化学驱替剂的研究进展

程光明， 陈 超， 卢珊珊，张金辉， 潘 一， 付洪涛， 王怡茹

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）



化学驱替剂的研究进展

程光明， 陈 超， 卢珊珊，张金辉， 潘 一， 付洪涛， 王怡茹

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

摘 要：化学驱是一种重要的提高采收率方法，在国内外均有广泛应用。介绍了国内外化学驱油的研究与应用现状， 根据使用化学驱替剂的不同，将化学驱油剂分为聚合物驱替剂、表面活性剂驱替剂、碱驱替剂以及复合驱替剂等。综述了各种方法驱替剂的特点，使用情况，以期为相关的研究提供借鉴。

关 键 词：化学驱；聚合物驱；表面活性剂驱；碱驱；复合驱

原油采收率［1］是指从油藏采出的量中可采储量占原始石油地质储量的百分比。砂岩油田进入高含水阶段，原油产量逐年递减，注水矛盾日益突出，采用的措施潜力变得不足，效果变差，腐蚀、套变等系统设施的问题严重，水驱驱油难度增大，从而采收率降低。为解决上述问题，国内外很多专家使用化学驱替剂增加采油率的可行性。研究表明，聚合物驱替剂可以提高驱油液的粘度，减小驱油的流度比；表面活性剂驱替剂降低油水界面张力提高驱油效率； 碱水驱替剂降低界面张力、乳化原油、溶解油水界面上的刚性界面膜、改变岩石润湿性等机理，降低残余油。

1 聚合物驱替剂

聚合驱是通过聚合物来增加注入的驱油液的粘度，使得流度比减小，进而提高采油率。同时，聚合物在驱油过程中还可以起到调剖的作用，因此受到了广大学者的关注。目前，各种类型的聚合物驱替剂被应用到矿场等场所进行实地试验，例如，聚合物凝胶、缔合聚合物等。CIPR［1］等在研制聚合物的研究方面取得进展，Alagic和Skauge最近的出版物结果显示，从低盐度以上表面活性剂（LS-S）注入低盐度表面活性剂解决方案显示II型，盐水化学和表面活性剂添加合并后的结果使原油采收恢复OOIP 20%～30%的增量，并通过驱替剂实验研究了低盐度聚合物的综合效应。 聚合物使用HPAM和聚合物浓度减到很低导致盐水注入粘度很小。但是它对原油采收率影响明显。综上所述。 该研究注入的聚合物所提高原油采收是阶段性的，只是效果较聚合物三次注射好，但仍有待改善。Wever， Diego A. Z.［2］等利用研制的新型聚合物驱替剂Comblike 聚丙烯酰胺驱剂通过评估岩心渗流实验和过滤测试来考查它的吸水特性。分支PAM的数量对滤过率来说几乎没有影响。在盐水方案中，分支PAMs的溶液粘度与线性类似物相等，但分支PAM的采油量是同等聚合物的3倍。聚丙烯酰胺驱剂使用分支PAM代替线性的（5.0 OOIP）以上的比例提高了1.5%。 低分子量和高增稠能力的支化PAMs使他们适合应用于采油。 综上所述，此种聚合物驱替剂在提高采油方面仅适合三次采油，尤其是针对低渗透储层。 且效果是通过模拟分析得出，实际情况有待研究。 张书栋［3］等通过室内试验研究了新型疏水缔合聚合物的特性，并对其驱油机理及效果进行评价。结果表明，与常规聚合物相比，新型疏水缔合聚合物在高盐高温条件下的增黏能力和驱油效果好，实验表明对Ⅲ类高温高盐油藏，该新型聚合物驱替剂能满足提高原油采收率的要求。但该种聚合物的开发研究仅仅处在室内研究阶段，在实际油田区域的开采效果有待进一步研究。付京［4］等考虑稠油聚合物的的诸多因素，分析研究了聚合物驱替剂溶液对驱油效果的影响。结果表明在在聚合物溶液波及范围内，聚合物溶液弹性一定的情况下，注入量越大，注采井间的速度越大，驱替效果越好。当聚合物溶液的注入的量一定时，注采井间速度随弹性增大成上升趋势，因而，驱替效果变好。在孤岛油田条件下，祝仰文［5］等通过实验研究了地层渗透率、水油黏度比、聚合物用量三个主要影响聚合物驱效果的条件，并且分析与优化了聚合物驱的基本参数。结果表明，地层渗透率为2.0 μm2时，采收率最佳；当原油黏度为50.7 mPa·s时聚合物驱油剂的水油黏度比在0.06 到0.6之间波动；水驱后期注入聚合物段塞，浓度达到3 000 mg.L-1时提高采油率十分明显，而浓度不变，段塞体积增大采收率升高。Cui Zhenggang［6］等通过对N -（3-Oxapropanoxyl）十二酰胺实地测试，表明N-（3-Oxapropanoxyl） 十二酰胺作为一种纯化合物，也是一种EO数分布窄的同系物构成的混合物，可以由月桂酰氯与二甘醇胺的反应合成，正在进行表面活性剂驱的适应性的检测。研究发现当与碱混合时，这两种产品可以减少45 ℃时水界面的张力：1×10-3-1×10-4mN/m表面活性剂浓度范围为0.01～0.5%（wt）。测试表明， 三次采油（18.6±0.4）% OOIP可以采用以上表面活性剂驱与N-（3-Oxapropanoxyl） 十二酰胺，而且不需添加任何碱性剂和中性电解液。（N）- 3-Oxapropanoxyl 十二酰胺非离子表面活性剂，没有浊点，即使在缺乏碱性剂的情况下也十分有效，是一种理想的表面活性剂。该驱替剂不需添加任何碱性剂和中性电解液，并且材料可生产，工业来源再生。

从文献调研中发现，聚合驱是通过聚合物来增加注入的驱油液的粘度，使得流度比减小，进而提高采油率。因此，聚合物驱替剂对原油开采有着广泛的应用前景。

2 表面活性剂驱替剂

表面活性剂驱是在水中加入表面活性剂（通常是石油磺酸盐），这样可以充分降低油与水界面的张力，从而提高原油的采收率。活性水驱和胶束驱是表面活性剂驱替的两种主要方法。对于活性水驱方法，实验时加入活性剂的量小，由此导致的界面张力减小的效果不是很明显，由于活性水孔喉的湿润性，利用乳化原油的原理，充分减少了残余油的量。胶束驱是指由活性剂与水、电解质以及醇类助剂等共同构成成胶束溶液，并用该溶液与原油层混合在一起，溶解度增加，使油水界面消失，提高了原油的采收率。刘平德［7］等基于单体的分子结构与性质的关系研制了两种类型的油/水界面张力较低的可聚合单体，其利用复杂的引发剂，在较低的聚合温度下，制成了聚合丙烯酰胺。结果表明，该聚合物驱油剂具有良好的水溶性，稠化性能、抗盐性和耐热性，在卤水中的抗剪强度。由于丙烯酰胺的接枝聚合，聚合物克服了色谱分离效应，降低了油/水界面张力。实验表明，新型表面活性聚合物的效率高于普通水解聚丙烯酰胺5.2%以上。驱替剂该更好的稠化性能，能够降低油/水界面张力。在一个高压釜磺化反应器中，大庆炼油厂［8］使用糠醛抽出油作为原料，磺化剂（120%）为发烟硫酸，制备石油磺酸盐（PS）。表面活性剂驱替剂石油磺酸盐用反应温度60 ℃，脂肪酸的比例0.45：1为最佳合成条件，控制其活性成分，PS收益率为45.1%～48.2%。在低剂量条件下，通过添加PS有效减少水相和原油之间的界面张力。该表面活性剂制取经济消耗较大，条件较复杂，在提高原油采收率上仍需改进。岳普［9］等在实验室合成了一种新型的不含碱羟的磺基三甲铵乙内酯表面活性剂，可用于目标油藏开发。而且界面张力性质，乳化能力都被系统的研究。最后，对储层的天然岩心驱系统内核的二元驱油能力进行了考核。实验结果表明，目标油藏的实际情况下，总盐度在4 694 ～ 24 270 mg/L之间，温度在50 ℃，0.15%的聚合物质量分数可能达到超低界面张力。但上述的表面活性剂/聚合物二元体系很容易乳化原油。驱替实验表明采油注水后提高了15%。这些都说明，羟基磺基三甲铵乙内酯表面活性剂在未来采油中有很好的应用前景。针对长6油层，李宪文［10］等在室内展开实验进行模拟，模拟通过利用水驱渗透率不等的天然岩心，而后利用表面活性剂驱替来观察其对驱油效果的影响。实验结果显示：表面活性剂驱可以有效地提高原油采收率，平均提高原油收率大约8%。表平均采收率为8.16%，大致范围是7.18%～9.14%。而渗透率不同的天然岩心中，水驱采收率值随岩心渗透率的增大而增高，相比之下表面活性剂驱的驱油效果稍差。但表面活性剂水驱后期出现了一定程度的乳化。Chen， Shuyan［11］等表面活性剂为了满足表面活性剂-碱-聚合物驱替剂的需要，成功地通过反应合成了酒精聚环氧丙烷醚聚氧乙烯醚羧化物。新疆原油和水之间的界面张力在短时间内可以在28.7 ℃降到0.4%（wt）的超低水平。结果表明该表面活性剂配方可以提高新疆储层条件下的石油采收效率。针对五里湾一区的储油特点，杨棠英［12］等在室内实验室研制了双分子表面活性剂CYB-1这一新型驱油剂，并针对该活性剂进行了性能评价。使用该活性剂预测采收率可提高6.3%。结果表明在五里湾油藏中表面活性剂CYB-l及注入参数具有一定的适应性，增油降水效果较好。试验后试验区水驱开发指标得到明显改善，年自然递减率由8.26%下降到4.64%，综合含水上升率由2.51%下降至0.89%，可采储量增加。

综合国内外很多学者对表面活性剂驱油的研究发现，表面活性剂驱替剂通过降低界面张力，聚并形成油带，改变原油流变性等显著提高了原油采收率。

3 碱水驱替剂

碱水驱替剂是在油层中注入水和碳酸钠，氢氧化钠等碱性物质，作用使油水层张力减小，原油被乳化，有效降低残余油饱和度，提高原油采收。刘晓玲［13］等对黏度为325 mPa·s温度为55 ℃的普通稠油进行碱驱研究，建立了质量比为1：1的碳酸钠与氢氧化钠的复配碱体系。实验表明，油包水乳状液是碱基主动向原油中渗透，它只是一种表观现象；随着复合碱浓度的提高，波及系数逐渐变大，碱液渗入原油的能力逐渐变强。结果表明通过对不同质量分数复合体系进行微观物理模拟，与水驱相比，碱驱在提高波及系数方面作用明显，同时随碱剂质量分数升高，波及系数增加。为进一步探究碱驱提高驱油效果，裴海华［14］等应用物理和数字模拟对碱性驱替剂和稠油进行填砂管驱油实验。裴海华等测定该碱性驱油剂和该稠油的界面张力，得出实验的数据，最后分析评价效果。结果表明，碱性驱油剂浓度增大，压力降增大，生成油包水乳状液，水相的流动阻力变大，波及油层面积增大，稠油采收率升高。

碱水驱中碱的流度比的控制和消耗量是非常关键的。注入碱水之前加一个牺牲段塞可以有效降低碱耗。碱水驱与聚合物驱同时使用，可以更有效地改善流度比。碱水驱替剂主要是与酸性基反应，所以轻质油藏和重质油藏都可用该方法。粘土增加碱的吸附损失，粘土含量低的油藏采用碱水驱较好。碱水驱成本较其他驱替方法低，适合原油开采，与聚合物驱复合可以有效降低残余油量，增大波及效率。

4 复合驱替剂

就当前化学驱的发展前景来看，单一的表面活性剂驱、聚合物驱和碱驱以不能满足现代采油要求，彼此相互结合协同作用被更加看好。各种类型的驱油剂作用在一起出现协同效应，这种作用效果使复合在一起的驱油剂浓度较小时油水界面张力也很低，这远远强于单一驱油剂的作用。碱，表面活性剂，聚合物是复合驱油剂的主要成分，方式，用量不同驱替效果亦不同。Qu， Wen-Chi［15］针对在低渗透储层存在大量严重的非均质性裂缝水窜问题，实验研究出了聚合物微球（聚丙烯酰胺微球）/表面活性剂（酰胺产品表面活性剂）复合驱替剂，并对该复合驱替剂进行了兼容性和驱油评估。结果表明，表面活性剂和聚合物微球是兼容的， 两溶液均为2g/L的0.3 PV表面活性剂与0.4 PV聚合物微球复合在一起组成复合喷射系统。该复合驱替剂可以提高采收率15%以上。但该复合驱替剂的驱替效率仍需要进一步优化，考虑更多的影响因素，对其驱油机理需进一步研究创新，聚合物微球/表面活性剂复合驱适用于低渗透裂缝油藏。Abhijit Samanta［16］等进行了实验来检查碱表面活性剂和聚合物的相互作用对ASP驱的影响的研究。一系列测试在填砂系统进行驱油实验中证明它对ASP体系提高采收率的有效性。在常规水驱回收效率达23%～33%。基于实验数据和不同化学物质的相对成本，碱的浓度范围内（0.7%～1%，质量分数），聚合物（1 500× 10-6～-2 500×10-6）和表面活性剂（0.2%（wt））为ASP驱的最优方案。结果表明碱与聚合物溶液优化了油藏中油水间的界面张力。严曦［17］等人通过模拟实验观察段塞、注速以及渗流距离对分离程度的影响。实验结果显示，段塞尺寸越大，注速越小，色谱分离效应越小，驱替效果越好。结果表明聚合物，表面活性剂复合驱替剂效果良好。徐子健［18］等人对碱、表活剂和聚合物组成的三元复合驱替剂的驱油进行研究。采用三维井网模型对地层进行模拟，实验中前300 h时进行水驱，后续则采用三元复合驱来提高采收率，实验研究发现，改用复合驱后，采出的线斜率增加，采出率且明显提高。 分析结果得到，聚合物可扩大波及范围，碱及表面活性剂可使油发生乳化，从而使药剂突进受到抑制。 李柏林［19］等人通过对大庆油田三元驱的矿场试验结果，对化学剂在岩石上的吸附滞留量与岩石组成和结构的关系进行研究。 结果显示，二类油层的孔隙度较大，与一类油层相比，水驱效率较低，且化学剂滞留现象明显。油层中粘土含量大也会导致化学剂滞留现象明显。刘奎［20］等针对非均质中高原油渗透层的一些缺点研制了黏度在20～60 mPa·s的高黏性驱油剂，但此驱油剂需在界面张力低的情况下才起作用，地层含水率达到91%以上时，该高黏性驱油剂效果明显，可提高效率10%以上。

三元复合驱的成功实际应用使油藏开采进入了新阶段，利于缓解当前原油紧张的局势。但复合驱的研究仍处于开发阶段，驱替剂配方、早期油藏开采后残余油带的处理等很多问题有待高新技术的支持改进与优化。总而言之，复合驱替剂有极好的应用开发前景，我国采油技术仍处在发展阶段，对复合驱替剂的研究应该推广并创新。

5 结 论

化学驱油在石油开采中具有越来越重要的地位，化学驱对增加石油采收率有着很好的效果。尤其是复合驱在进行应用时，起到了很好的提高采收率的效果。经过长期的应用于研究，化学驱替的各种方法已经日趋成熟，但各个方法仍存在缺点和不足。首先，如何获得生产成本低、开采率高、原料利用率高、方法缺陷少的研制方法还需进一步深入研究；其次，一些制备方法的机理还不够成熟。综上所述，驱替方法的改进和创新研究仍然是目前的研究重点，随着更多研究人员的深入研究，驱替剂研制的方法将会越来越成熟以及多样化，化学驱将在石油开采中发挥更大的作用。

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石油化工

Research PROGRESS of Chemical-flooding Agents

CHENG Guang-ming， CHEN Chao， LU Shan-shan， ZHANG Jin-hui， PAN Yi， FU Hong-tao， WANG Yi-ru
（Liaoning Shihua University， Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract:Chemical-flooding is an important EOR method， and it has been widely used at home and abroad. In this paper， research status and application of domestic and foreign chemical flooding were introduced. Chemical flooding agents can be sorted into the polymer flooding agent， surfactant flooding agent， alkaline flooding agent and so on. At last， characteristics and application situation of different agents were summarized.

Keyword:Chemical-flooding； Polymer flooding； Alkali flooding； Surfactant flooding； Compound flooding

中图分类号：TE 39

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2016）02-0383-04

基金项目：辽宁省大学生创新创业训练计划项目（省级201510148045）。

收稿日期：2015-08-30

作者简介：程光明（1995-），男，辽宁省铁岭市人，研究方向：石油工程专业学生。

通讯作者：潘一（1976-），男，副教授，博士，研究方向油气田开发。