
本发明属于一种三元复合驱驱油方法，具体地说涉及一种利用三元复合驱的乳化作用提高石油采收率的方法。
背景技术
碱-表面活性剂-聚合物的三元复合驱是在碱水驱和聚合物驱方法基础上发展起来的三次采油新技术，既可扩大波及体积，又可提高驱油效率。室内研究和矿场试验表明，三元复合驱可比水驱提高采收率20％以上，具有广阔的应用前景。
大庆油田已开展的三元复合驱矿场试验都不同程度地见到了乳化现象。由于在三元复合驱油体系中引入了各种不同浓度的化学剂，对采出原油的乳化影响产生很大的作用。杏二试验区从1997年7月到12月，中心井采出液未见游离水，油中含水50％左右，采出液粘度达到100mPa·s以上，而采出水中只有少量的聚合物，未见到碱、表面活性剂。之后随含水率的回升，乳化液粘度下降，乳化水也随着下降到原来的水平。随着三种化学剂采出浓度的增加，含水回升速度加快。
杏二区三元复合驱矿场试验区含水开始下降时间为0.216pv，北一断西则为0.196pv；杏二区井口出现高粘w/o型乳状液时间为0.244pv，北一断西为0.249pv。
对原油乳化液的研究，国内外主要侧重于原油乳状液界面膜性质，乳化液破坏过程中聚并现象及破乳剂对界面性质影响等方面。但利用三元复合驱的乳化作用来提高石油的采收率则尚未见报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用三元复合驱的乳化作用进一步提高原油采收率的方法。
下面通过对三元复合驱驱油过程中产生的乳化携带及乳状液调剖来叙述本发明的技术方案。下述内容中：O/W为水包油，W/O为油包水。
本发明采用的实验材料：
1、表面活性剂：烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐、生物表面活性剂；
2、碱剂：NaOH、Na2CO3、Na3PO4、Na2SiO3·9H2O；
3、聚合物：聚丙烯酰胺，平均分子量约1400万；
4、油水样品：采油一厂井口脱水原油，粘度20.8mPa·s(哈克流变仪-RS150)；采油四厂井口脱水原油，粘度16.17mPa·s(哈克流变仪-RS150)；采油一、四厂井口采出污水，其水质分析见表1。
    表1 采油一厂、四厂井口采出污水质分析表
    离子含量(mg/L) HCO3 - Cl- SO4 2- CO3 2- Ca2+ Mg2+ K++Na+ 总矿化度
    一厂   1820.53   567.72   9.61   180.06   8.02   4.68   1260.4   3851.02
    四厂   2010.43   343.82   17.43   201.67   11.02   4.71   1163.8   3752.88
5、人造非均质、均质胶结岩心，规格3.6×3.6×30cm3；
6、岩心驱替实验装置。
附图说明
图1为聚合物及三元复合驱油过程中压力变化规律，其中
a为三元复合驱油过程中压力变化规律；
b为聚合物驱油过程中压力变化规律；
图2为并联驱油实验柱状示意图，其中
a为并联实验单层的各驱替阶段进液量分配比例；
b为并联实验各驱替阶段液量分配对比图；
c为并联实验各驱替阶段采收率分配图；
d为并联实验各驱替阶段进液量占本层PV数；
图3a、b、c为注0.25PV乳状液驱油实验数据曲线；
图4a、b、c为注0.25PV乳状液+0.1PV三元复合驱油试验数据曲线。
具体实施方式
本发明所作的实验内容和方法：
1、三元复合驱乳化对提高采收率的影响
用人造非均质、均质胶结岩心，重复注入配制好的三元段塞，观察流出物，发现在三元复合驱驱油过程中，沿流动方向上各岩心段所达到的最高压差逐步增加(见图1)。当注入液运移至岩心的2/3处时，该段压差升至入口段的两倍，达到最大值，然后减小，这说明三元复合驱过程中发生乳化现象。
岩心出口端采出的原油乳化变成褐色液体，静止分层后的水相为棕黄色，三元复合驱提高采收率幅度19-22％；出口端不乳化的，采收率提高值14-15％，乳化的提高采收率幅度要比未乳化的高5-6个百分点。表明三元复合驱乳化对提高采收率有利。实验结果见表2。
                            表2
  界面张力(mN/m)                  注入三元体系后     三元复合驱提高采收率值(％)
  出口端流出物状态   乳化与否
  10-3数量级   酱色液体，静止后分层   乳化     19-22％
10-3数量级   油滴、水滴交替流出，水滴澄清透明 不乳化 14-16％
三元复合驱乳化如果在注入井近井地带形成了高粘、稳定的w/o型乳状液，会带来注入压力上升、采出困难等问题。如果形成了非常稳定的o/w型乳状液，就不利于油珠聚并，且采出后较难破乳。期望所选的化学剂能够与原油乳化，但又形成不稳定的o/w型乳状液，利于油珠聚并和破乳。这样对采油工艺有利。
2、三元复合驱乳化调整了层间矛盾
为了进一步研究三元复合驱乳化对采收率的影响，本发明采用渗透率不同的人造均质岩心，进行了并联合注分采驱油实验。实验方案见表3。
                                  表3
岩心性质 段塞组合 段塞组成
由232、647、1888md人造均质岩心组合；变异系数0.72；长度30cm，截面积12.5cm2 ①水驱②0.3PV ASP③0.2PV聚合物段塞④水驱 三元复合体系：1.2％NaOH+0.3％烷基苯磺酸盐+1200mg/L聚合物粘度13.1mPa·s后续保护段塞：800mgg/L聚合物粘度11.9mPa·s
结果：当水驱结束时，高、中、低渗透层产液量占总液量的比例分别为77.78％、20.28％和1.94％，说明水驱阶段注入液主要沿高渗透层流动，高渗透层水驱采出程度高，为66.76％；中、低渗透层未动用油多，水驱采出程度相对较低，分别为40.59％、16.29％。
三元段塞注入后，高渗透层开始乳化，形成水包油型乳状液。高渗透层产液量降低，中、低渗透层产液量上升。三元段塞结束后，各层(高、中、低)产液量占总液量的比例53.74％、33.18％、13.08％。乳化现象持续至二次水驱开始。此阶段高渗透层产液量维持低值，中、低渗透层产液量进一步上升(见图2)。
当二次水驱开始时，各层(高、中、低)产液量占总液量的比例分别为42.7％、50.53％和6.79％，其中，中渗透层产液比例达到最高值。高、中、低渗透层化学驱最终采收率分别为22.5％、35.85％和21.05％。由于高渗透层是在水驱驱至含水100％后开始的化学驱，该层化学驱采收率证明了具有超低界面张力的三元体系，可驱动水驱驱不动的残余油，使驱油效率提高(见表4和表5)。
                                                     表4 并联实验各阶段、各层液量分配、采收率
渗透率×10-3μm2           水驱2.18PV               三元段塞0.28PV              聚合物段塞0.19PV                  二次水驱1.53PV 最终采收率增幅％
  液量比例％ 占本层层孔隙体积的PV数 累积单层采收率％ 液量比例％ 占本层孔隙体积的PV数 单层采收率增幅％ 累积单层采收率％   液量比例％ 占本层孔隙体积的PV数 单层采收率增幅％ 累积单层采收率％ 液量比例％ 占本层孔隙体积的PV数 单层采收率增幅％ 累积单层采收率％
  232   2.5   0.149   16.29   9.6   0.074   3.95   20.24   11.1   0.057   6.13   26.37   6.9   0.288   10.97   37.34   21.05
  647   21.8   1.50   40.59   29.5   0.26   4.81   45.04   41.8   0.250   11.85   56.89   40.1   1.933   19.55   76.44   35.85
  1888   75.7   5.20   66.76   60.9   0.538   4.05   70.81   47.1   0.283   9.05   79.86   53.0   2.555     9.4   89.26   22.5
  采收率增幅％             42.7                    4.16                    9.09                      13.24   26.49
  累积采收率％             42.7                    46.86                    55.95                      69.19
                                    表5 并联实验三元段塞各阶段、各层液量分配、采收率
渗透率×10-3μm2                                                                三元段塞0.28PV
                         0.09                            0.09                             0.1
液量比例％ 占本层孔隙体积的PV数 单层采收率增幅％ 单层采收率％ 液量比例％ 占本层孔隙体积的PV数 单层采收率增幅％ 单层采收率％ 液量比例％ 占本层孔隙体积的PV数 单层采收率增幅％ 单层采收率％
232 4.3 0.01 0.24 16.53 10.8 0.03 1.62 18.15 13.08 0.034 2.09 20.24
647 26.1 0.07 0.6 41.19 28.7 0.09 1.48 42.67 33.18 0.1 2.37 45.04
1888 69.6 0.18 0 66.76 60.5 0.19 0 66.76 53.74 0.16 4.05 70.81
ΔEOR                                                                       4.16
中、低渗透层采收率提高，一方面因为驱油效率的提高，另一方面是由于乳状液的调剖作用，扩大了波及体积，从而大幅度提高采收率。
3、三元复合驱乳化调整了层内矛盾
(1)方案：将室内配制的O/W型原油乳状液注入变异系数0.72的人造非均质岩心，模拟地下乳状液的驱油过程。通过不同的驱油实验方案，研究三元复合驱在层间非均质岩心乳化对提高采收率的影响。
(2)乳状液段塞大小设计依据：杏二区、杏五区、北一断西三元复合驱矿场试验乳化出现的时间都在主段塞注入0.2PV左右，考虑到乳状液段塞需持续一段时间，根据室内物理模拟设备情况，设计乳状液段塞大小为O.25PV，方案见表6。
                                     表6
岩心参数 方案 段塞组成
人造非均质岩心；变异系数：0.72；长度：30cm；截面积：20-22cm2 ①水驱→0.25PV(ASP+油)乳状液→水驱②水驱→0.25PV(ASP+油)乳状液→0.1PV ASP三元→水驱③水驱→0.1PV ASP三元→水驱④水驱→0.3PV ASP三元→水驱 ①三元复合体系：1.2％NaOH+0.3％烷基苯磺酸盐+1200mg/L聚合物乳状液：均化器11000rpm、油水比2/3，②三元复合体系：表面活性剂0.005％+碱0.05％+聚合物100mg/L与原油制成驱油用乳状液
(3)结果：对于乳状液驱油过程，水驱阶段含水很快上升，至98％以上时，岩心进口压力基本稳定。注入乳状液段塞后，压力迅速上升并维持较高水平(见图3和4)，说明乳状液在岩心中受到的阻力非常大。乳状液段塞结束后，随着水驱或化学驱的注入，压力开始缓慢下降。当乳状液段塞被突破后，压力迅速下降至接近水驱时压力值，含水则上升至98％以上。
驱油实验结果见表7，方案1中0.25PV乳状液驱提高采收率值为7.3％；方案2中0.25PV乳状液+0.1PV三元复合驱采收率值为22.45％。与0.3PV三元+0.2PV聚合物的驱油效果相当，比方案4中仅有0.3PV三元，无后续聚合物保护段塞的采收率高，说明乳状液可以提高采收率。
                                 表7 乳状液驱油实验结果
驱油方案 平均渗透率(×10-3μm2)       注入液粘度(mPa.s) 原油饱和度(％) 水驱采收率(％) 化学驱采收率(％)
乳状液 三元体系
①0.25PV(ASP+油)乳状液—水驱 1127 20.1 75.4 37.8 7.3
②0.25PV(ASP+油)乳状液—0.1PV ASP三元—水驱 1075 19.3 12.3 70.3 37.26 22.45
③0.1PV ASP三元—水驱 1251 12.3 68.2 38.84 12.0
④0.3PV ASP三元—水驱 1123 12.3 67.1 39.48 17.4
⑤0.25PV(水+油)乳状液—水驱 1001 20.3 69.2 38.25 2.49
*岩心非均质变异系数0.72，乳状液含水59％，类型O/W
另外还做了方案5不含化学剂的油水乳状液驱油实验，采收率提高值为2.49％。而含有化学剂的乳状液，虽然化学剂用量很低，但使该乳状液与水之间的界面张力由36mN/m降至5.22×10-1mN/m，采收率提高7.3％。原因在于含有化学剂的乳状液不仅有调剖作用，还能捕集携带油层油滴，所以比不含化学剂的乳状液提高采收率幅度大。
结合并联实验结果，发现乳状液有一定的调剖作用，扩大了波及体积的同时，还有一定的捕集携带能力，提高了乳状液的洗油效率，从而提高采收率。
4、乳状液形成对后续注入段塞粘度的影响
(1)方案：相同PV数的乳状液段塞后接粘度不同的三元体系，以考察乳状液形成对后续注入段塞粘度的影响，方案见表8。
                 表8 后续段塞粘度对乳状液驱油实验采收率影响
岩心参数 方案 段塞组成
人造非均质岩心；变异系数：0.72长度：30cm，截面积：20-22cm2 ①水驱→0.25PV(ASP+油)乳状液→0.1PV ASP三元→水驱②水驱→0.25PV(ASP+油)乳状液→0.1PV AS二元→水驱 乳状液：用均化器11000rpm、油水比2/3条件下，将低浓度ASP三元体系(表面活性剂0.005％+碱0.05％+聚合物100mg/L)与原油制成驱油用乳状液ASP三元体系：1.2％NaOH+0.3％表面活性剂+聚合物1200mg/LAS二元体系：1.2％NaOH+0.3％表面活性剂
(2)结果：从表9中的驱油实验结果来看，乳状液段塞与小段塞三元驱组合，采收率为22.45％，效果最好；与小段塞二元驱组合的采收率为19.7％，效果也不错(采收率比前者低2.75％)。这是因为具有一定调剖能力的乳状液缓和了层间矛盾，具有超低界面张力的三元或二元体系可继续剥蚀驱替中渗透层剩余油，使得中渗透层出现一定量的富油带，有效地利用了三元、二元体系的高效洗油能力。
                              表9 乳状液段塞驱油实验结果
驱油方案 平均渗透率(×10-3μm2)       注入液粘度(mPa·s) 原油饱和度(％) 水驱采收率(％) 化学驱采收率(％)
乳状液 二元体系 三元体系
①0.25PV(ASP+油)乳状液-0.1PV ASP三元—水驱 1075 19.3 12.3 70.3 37.26 22.45
②0.25PV(ASP+油)乳状液-0.1PV AS二元—水驱 1220 19.3 0.96 66.6 39.13 19.7
*岩心非均质变异系数0.72，乳状液含水59％，类型O/W
由此可以看出，三元复合驱乳化后，可以适当降低聚合物用量。可考虑当三元复合驱原油乳化后，再注入小段塞低浓度三元或二元体系，以充分利用乳状液的调剖作用和三元体系较高的洗油能力。
5、乳状液段塞大小对提高采收率的影响
(1)方案：注入不同PV数的乳状液段塞，模拟地下乳状液形成段塞的大小对提高采收率的影响，做两次平行实验。
(2)结果：方案1中0.25pv乳状液驱的采收率值为7.3％；方案2中0.36pv乳状液驱的采收率值为8.25％，后者比前者的用量多0.11PV(见表10)。说明三元体系在地层中形成的乳化段塞越大，越有利于提高采收率。
                                表10 乳状液段塞驱油实验结果
驱油方案 平均渗透率(×10-3μm2) 注入液粘度(mPa·s)      乳状液 原油饱和度(％) 水驱采收率(％) 化学驱采收率(％)
乳状液 含水(％) 类型
①0.25PV(ASP+油)乳状液—水驱 1127 20.1 59 O/W 75.4 37.8 7.3
②0.36PV(ASP+油)乳状液—水驱 1123 20.1 59 O/W 70.0 38.5 8.25
*岩心非均质变异系数0.72
综上所述，可以归纳总结出乳化的产生对三元复合驱有一定的影响，在一定程度上对提高三元复合驱的采收率是有利的。乳化对驱油最主要的贡献是乳化携带及乳状液调剖。乳化携带是具有超低界面张力的三元复合体系通过降低界面张力使毛管力、内聚力、粘滞力大大降低，从而使剥蚀下来的油形成o/w型乳状液易于流动，进而通过聚并、形成油墙。乳状液调剖机理主要是驱替过程中产生的高粘乳状液，在驱替过程中优先进入高渗透层，并对这些层位产生一定的封堵作用，使中、低渗透层位启动。从而进一步扩大了三元复合驱的波及效率。

Claims (5)

1、一种利用三元复合驱乳化作用提高石油采收率的方法，其驱油主要步骤如下：
水驱-三元复合乳化液-三元复合驱-水驱，其特征在于，所述三元复合乳化液是由表面活性剂、碱和聚合物组成的三元复合体系与原油制成。
2、根据权利要求1所述的三元复合驱乳化作用提高石油采收率的方法，其特征在于，所述三元复合乳化液中三元复合体系配方及浓度分别为表面活性剂0.005％、碱0.05％、聚合物100mg/L。
3、根据权利要求1所述的三元复合驱乳化作用提高石油采收率的方法，其特征在于，所述三元复合乳化液的制备条件为均化器11000rpm，油∶水＝2∶3。
4、根据权利要求2所述的三元复合乳化作用提高石油采收率的方法，其特征在于，所述的表面活性剂为烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐或生物表面活性剂；碱为NaOH、Na2CO3、Na3PO4或Na2SiO4·9H2O；聚合物为聚丙烯酰胺，其分子量为1400万。
5、根据权利要求1所述的三元复合驱乳化作用提高石油采收率的方法，其特征在于，所述三元复合乳化液的注入为0.25PV，三元复合驱的注入为0.1PV。
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