重质稠油油藏碱/表面活性剂二元复合驱室内实验

2011-11-09马奎前朱玉国蔡越钎张占华

石油地质与工程 2011年2期

关键词：驱油稠油活性剂

马奎前,蔡晖,朱玉国,蔡越钎,张占华

(中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津塘沽 300452）

重质稠油油藏碱/表面活性剂二元复合驱室内实验

马奎前,蔡晖,朱玉国,蔡越钎,张占华

(中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津塘沽 300452）

针对渤海某稠油油田储层非均质性、储层物性和流体性质等特点,利用室内实验方法,对碱/表面活性剂二元体系中表面活性剂与原油的界面活性、碱对表面活性剂/原油间界面活性的影响、碱/表面活性剂之间的协同效应进行了实验研究,对碱/表面活性剂驱油效果进行评价。结果表明,碱/表面活性剂二元驱油体系,具有降低界面张力,提高驱油效率的作用。

稠油油田;碱/表面活性剂;界面张力;驱油效率

化学驱油机理主要是通过向地层中注入驱替介质,改变地层流体的相对渗透率、岩石润湿性及驱替相的粘度来提高原油采收率。通过注入流体既能进行流度控制又能降低界面张力,从而使驱油效率和波及系数增加,是一种较有前途的提高采收率技术。

渤海稠油油田储量约占80%,而在这些稠油油田中,因多种因素,不能投入开发的储量占稠油储量的5%左右[1]。制约这些稠油油田开发的主要瓶颈是原油粘度大、储层非均质性强、水驱开发效果差。目前国内外针对普通稠油AS驱油的研究和应用很多[2-8],但在重质稠油中的研究应用很少[9-10]。因此,开展A/S(碱/表面活性剂)二元驱油体系在重质稠油油藏的适应性研究,可以为同类稠油油藏A/S二元复合驱技术的应用提供理论依据。

1 实验条件

1.1 实验用水

采用渤海某稠油油田的地层水,其矿物组成见表1。

1.2 实验用油

表1 实验用水化学成份表

采用某稠油油田的地面脱气原油与煤油配制而成,50℃时原油粘度为2004mPa·s。

1.3 实验岩心

采用冷冻法,取自某稠油油田天然岩心,几何尺寸:φ2.15cm×5cm。

1.4 实验化学剂

表面活性剂选取烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐两种,实验用碱选用弱碱Na2CO3。

1.5 实验方法

(1)油水界面张力测定:依据标准SY/T5370-1999表面及界面张力测定方法中进行测试。

(2)抗盐性、热稳定性评价实验和驱油效率测定:分别依据SY/T5908-1994标准中石油磺酸盐性能测定方法和SY/T6424-2000标准中复合驱油体系性能测试方法进行测试。

2 实验结果及分析

2.1 油水间原始界面活性

油水间的界面张力测定主要是了解实验所用地下水与原油间的原始界面张力的大小。测定结果:地下水与原油间的界面张力为6.33mN/m。

2.2 表面活性剂界面活性及驱油效果分析

在一定浓度范围内,表面活性剂溶液与原油间的界面张力随着浓度的增大而降低(表2),从中可看出,表面活性剂单独使用时,降低界面张力幅度明显。当表面活性剂17#体积分数≧0.1%时,油水界面张力达到了10-1mN/m数量级,体积分数在0.5%时,界面张力达到了10-4mN/m数量级,但当体积分数增加到2%时,界面张力上升一个数量级;表面活性剂25#也是类似情况。这主要是因为原油与表面活性剂溶液接触后,随着时间的延长,界面张力降低,最后油滴被拉断或分散成油珠状(图1)。从两种表面活性剂对比来看,表面活性剂17#降低界面张力最低,浓度范围宽,可作为首选驱油剂单独使用,体积分数选择1.5%。

表2 不同浓度表面活性剂与原油间界面张力情况

图1 油滴与化学剂接触后油滴的变化

另外从实验结果可看出(表3),单一表面活性剂驱油时,驱油效率增加幅度较大,但所需表面活性剂浓度相对较高,成本较大。同时如果单独向油层中注入表面活性剂,表面活性剂浓度会因吸附损耗导致设计的浓度减小,驱油效果变差。为了降低其成本投入,使其在较低的浓度范围内,驱油体系仍与原油间达到较高的界面活性,可以通过添加助剂的方法来改善表面活性剂与原油间的界面活性,同时减小表面活性剂的用量,以适应大规模矿场推广应用的要求。

表3 表面活性剂驱油效果分析

2.3 碱助剂与原油界面活性

不同浓度碱与原油间的界面张力情况见图2,从中可看出,当碱体积分数≧1.0%时,油水界面张力达到了10-2mN/m数量级,在该范围内使用,界面张力降低效果相对好。图3给出了不同浓度碱与原油间的动界面张力变化曲线,从中可以看出,碱与原油接触后,界面张力变化较平稳,时间延长,张力变化不明显。可见,单独使用碱水驱油,效果不是很理想。

图2 不同浓度碱剂与原油间的界面张力变化曲线

图3 不同浓度碱剂与原油间的动界面张力变化曲线

2.4 碱对表面活性剂/原油间界面活性的影响

碱对表面活性剂溶液降低界面张力的影响,依据表面活性剂自身溶液性质,实验选用表面活性剂体积分数为0.3%,碱Na2CO3体积分数选用1.0%。不同表面活性剂与碱复配后的体系与原油间的界面张力最低值、平衡值见表4和图4。从表中可以看出,加入一定浓度的Na2CO3的二元体系,能使界面张力降低达到了10-2mN/m数量级以下,达到与高浓度表面活性剂单独使用时相同的降低界面张力的效果。可见低浓度表面活性剂溶液中加入一定浓度的Na2CO3,不但可以达到单独使用表面活性剂的效果,而且可降低表面活性剂的用量。从经济性和复合体系特性方面考虑,选用Na2CO3作为表面活性剂溶液调节剂,优选表面活性剂为25#。

表4 不同表面活性剂复配体系与原油间界面张力情况(mN/m)

图4 碱对表面活性剂体系与原油间的界面张力的影响

2.5 A/S之间的协同效应

表面活性剂溶液中加入一定浓度碱后组成的复合体系,能不同程度地起到降低界面张力的效果。通过不同浓度碱、表面活性剂之间的复配体系与原油间的界面张力大小的测定,优选了复合体系单剂浓度,并确定出最佳碱/表面活性剂复配驱油体系配方,使其在较宽的浓度范围内可以达到超低界面张力(10-3mN/m以下)的效果。

图5分别给出了碱/表面活性剂复合体系正交实验的界面张力最低值和平衡值,表面活性剂25#在实验范围为0.05%～4.0%,Na2CO3实验范围为0.4%～1.2%,Na2CO3和表面活性剂之间的复配体系界面张力平衡值都达到了10-3mN/m数量级,中心区域达到了10-4mN/m数量级,且复合体系浓度在较宽范围内都达到了协同效应。界面张力最低值在部分区域内,达到10-4mN/m数量级。由此可见,Na2CO3体积分数和表面活性剂复合体系能够克服由于吸附损耗而使浓度减少,起到了在低浓度的情况下也能降低界面张力的作用。

2.6 A/S二元复合体系中表面活性剂浓度的优化

图5 A/S体系界面张力活性和平衡性图

保持碱体积分数1%不变,研究同一表面活性剂在不同浓度下复合体系的驱油效果。结果如表5所示,可以看出,当表面活性剂25#体积分数为0.2%时,复合体系相比水驱提高驱油效率10.84%,当增加到0.3%时,驱油效率增加了16.67%,增加幅度为5.83%;而增加到0.4%时,增加幅度仅0.05%。由此可见,表面活性剂浓度在一定范围内,随着浓度增大,驱油效率增加,当浓度增大到一定程度时,驱油效率增加幅度变缓。结合上面复合体系界面活性研究,确定复配体系配方为:1.0%Na2CO3+0.3%表面活性剂25#。

表5 表面活性剂浓度对A/S二元体系驱油效果的影响

2.7 A/S二元复合驱注入段塞优化

对优化后的A/S二元复合体系,在注入体积倍数为0.1PV、0.3PV、0.5PV时的驱油效率进行分析,实验结果见表6。可以看出该复合体系注入0.3 PV时的驱油效果最佳,比水驱提高驱油效率16.67%,明显高于0.1PV段塞时的驱油效率,与0.5PV段塞相比,驱油效率相差不大,从经济性考虑,推荐注入段塞为0.3PV。