三元复合驱表面活性剂梯度降浓注入方式优化措施

马立涛

（大庆油田化工有限公司东昊分公司表活剂厂，黑龙江大庆 163411）

1 三元复合驱表面活性剂梯度降浓注入方式的相关实验

在本次实验中，选择的是弱碱石油硫酸盐形式的复合体系进行静态吸附实验，其主要的组成部分是质量浓度为1 800mg/L 的聚合物、质量分数为1.2%的碱以及质量分数为0.3%的表面活性剂，通过换砂不换液以及换液不换砂的方式进行静态吸附实验，对不同段塞位置上的表面活性剂进行损耗规律分析。选择弱碱石油磺酸盐形式的复合体系进行静态、动态吸附以及驱油物理模拟实验，其中，聚合物的浓度为1 800mg/L，碱的质量分数为1.2%，静态、动态以及驱油模拟实验中的表面活性剂质量分数分别为0.35%、0.30%以及0.25%[1]。

1.1 静态吸附实验

在通过换砂不换液的形式对三元段塞前端进行吸附情况模拟的过程中，三元复合体系和油砂需要混合在一起，然后放置到锥形瓶内，其固液比为9:1。在转速为120r/min、温度为45℃的恒温摇床中振荡48h，在静置之后，溶液和砂便会分离。对于分离之后的溶液，应和新的油砂重新按上述步骤进行混合实验。

在完成了每一次吸附实验之后，都需要借助于两相滴定的方式对溶液内的表面活性剂浓度进行检测，检测中，将二氯甲烷以及酸性混合指示剂接入到溶液中，再将海明滴加其中，按照指示剂具体的衍射变化情况来进行滴定终点判断，这样便可实现表面活性剂的浓度确定[2]。借助于界面张力仪，可对被测溶液和原油之间的界面张力进行检测。

1.2 动态吸附实验

对贝雷岩心做12h 的抽真空处理，使模拟水饱和，分别通过不同的三元体系进行动态吸附实验：①通过质量浓度为1 800mg/L 的聚合物、质量分数为1.2%的碱以及质量分数为0.3%的恒定表面活性剂组成的三元体系进行9PV 的连续驱替；②通过质量浓度为1 800mg/L 的聚合物、质量分数为1.2%的碱以及质量分数分别为0.35%、0.30%、0.25%的表面活性剂所组成的三元体系进行3PV 的驱动，然后再做水驱[3]。对采出液内所含有的表面活性剂浓度进行检测，以此来确定损耗。

1.3 物理模拟驱油实验

对贝雷岩心做12h 的抽真空处理，使模拟水以及模拟油饱和，通过模拟水来驱替岩心，一直到含水量为98%为止，然后将0.3PV 的三元段塞注入，再将质量浓度损耗1 400mg/L 的0.2PV 聚合物保护段塞注入，再进行水驱，使其含水量达到98%。

2 三元复合驱表面活性剂梯度降浓注入方式与优化分析

2.1 三元复合体系静态吸附及其优化分析

表1是两组静态吸附实验过程中的表面活性剂浓度情况。

表1 两组静态吸附实验过程中的表面活性剂浓度情况

通过实验数据可以看出，在三元复合体系的地下运移中，因为段塞前端所接触的均为没有吸附的新油砂，所以其表面活性剂具有较大消耗，因此需适当将其浓度提高；而在后续的段塞中，表面活性剂并没有之前消耗的多，因此其浓度可适当降低。基于此，便可提出一种梯度降浓形式的注入方式，也就是按照三个0.1PV 对0.3PV 这一三元段塞进行划分，其表面活性剂的质量分数分别为0.35%、0.30%以及0.25%，其聚合物质量浓度均为1800mg/L，碱质量分数均为1.2%。通过换砂不换液的形式对三元段塞中的前端进行模拟，并对其质量分数在0.35%以及0.30%条件下的表面活性剂所具有的抗吸附性能进行对比分析。通过换液不换砂的形式对表面活性剂质量分数为0.30%和0.25%条件下的三元体系以及质量分数为0.30%且保持恒定的三元体系进行吸附性能的对比分析。

经对比发现，在通过质量分数为0.35%的表面活性剂进行了三次吸附之后，活性剂在溶液内的浓度依然可达到0.16%，这样便可实现段塞前端的进一步扩大，使其张力距离可以达到超低界面，这对于驱油效果的提升十分有利。对于段塞中部应用的表面活性剂，其质量分数初始值是0.30%，在梯度降浓法的应用中，经过了三次吸附之后，其表面活性剂的浓度达到了0.15%，比质量分数恒定为0.30%情况下的浓度高0.02%。对于段塞后部，在梯度降浓法的应用中，经过了三次吸附之后，其表面活性剂的浓度达到了0.11%，比质量分数恒定为0.30%情况下的浓度低0.05%。之所以会出现这样的情况，主要是因为这一阶段表面活性剂具有较低的初始浓度，具体驱替中，这一阶段可通过段塞前端所形成的油墙来提升采收率[4]。

2.2 表面活性剂不同注入方式动态吸附及其优化分析

实验中，分别通过恒定浓度以及梯度降浓法将9PV 形式的三元体系注入，然后实施水驱。图1是注入体积和采出液内的表面活性剂含量变化关系图。

图1 注入体积和采出液内的表面活性剂含量变化关系图

在该体系内，聚合物质量浓度始终控制在1 800mg/L，碱质量分数始终控制在1.2%。在通过恒定浓度进行注入时，表面活性剂的质量分数恒定为0.30%；在通过梯度降浓法注入时，分别按照0.35%、0.30%以及0.25对表面活性剂进行质量分数的控制。在通过梯度降浓法将9PV 形式的三元体系注入之后，表面活性剂在采出液中的浓度上升峰十分显著，这样的情况也让静态吸附实验过程中的表面活性剂具有脱附现象这一推断得到了进一步的证实。在脱附现象发生之后，表面活性剂将会进入到后续的段塞中，以此来实现其浓度的进一步补偿，通过这样的方式，便可让梯度降浓法所能作用到的界面张力距离保持最低。

2.3 各种注入方式中的驱油效果对比分析

分别通过恒定浓度以及梯度降浓法对驱油进行物理模拟实验。表2是具体的实验方案。

表2 恒定浓度以及梯度降浓法驱油物理模拟实验方案

在通过该方案进行驱油物理模拟实验之后，获得的实验结果如表3所示。

表3 恒定浓度以及梯度降浓法驱油物理模拟实验结果

通过本次驱油物理模拟实验发现，第二种方案中通过梯度降浓法进行表面活性剂注入，会比水驱动条件下的采油率提升28.62%；而相比较第一种方案中通过浓度恒定法进行表面活性剂注入而言，其采油率提升了0.91%。

通过实验观察和进一步分析发现，在前端注入的三元体系为0.1PV，其表面活性剂的质量分数是0.35%，因表面活性剂的浓度较高，对于油墙的形成更加有利，且能够降低原油与油砂作用所造成的表面活性剂大量损耗情况；中间注入的三元体系为0.1PV，其中的表面活性剂质量分数是0.30%，该体系可以让洗油效果维持在较高的状态，虽然后续段塞中的0.1PV三元体系内的表面活性剂出现了浓度降低情况，但是依然可以实现采油率的提升，并在化学剂用量相同的条件下实现三元复合驱效果的良好改善。

图2、图3是本次实验中的恒定浓度注入法条件下的采收率、含水率随注入体积变化情况以及梯度降浓注入法条件下的采收率、含水率随注入体积变化情况。

图2 本次实验中的恒定浓度注入法条件下的采收率、含水率随注入体积变化情况

图3 本次实验中梯度降浓注入法条件下的采收率、含水率随注入体积变化情况

通过上述的变化情况可见，在通过梯度降浓法进行表面活性剂注入的情况下，三元体系可以让驱替压力大幅度上升，且会进一步延长其持续时间，其含水量下降很快，降幅也十分显著，尤其是在注入段塞阶段中，原油的采收率更高。

在本次实验的第三种方案中，三元体系内的表面活性剂浓度被提升到了0.40%，相比较恒定浓度法条件下的表面活性剂注入而言，该方案可使采收率提升2.53%。但是经实验发现，在该方案的应用过程中，其表面活性剂的用量比恒定浓度注入条件下的用量提升了33%。

如果按照地质储量是100×104t 来计算，当三元主段塞中所含有的表面活性剂质量分数为0.30%的情况下，二类B 油层中的复合驱采收率将会提升16%，而在通过梯度降浓法注入表面活性剂的条件下，其采收率将会进一步提升0.91%。在这样的情况下，每吨原油开采过程中可节约4.76%的化学剂成本。如果三元复合体系内的表面活性剂浓度为0.40%，每吨原油开采过程中可节约2.17%的化学剂成本。

3 结论

在通过三元复合驱的形式进行原油开采的过程中，三元体系内的表面活性剂注入方式会对采油率产生一定程度的影响。通过实验分析发现，相比较恒定浓度注入而言，梯度降浓注入形式的三元体系会让采油率实现进一步的提升。而在此过程中，三元体系内的表面活性剂初始浓度也会对采油率以及原油开采经济效益产生一定影响，经分析发现，对于普通的油田而言，将三元体系内的表面活性剂初始浓度值控制在0.30%左右，便可使其发挥出充分优势。