普通稠油SP二元复合驱波及系数与驱油效率的关系

陈 挺， 张贵才， 葛际江

(中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛 266580)

普通稠油SP二元复合驱波及系数与驱油效率的关系

陈 挺， 张贵才， 葛际江

(中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛 266580)

改变甜菜碱表面活性剂的质量分数建立具有相同黏度不同界面张力的二元复合驱油体系，通过填砂管驱替实验评价驱油体系提高胜利普通稠油采收率的能力。结果表明，二元体系提高采收率的幅度随着表面活性剂质量分数的增大而减小；添加少量(质量分数0.01%)的表面活性剂，能够降低界面张力,但是高于超低界面张力值(10-3mN/m)，二元复合体系的采收率获得较大的提高，聚合物与表面活性剂产生良好的协同效应。微观驱替实验表明，扩大波及系数能更为有效地提高普通稠油化学驱采收率。降低界面张力至超低值能够提高洗油效率,但会降低复合体系扩大波及系数的能力，从而影响采收率的提高。

普通稠油； 化学驱； 超低界面张力； 波及系数； 洗油效率

普通稠油油藏水驱后通常采用化学驱的方法进一步提高采收率。其中聚/表二元复合驱能够避免碱剂的使用带来的地层破坏和产出液乳化现象严重等问题，正日益受到各国石油工作者的重视[1-3]。人们普遍认为驱油体系的界面张力越低，特别是达到超低界面张力的时候，残余油启动时需要克服的毛细管力就越小，从而采收率越高[4]。但是在某些条件下，稀油和普通稠油化学驱替的结果表明,取得理想采收率的驱替液配方的界面张力并非是超低值，而是能够提高驱油剂波及系数的体系[5-6]。在稠油碱驱的过程中同样发现类似的现象，即扩大波及系数更能有效地提高采收率[7-8]。

本研究选取黏度为130 mPa·s(50 ℃)的胜利普通水驱稠油作为研究对象。改变复合体系中表面活性剂的用量得到超低界面张力驱油体系和非超低界面张力驱油体系。用填砂管实验评价驱油体系提高采收率的能力，并用微观驱替实验来计算采收率、波及系数和洗油效率。根据实验结果研究波及系数与洗油效率在聚/表二元复合驱油体系提高普通水驱稠油采收率时的关系。

1 实验部分

1.1仪器与药品

仪器：美国Texas-500型旋滴界面张力仪；填砂管驱替实验装置；微观驱替实验装置。

药品：羟基磺基甜菜碱SBET-17，实验室自制，纯度29.4%；水解聚丙烯酰胺HPAM，相对分子质量1.4×107，北京恒聚公司生产，水解度23%～25%；石英砂，100～120 目；氯化钠，分析纯；蒸馏水。表面活性剂溶液、聚合物溶液以及聚/表二元驱油剂溶液均用质量分数为0.5%氯化钠溶液配制。原油取自胜利油田，组分如表1所示。

表1 原油组分Table 1 The composition of crude oil

1.2实验步骤

界面张力测定：使用美国Texa-500界面张力仪测定了化学驱溶液和胜利普通稠油之间的动态界面张力，油水接触动态照片和界面张力值由本课题组设计编写的自动采集分析软件获得并计算，根据记录的数据绘制动态界面张力曲线[9]。

填砂方法：填砂管长19.0 cm，内径为2.5 cm。实验步骤为：将少许100～120 目的石英砂加入填砂管中，倒入适量蒸馏水润湿砂子，均匀敲击管壁振动填砂管，使填砂均匀厚实；重复上一步，直到填满为止。为避免石英砂中进入空气，在整个填砂过程中须保证蒸馏水水面高于砂子面。用1.0 mL/min的流速驱替蒸馏水测定填砂管的水测渗透率。

填砂管驱替实验：首先用模拟地层水饱和填砂管，然后计算渗透率和孔隙度；饱和胜利普通稠油，直到产出液含水率小于2%，计算初始含油饱和度；先水驱直到产出液含水率大于98%，然后注入0.5PV的化学驱段塞，接着进行后续水驱直到含水率再次大于98%。除特殊指出外，驱替速度均为0.5 mL/min，温度为50 ℃。

微观驱替实验：微观模型抽真空；用质量分数为0.5%NaCl饱和均质水湿微观模型；饱和胜利普通稠油；以0.003 mL/min的注入速度进行驱替，并录制整个过程；分析图像。为了更清晰的观察现象，在驱替液中加入了质量分数为0.05%的曙红。利用实验室开发的图像分析软件计算不同驱替阶段的采收率、波及系数和洗油效率。

2 结果与讨论

2.1驱油体系与原油的界面张力

不同配方驱油体系与胜利普通稠油的界面张力如图1所示。由图1可知，当表面活性剂质量分数极低时(0.015%)就可将界面张力降至超低值。界面张力曲线随着表面活性剂质量分数的增大呈现“V”型，即油滴迅速被拉断，油滴剩余部分慢慢回缩，直径变粗，导致界面张力值逐渐增大。聚合物的质量分数固定为0.15%，聚/表二元复合体系到达超低界面张力时有所延长，但最低界面张力仍然能够达到超低值。聚合物与表面活性剂表现出良好的相容性。当表面活性剂的质量分数为0.1%时，复合体系可以迅速将油水界面张力降至超低值，拉断后界面张力维持在10-2mN/m。

图1 驱油体系与原油的界面张力

Fig.1TheIFTbetweenfloodingsystemandcrudeoil

2.2填砂管驱替实验

使用7组填砂管实验研究胜利普通水驱稠油化学驱的效果。填砂管物理参数、驱替液配方及水驱采收率、化学驱采收率如表2所示。由表2可知，单一的表面活性剂、聚合物驱油体系均能够有效提高原油水驱后的采收率。聚合物提高采收率的幅度大于表面活性剂驱，采收率随着聚合物浓度的增大而增大。根据界面张力实验结果，选取不同质量分数的甜菜碱与聚合物复配得到不同界面张力值的复合体系，研究在普通水驱稠油化学驱中波及系数和洗油效率对采收率的影响。当w(SBET-17)=0.05%，0.10%时，采收率与单一聚合物驱替时相比有所下降。而当表面活性剂的质量分数为0.01%时，复合驱体系的采收率超过了聚合物驱替时的采收率，显示出良好的协同效应。复合体系的采收率随着甜菜碱质量分数的增大而减小，因此普通稠油化学驱提高采收率是以扩大波及为主。从体系的界面张力考虑，具有超低界面张力的复合体系并不一定能够有效地提高采收率，表面活性剂的加入反而影响了驱油效率。

表2 填砂管驱替实验总结Table 2 The summary of sandpack flooding tests

胜利普通稠油化学驱注入压力如图2所示。

图2 注入压力曲线

Fig.2Pressuredropforcrudeoil

由图2可知，注入化学剂后的注入压力升高幅度依次为聚表二元驱(10-2mN/m)>聚合物驱>聚表二元驱(10-3mN/m)>表面活性剂驱。采收率与化学剂注入后压力升高幅度的大小相对应。注入压力的升高说明驱替液发生了液流转向作用[10-11]，从而波及到了更多的剩余油。单独注入表面活性剂，压力升高不明显，所对应的采收率最低。当表面活性剂的质量分数为0.01%时复合体系的注入压力最高，对应着最大的采收率。聚合物中加入质量分数大于0.01%表面活性剂后注入压力与单独聚合物驱时相比略有下降，而界面张力降至超低值，说明对于普通稠油化学驱来说流度的控制相对于界面张力的降低更为重要也更为有效。

2.3波及系数与洗油效率的关系

采收率的提高与波及系数和洗油效率有关，通过微观驱替实验采集胜利普通水驱稠油聚/表二元复合驱时的照片，计算采收率、波及系数和洗油效率，如图3—5所示。由图3可知，采收率随着注入体积的增大而增加，随着复合体系中表面活性剂质量分数的增大先增加后减小。当表面活性剂质量分数为0.01%时，采收率最大，聚合物与表面活性剂表现出良好的协同效应，在聚驱的基础上进一步提高采收率。当表面活性剂质量分数为0.10%时，采收率最小，小于单一聚合物驱时取得的采收率。这与填砂管实验的结果一致。表面活性剂质量分数的增加，进一步降低了复合体系的油水界面张力，但是采收率并没有上升，反而呈现下降的趋势。这表明在普通稠油化学驱中，界面张力降低导致的洗油效率增大并不能够有效提高采收率，这点与在稀油油藏实验中得到的结论不同[12]。

图3 微观驱替实验采收率-注入PV数曲线

Fig.3Thecurveofrecovery-PVformicroscopicfloodingtest

图4 微观驱替实验波及系数-注入PV数曲线

Fig.4Thecurveofsweepefficiency-PVformicroscopicfloodingtest

图5 微观驱替实验洗油效率-注入PV数曲线

Fig.5Thecurveofdisplacementefficiency-PVformicroscopicfloodingtest

由图4可知，驱替过程中波及系数随注入PV数的变化形式与采收率-注入PV数的变化形式类似。当表面活性剂质量分数为0.01%时，复合驱油体系的波及系数比单一的聚合物体系的波及系数更大，且随着注入量的增大而迅速增加。继续增加表面活性剂的质量分数，波及系数缓慢增大，且最终的波及系数小于单一聚合物驱和低表面活性剂质量分数二元复合驱。另一方面，复合驱的洗油效率随着体系中表面活性剂质量分数的增大而增加，如图5所示。当表面活性剂质量分数为0.01%时，复合体系的洗油效率略高于单一聚合物驱。这是由于表面活性剂质量分数低，体系的界面张力达不到超低值所致。增加表面活性剂质量分数，洗油效率随着注入量的增大而增加。

分析表面活性剂质量分数为0.01%和0.10%的复合体系采收率、波及系数和洗油效率的关系,结果如图6所示。由图6可知，当表面活性剂质量分数较低(0.01%)和较高(0.10%)时，采收率随注入量增加的变化方式分别与波及系数和洗油效率相似，说明在不同质量分数表面活性剂存在的条件下影响采收率提高的因素不同。同时也表明波及系数的增大要比洗油效率的提高更能有效地提高普通稠油的复合驱采收率。表面活性剂质量分数较高时，能够极大提高洗油效率，但是影响了聚合物扩大波及系数的能力，使驱替液不能够波及到更多的剩余油。在驱替液波及到的范围内，通过分散剥离作用将剩余油全部驱出；但是由于仍然存在大量未波及到的剩余油，洗油效率的提高作用无法发挥，故整体采收率反而降低，甚至小于单一聚合物驱替时的采收率。

图6 波及系数、洗油效率、采收率关系

Fig.6TherelationshipofEv,ErandE

3 结论

由甜菜碱和聚合物组成的二元复合驱油体系具有良好的降低油水界面张力能力，界面张力随着表面活性剂质量分数的增大而降至超低，但是采收率逐渐下降。较低质量分数的表面活性剂能够与聚合物产生协同效应，在聚合物驱的基础上进一步增大采收率。对于普通稠油化学驱，采收率的提高与波及系数的扩大直接对应，而洗油效率增大后会影响到复合体系扩大波及系数的效果。

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(编辑 宋官龙)

The Relationship of Sweep Efficiency and Displacement Efficiency of SP Binary Combination Flooding Systems for Heavy Oil

Chen Ting, Zhang Guicai, Ge Jijiang

(SchoolofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),QingdaoShandong266580,China)

The binary combination flooding systems with the same viscosity and different interfacial tension were formulated by changing the concentration of betaine surfactants. The sandpack flooding tests were employed to evaluate the ability of flooding systems to enhance the heavy oil recovery. It is found that the recovery decreased with the increasing of the betaine concentration. Low concentration (0.01%) of betaine can reduce the IFT to a value above ultra-low value (10-3mN/m) and the recovery of binary combination flooding system can be greatly improved. There exists a synergy effect between HPAM and surfactant. The microscopic flooding tests show that the improvement of sweep efficiency can increase heavy oil recovery more efficiently. The ultra-low value IFT leads to the increasing of displacement efficiency, however the sweep efficiency was impaired. As a result, the improvement of recovery was affected.

Heavy oil; Chemical flooding; Ultra-low interfacial tension; Sweep efficiency; Displacement efficiency

1006-396X(2014)01-0066-05

2013-11-28

：2013-12-17

山东省自然科学基金资助项目“三次采油中化学驱体系油水界面流变性研究”(ZR2011EEQ001)。

陈挺(1982-)，男，博士研究生，从事提高采收率和采油化学研究；E-mail： 15315019827@163.com。

张贵才(1966-)，男，博士，教授，从事提高采收率和采油化学研究；E-mail：13706368080@vip.163.com。

TE39

： A

10.3969/j.issn.1006-396X.2014.01.013