无碱二元复合驱驱油研究进展

张 惠，李柏林，代素娟

（东北石油大学 化学化工学院，黑龙江 大庆 163318）

无碱二元复合驱驱油研究进展

张 惠，李柏林，代素娟

（东北石油大学 化学化工学院，黑龙江 大庆 163318）

无碱二元复合驱（SP）是目前化学驱提高原油采收率（EOR）的最有前景绿色新技术，其不仅避免三元复合驱（ASP）中碱带来的腐蚀、结垢、乳化、地层黏土分散和运移等一系列问题，降低了操作成本而且可以使界面张力达到超低，大大提高原油采收率。本文详细的论述了SP二元复合驱的驱油机理，并说明了与ASP驱驱油机理的差异。SP二元复合驱提高原油采收率的影响因素有很多，高活性的表面活性剂、良好的SP配方、油藏条件等等。不同类型的新型表面活性剂被研究针对于不同的油藏类型，并且具有很好驱油效果。SP二元复合驱的实验室研究和现场应用在世界范围内都取得了很大的进展，为SP二元复合驱在现场的成熟应用提供理论依据。在最后指出了SP二元复合驱的发展与挑战。

无碱；表面活性剂；界面张力；SP二元复合驱

ASP三元复合驱在室内和现场中已经成熟应用，但是在采油后期过程中遇到了很多的问题，尤其是碱引起的结垢，腐蚀设备和管道，产出液乳化严重等问题很大程度上增加了操作成本使产业效益大大降低[1]，无碱SP复合驱是可以解决碱引起问题的绿色技术[2]。SP配方是SP二元复合驱提高原油采收率的关键，使用不同类型和浓度的表面活性剂和聚合物配方会产生不同的界面张力和粘度进而影响原油采收率，SP配方与油藏条件（盐度和非均质性）之间的相互作用也会影响SP二元复合驱的有效采油量[3]。在SP驱中，表面活性剂需要具有良好的界面活性，可以达到超低界面张力，聚合物具有较高的粘度，且表面活性剂和聚合物之间相互作用适合彼此达到最大采油量[4]。盐度在SP二元复合驱中影响聚合物粘度和表面活性剂界面张力，超低界面张力可以被达到通过最优盐度，然而高盐会降低聚合物粘度，聚合物粘度降低主要是因为电荷屏蔽效应[5]。油藏的异质性对采油率有较大影响，在非均质油藏中存在最优的聚合物粘度值和表面活性剂界面张力值不一定是最高聚合物粘度值和最低表面活性剂界面张力值。而在均质油藏中最高聚合物粘度值和最低表面活性剂IFT可以实现最大采油[2,6]。油藏温度对于SP配方中的表面活性剂要求很高，需要表面活性剂具有很高的热稳定性，而应用在ASP驱中传统的阴离子表面活性剂是无效的或效果不明显由于缺少协同作用，因此，需要开发和设计新型的表面活性剂。

本文对SP二元复合驱中的上述所涉问题进行了全面的综述，且对SP未来的发展提出了建议。

1 SP二元复合驱的驱油机理

SP二元复合驱中存在两个主要的驱油机理：增加宏观驱替效率和增加微观驱替效率。

宏观驱替效率主要是聚合物作用结果，其中两个重要的基本机理包括提高波及系数和不均衡渗透性降低，波及系数被提高通过减少粘性指进，即当聚合物被注入垂直的多相层中时，各层之间的横流促进了聚合物在垂直层间的分配，以至于垂直的波及效率被提高[7]。不均衡渗透性降低是指聚合物降低水的相对渗透率比降低油的相对渗透率多，增加了水的粘度而降低了水相对渗透率导致了水的流动性降低，因此，水相对于油的流动比降低，从而增大采收率。最近研究发现聚合物也可以提高微观驱替效率由于聚合物自身的粘弹性。

微观驱替效率的提高主要是通过表面活性剂作用机理来实现的，表面活性剂的关键机理是通过增大毛细管数，降低残余油饱和度来降低油水界面张力[8]。另外一个机理是与溶胀相关，由于溶解，油膨胀使油相饱和度变大，所得的油相对渗透率增加，使原油容易被采出[9]。在某些情况下表面活性剂改变润湿性是重要的机理，例如在亲油的碳酸盐油藏中使用表面活性剂。最近研究发现由于聚合物自身的粘弹性能，在油和聚合物之间存在常规的压力，使聚合物对油滴或油膜产生一个较大的拉力，降低了残余油的饱和度，即聚合物可以提高微观驱替效率[5,10]。

综上所述，SP二元复合驱提高原油采收率是在聚合物和表面活性剂的共同作用下完成的。与三元复合驱的驱油机理相比，二元复合驱中主要少了碱的作用，而碱在复合体系的主要作用是改变体系的流变性以及与原油和岩芯的相互作用。碱与体系中的聚合物作用降低了聚合物的粘弹性，与原油中的少量酸性组分作用生成具有界面活性的活性组分，也可以改变某些油藏的界面润湿性。所以，二元复合驱缺少碱则宏观驱替效率大大增加由于聚合物粘度大大的提高，但是对于表面活性剂的要求更加苛刻，需要在无碱条件下很容易的达到超低界面张力。据我们所知聚合物的粘度随着聚合物浓度的增加而增大，而盐的添加会降低聚合物分子间的链内斥力，从而使聚合物粘度降低，且表面活性剂超低IFT可以通过最优盐度被达到。聚合物和表面活性剂之间存在着竞争吸附，因此，聚合物的添加降低了表面活性剂的吸附，反之亦然。

2 SP二元复合驱表面活性剂

2.1 阴离子型

阴离子表面活性剂目前是ASP驱强化采油应用最广泛的表面活性剂之一，但是直接将ASP驱中的阴离子表面活性剂应用在无碱SP二元复合驱中，大多数阴离子表面活性剂是无效的或效果不明显，由于缺少协同作用，为解决这一问题提出了多种解决方案。有人提出阴离子表面活性剂混合使用可以使界面张力达到超低。Wang[11]等人研究了适用于龙湖泡油田的SP二元复合驱，表面活性剂为阴离子表面活性剂XPS,助表面活性剂为甜菜碱AB，聚合物为FP-1、FP-2、FP-3。结果表明复合体系粘度与单一聚合物驱相比降低，且复合体系在核驱具有较好的迁移性能，表面活性剂拥有良好的驱油效率。Wang等人[12]设计和开发的新型的SP二元复合驱在大港油田中应用，使用的表面活性剂是大港石油磺酸盐（SLPS），该SP驱体系的试点现场试验在西南方的大港7区G-2是中国第一个使用S-P驱技术的现场试验，进一步证明了SP驱技术在聚驱后进一步提高原油采收率的可行性。Lai等[13]合成三元共聚物聚（AM-NVP-AS）-1与表面活性剂-石油羧酸盐十二烷基二羧基钠（C12DAS）或羧基甜菜碱十二烷基二甲基甜菜碱（C12DB）组成的二元体系在高温高盐条件下具有较高的表观粘度和较低的界面张力，在65℃、10000mg·L-1矿化度条件下的岩心驱替试验，回收率可以提高17%以上。

2.2 两性离子型

通常来说两性离子表面活性剂比阴离子表面活性剂有更大的吸附性在油水界面，由于缺少头基之间的静电斥力，对于中国大庆油田来说，在SP驱中表面活性剂的疏水性应进一步增加与ASP驱相比，但是通过增加烷基链长度来增加表面活性剂的疏水性不仅仅限制了原材料的使用，而且容易导致沉淀或在水相中分子结晶化，为解决这一问题可以直接使用带有超长烷基链的居贝特醇或直接在一个表面活性剂分子上引入两个长的烷基链。宋等人[14]合成一种新型的适用于SP二元复合驱的两性离子表面活性剂（diC12-14EnB其中n=2.2），该表面活性剂嵌入的乙氧基成功的解决了传统两性表面活性剂水溶性差和在负电荷岩层高度吸附等问题，使大庆原油与原生质水之间界面张力达到超低，同时，对SP二元复合驱中表面活性剂的研究提供新的思路和发展方向。Adel O.Al-Amodi等人[15]研究了在高温高盐的油藏条件下氟化的两性离子表面活性剂（FS-50）具有较高的热稳定性和非常好的溶解性，等温吸附线表明FS-50具有较低的吸附性，其最大吸附密量为1mg·g-1岩石。FS-50可以使油水界面张力降低一个数量级，当与甜菜碱助表面活性剂（SS-885）混合使用时可以使界面张力达到10-3mN·m-1.Cui等人[16]针对在SP二元复合驱应用的烷基羧基甜菜碱在带有负电荷的岩层表面具有很高的吸附性，且该表面活性剂在岩层/水的界面正面配置形成单分子层使岩层表面疏水这一问题，研究了一种聚烷基铵溴化物（tetra-N（3）-Br），其具有高的正电荷密度，可以强烈的吸附在岩层/水界面上，此时岩层表面的负电荷被中和，阻碍了烷基羧基甜菜碱的吸附。并且研究了其吸附特性仅仅依赖于它自身的平衡浓度与烷基羧基甜菜碱的存在无关。两性表面活性剂的研究也为无碱SP二元复合驱的研究奠定了良好的基础。Zhang等人[17]合成新型的甜菜碱表面活性剂性能良好与聚合物组成的SP二元复合驱可使界面张力达到超低，并且可以应用于高温高盐的碳酸盐油藏。Yan等人[18]使用双十二烷基甲基羟基丙基甜菜碱（diC12HSB）与1,3-双烷基（diC8-diC12）甘油醚乙氧基化物复配，在加入小分数的α-烯烃磺酸盐，配方可以降低油水界面张力，并且在岩层表面有较低的吸附性。

2.3 非离子型

非离子表面活性剂具有低成本、低吸附、在负电砂岩表面不发生原位疏水等优点。而像烷醇酰胺、拥有短乙氧基链的烷醇酰胺乙氧基化物、烷基糖苷等非离子表面活性剂在SP驱已经被报道是好的表面活性剂，另外非离子表面活性剂具有抗盐和很好的生物降解性能。SP驱由于缺少碱而使离子强度降低，表面活性剂的疏水性需要进一步提高，可以通过增加烷基链的长度来实现，但是限制了原材料的应用，同时带有长烷基链的表面活性剂拥有低的临界胶团浓度和容易生成沉淀，设计双烷基链的表面活性剂或连接一个支链到主烷基链可以解决以上问题。Yan等人[19]合成了一系列的非离子表面活性剂diC8GE-En（n=4.6～15.8），研究结果表明该类型的表面活性剂在SP二元复合驱具有很好的应用效果，其中，当n=4.6时，在45℃下使用大庆原油的条件下，该表活剂在油水界面的饱和吸附量（5.81×10-10mol·cm-2）将近是其他表面活性剂的两倍，界面张力可达到超低值。同时表明，当n＞4.6时，表面活性剂虽然不能使油水界面达到超低，但是与传统的单烷基非离子表面活性剂相比该系列的非离子表面活性剂是很好的亲水组分，可以与疏水性表面活性剂在SP二元复合驱混合使用。Li等人[20]合成了一种新型的非离子表面活性剂-双烷基聚氧乙烯醚链磺基甜菜碱（diC12-14E2.2 HSB），该表面活性剂在45℃无碱条件下可以使大庆原油与原生质水间的界面张力降到超低值，且在岩层与水界面具有较低的吸附值（0.0024mmol·g-1）。

3 SP二元复合驱现场试验

大庆油田葡1组西区采用HLW型表面活性剂与“超高”聚合物组成的二元复合驱进行驱油[21]，日产油量由47 t增加到60 t。综合含水率下降了3.26%，采收率提高了0.33%。

中国胜利油田的孤岛油田进行二元复合驱现场试验[22]，该油藏的参数为：目标油层温度71℃，产出水盐度为 3900mg·L-1，原位原油粘度 50～150cP，油藏压力为12.5MPa，油藏深度1230m，油藏厚度为7.9～30.5m，油藏孔隙度为0.335。OOIP单元产油量为1467万t，具有很好的采油效率。

中国胜利油田的孤东油田SP二元复合驱直到2008年完成[23]，孤东油田油藏参数为：油藏深度为1261m，油藏厚度为12.3m，油藏温度为65℃，油藏孔隙度0.34，油藏渗透率为1230md，原位原油粘度45cP，产出水盐度为8207mg·L-1，产出水硬度为231mg·L-1。孤东油田的原油采收率大大提高从390t·d-1增加到1169t·d-1每天，达到了较好的采收效果。

美国Oryx能源公司在Ranger油田Mccleskey砂岩油层中进行二元复合驱试验[24]，该油藏条件为：油藏渗透率 200×10-3～500×10-3μm2，油藏温度为52℃，原油粘度2mPa·s，平均孔隙度为0.15。该试验结果得到界面张力大大降低，原油采收率提高了13%,达到了可观的效果。

加利福尼亚Wilmington Field采用胶束-聚合物二元体系进行驱替实验[25]，油藏的基本参数为：油藏厚度17.7m，油藏孔隙度0.315，渗透率439×10-3μm2，油藏温度64℃，脱气油粘度25mPa·s，原油增产量约为 2.3×10-4t。

总体而言，SP二元复合驱技术在国内外现场应用取得了一定的进展，但是表面活性成本昂贵，需要开发高效廉价的驱油剂以及开发新型的驱油配方。

4 结语

SP二元复合驱虽然在实验室和现场应用中已经取得了很大进展，并且避免了碱带来的各种危害，但目前还存在很多问题：SP二元复合驱的驱油机理以及参考参数需要进一步完善，而二元复合驱的驱油剂虽然已经种类繁多，但能很好的应用在现场的表面活性剂还是比较缺乏，所以需要积累大量的实验数据支撑SP二元复合体系；开发适用于特定油藏的高效性表面活性剂也成为SP驱研究的重点；对于重油和超重油来说SP配方降低界面张力的难度增大且SP驱中重油移动和运输很难依靠数值模拟预测和评估；需要考虑SP驱带来的优势是否能够优于ASP驱中碱带来的负面问题。

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Research progress of surfactant-polymer binary flooding

ZHANG Hui，LI Bai-lin,DAI Su-juan
（College of Chemistry&Chemical Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China）

The surfactant-polymer（SP）binary flooding is the most promising new technology of chemical enhanced oil recovery（EOR）.It not only avoids series of problems such as corrosion,scaling,emulsification,dispersion and migration of stratified clay,but also reduces operating costs and can make the interface tension to ultralow,greatly improve the oil recovery.In this paper,the mechanism of SP binary flooding is discussed in detail,and the difference between Alkali-Surfactant-Polymer（ASP）flooding mechanism is illustrated.There are many factors influencing the oil recovery of SP binary flooding,high active surfactants,good SP formula,reservoir conditions and so on.Different types of novel surfactants have been studied for different reservoir types and have a good oil displacement effect.SP binary flooding in laboratory research and field applications has made great progress in the world and provides the theoretical basis for the mature application of SP binary flooding in the field.At the end of this paper,the challenge and development of SP binary flooding are clarified.

alkali-free;surfactant;interfacial tension;SP binary flooding

TE357.46

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20171056

2017-09-11

张 惠（1991-），女，在读硕士研究生，研究方向：油田应用化学。

李柏林（1967-），副教授，主要从事油田应用化学方面的教学与科研研究。