表面活性劑界面張力對驅(qū)油效率的影響

1低界面張力對驅(qū)油效率的影響表面活性劑-堿性聚合物（asp）的三聚油擠出技術(shù)是近年來開發(fā)的開發(fā)的三聚油擠出新技術(shù)。在大型露天礦試驗(yàn)中，根據(jù)內(nèi)部合作研究，油田已進(jìn)入廣泛的領(lǐng)域。礦場試驗(yàn)與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究表明:ASP三元復(fù)合體系的驅(qū)油效果好于任意單組分化學(xué)驅(qū)油體系的驅(qū)油效果。其主要機(jī)理是依靠聚合物提高驅(qū)替液的粘度,利用表面活性劑與堿的協(xié)同效應(yīng)達(dá)到超低界面張力,從而提高驅(qū)替液在油藏中的波及程度和洗油效率。Uren和Fahry早在1927年就指出,在原油開采中,注水驅(qū)油的效率與驅(qū)替液的表面張力成反比。當(dāng)時限于實(shí)驗(yàn)條件,這些現(xiàn)象未能得到很好的解釋和足夠的重視。1966年,Wagner等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,界面張力必須低于0.07mN/m才能提高驅(qū)油效率,進(jìn)一步降低界面張力能夠大幅度提高驅(qū)油效率。1973年Foster研究了毛管數(shù)與采收率的關(guān)系后指出,毛管數(shù)達(dá)到10-2時殘余油飽和度接近于零。為了使毛管數(shù)達(dá)到此值,界面張力必須下降到10-3mN/m。Reed等人的研究工作進(jìn)一步表明,表面活性劑溶液和原油形成并保持超低界面張力的性能是決定驅(qū)油效率的關(guān)鍵因素。最近20多年來,超低界面張力問題一直影響著人們對于表面活性劑及其二元、三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)的研究。已經(jīng)有許多實(shí)驗(yàn)和理論研究了三元復(fù)合驅(qū)油過程中油水間不同界面張力對驅(qū)油效率的影響,但對于不同滲透率的研究尚未得到足夠的重視。本文針對大慶油田油層的具體情況(溫度為45℃,粘度為11.4mPa·s,礦化度為4456mg/L),采用3種不同類型的表面活性劑(羧酸鹽/塔底油/ORS-41)配制了三元復(fù)合驅(qū)油體系,在3組不同滲透率[(100~300)×10-3μm2/(800~900)×10-3μm2/(1100~1600)×10-3μm2)]人造均質(zhì)巖心上進(jìn)行微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn),研究了不同體系的界面張力與驅(qū)油效率的關(guān)系,為合理選擇三元復(fù)合驅(qū)油體系配方提供了依據(jù)。2實(shí)驗(yàn)部分2.1心由砂膠結(jié)充填成球驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)在人造巖心上進(jìn)行。人造巖心為二維均質(zhì)圓柱模型,長度在6~8cm之間,直徑為2.5cm,由石英砂和環(huán)氧樹脂膠結(jié)而成。滲透率分高、中、低3種類型。2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備美國德克薩斯大學(xué)Model500型懸滴界面張力測定儀和BrookfieldDV-III型粘度測定儀以及成套驅(qū)油實(shí)驗(yàn)裝置。2.3表面活性劑和水溶液聚合物采用西南石油學(xué)院科技開發(fā)總公司化工廠提供的工業(yè)樣品AP-P4,聚合物溶液濃度為1200mg/L,表面活性劑分別為ORS-41、塔底油和羧酸鹽(表1),濃度均為0.3%,地層水礦化度(TDS)為4456mg/L(表2)。實(shí)驗(yàn)用油是大慶原油樣品,粘度為11.4mPa·s。堿劑為NaOH,濃度為1.2%。2.4實(shí)驗(yàn)計劃固定三元驅(qū)油體系組分的濃度,在不同的滲透率巖心上,3種驅(qū)油體系分別以2m/d的注入速度進(jìn)行兩組以上的實(shí)驗(yàn),以考查驅(qū)油效率的變化。2.5巖心放置時間(1)將模型抽空5小時,飽和地層水,測孔隙體積;(2)將模型在45℃恒溫箱中放置10小時;(3)水測模型滲透率,油驅(qū)水至出口不出水,計算原始含油飽和度;(4)將飽和后的巖心在45℃恒溫箱中放置48小時;(5)水驅(qū)油至出口含水98%以上,然后注入0.35PV三元復(fù)合驅(qū)油體系,繼續(xù)水驅(qū)至出口無油,計算采收率。3結(jié)果與分析3.1界面張力及tel力SAA-10/NaOH/聚合物三元復(fù)合體系與大慶原油的平衡界面張力為3.8×10-2mN/m;瞬時動態(tài)界面張力為1.4×10-3mN/m。實(shí)驗(yàn)采用人造巖心,ASP主段塞0.35PV,后續(xù)聚合物保護(hù)段塞0.20PV,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。3.2動態(tài)界面張力ORS-41/NaOH/聚合物三元復(fù)合體系與大慶原油的平衡界面張力為3.7×10-3mN/m;瞬時動態(tài)界面張力為5.6×10-4mN/m,為大慶理想的超低界面張力體系。實(shí)驗(yàn)采用人造巖心,ASP主段塞0.35PV,后續(xù)聚合物保護(hù)段塞0.20PV,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。3.3動態(tài)界面張力TDY/NaOH/聚合物三元復(fù)合體系與大慶原油的平衡界面張力為2.1×10-1mN/m;瞬時動態(tài)界面張力為4.5×10-2mN/m。實(shí)驗(yàn)采用人造巖心,ASP主段塞0.35PV,后續(xù)聚合物保護(hù)段塞0.20PV,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。3.4界面張力為10-2mn/m級數(shù)的驅(qū)油效果圖1給出了不同體系的復(fù)合驅(qū)驅(qū)油效率與滲透率的關(guān)系曲線。從圖中可以看出:在大慶油田油層條件下,堿/表面活性劑/聚合物三元復(fù)合體系(ORS-41/NaOH)與原油界面張力平衡值達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級時,復(fù)合驅(qū)平均比水驅(qū)提高采收率23.37%,各巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的平均最低含水率為52.3%。該結(jié)果與界面張力平衡值為10-2mN/m數(shù)量級(SAA-10/NaOH)的采收率21.52%、最低含水率54.2%的結(jié)果基本接近。也就是說,只要油水界面張力達(dá)到10-2mN/m數(shù)量級,無論瞬時動態(tài)界面張力能否達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級,其驅(qū)油效果基本相同。從上述巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn),對于平衡界面張力為10-1mN/m數(shù)量級、瞬時界面張力可以達(dá)到10-2mN/m數(shù)量級的體系(TDY/NaOH)來說,無論是從采收率還來看還是從最低含水來看,驅(qū)油效果已開始變差。此外,無論是高界面張力的塔底油、羧酸鹽(SAA-10),還是低界面張力的ORS-41配制的三元復(fù)合驅(qū)油體系,都具有相同的特點(diǎn),即中等滲透率的巖心的驅(qū)油效率更高些。對于塔底油、SAA-10、ORS-41體系,中等滲透率巖心平均驅(qū)油效率分別為17.62%,24.09%,27.88%。該值明顯大于低和/或高滲透率巖心的驅(qū)油效率。4界面張力不高,存在低滲透率風(fēng)險(1)表面活性劑ORS-41與三元復(fù)合體系與大慶原油的平衡界面張力在10-3mN/m數(shù)量級,達(dá)到了大慶油田要求的超低平衡界面張力值;SAA-10復(fù)合體系平衡界面張力的變化趨勢與前者基本相同,不同的是界面張力比前者高一個數(shù)量級;塔底油TDY復(fù)合體系的界面張力在10-1mN/m數(shù)量級,不能很好的滿足對驅(qū)油劑的要求。(2)在滲透率相同的條件下,驅(qū)油體系與原油之間的界面張力越低,驅(qū)油效率越高,但增加的幅度不大;在驅(qū)油體系相同的條件下,具有中等滲透率的巖心的驅(qū)油效率更高些。(3)在大慶油田條件下,復(fù)合體系與原油的界面張力為10-1mN/m數(shù)量級時,復(fù)合驅(qū)平均比水驅(qū)提高采收率13