基于低质量浓度表面活性剂的复合驱效果评价

以往为了达到超低界面张力,复合驱大多使用较高质量浓度的表面活性剂,通常为1 000~3 000 mg/L,不仅增加了成本且未必能取得好的驱油效果。为了探究低质量浓度表面活性剂的驱油效果,设计了低质量浓度表面活性剂的复合驱物理模拟实验。静态实验结果表明,在低质量浓度表面活性剂条件下,油水界面张力可达到10-2mN/m数量级及以下,加碱后,界面张力更低;碱和表面活性剂都会对聚合物的粘度和粘弹性产生影响,碱在较高温度下会大幅度降低复合体系的粘度和粘弹性。驱油实验结果表明,与水驱相比,在所选择的低质量浓度表面活性剂驱油体系中,表面活性剂—聚合物二元复合驱和碱—表面活性剂—聚合物三元复合驱均可提高采收率19.5%以上,三元复合驱的驱油效果最好,提高采收率21.8%以上。这表明低质量浓度表面活性剂驱油体系驱油效果很好。     

低碱三元复合驱油实验研究

针对三元复合驱体系在表面活性剂浓度一定的情况下，碱和聚合物浓度变化对体系粘度、界面张力有一定的影响，根据驱油效率实验，优选出三元复合驱体系中碱的最佳浓度范围。结果表明，就该实验所采用的三元复合体系。在考虑超低界面张力的同时，必须考虑体系的粘度，其超低界面张力并不是提高原油采收率的必要条件。     

三元复合体系性能及其对驱油效率影响研究

研究了碱/表面活性剂/聚合物（ASP）三元复合体系黏度、界面张力、聚合物分子线团尺寸（D_h）、分子聚集态和驱油效率及其影响因素,并对提高采收率机理进行分析。结果表明,NaOH 质量分数由0 增至1.2% ,三元复合体系黏度由246.9 降至138.8 mPa·s、界面张力降低、D_h 由324.7 降至263.5 nm。表面活性剂质量分数由0 增至0.3% ,体系黏度由127.0 降至122.1 再增至138.8 mPa·s,界面张力降低,D_h 由139.7 增至263.5 nm。随固液质量比增加和吸附次数增多,三元复合体系界面张力升高。在碱/聚合物体系中,聚合物分子结构形态以“片状”为主,“网状”为辅;在重烷基苯石油磺酸盐/聚合物体系中,聚合物分子形态出现大面积的“珠状”结构,“ 网状”结构不明显;在ASP 体系中,聚合物分子呈现“网状- 片状”结构形态。驱油实验表明,与水驱相比,三元复合体系、聚合物溶液和碱/表面活性剂二元复合体系采收率增幅分别为14.8% 、12.2% 和4.8% 。随驱油剂黏度增加,化学驱采收率增大,但增幅逐渐减小。聚合物质量分数为0.12% 、0.18% 和0.25% 时,聚合物驱采收率增幅分别为12.2% 、15.8% 和18.7% ,三元复合体系驱采收率增幅分别为14.8% 、18.3% 和21.0% 。在聚合物加量相同的条件下,与聚合物溶液相比,三元复合体系采收率增幅高2.3% 数2.6% 。驱油剂扩大波及体积作用对采收率的贡献要大于提高洗油效率的贡献。     

无碱二元体系的黏弹性和界面张力对水驱残余油的作用

三元复合驱含碱驱油体系会大幅度降低聚合物溶液的黏弹性,引起地层粘土分散和运移、形成碱垢及导致地层渗透率下降。为此提出利用不加碱可形成超低界面张力的聚合物/甜菜碱表面活性剂二元复合体系驱油。通过流变性实验及微观模型驱油实验,分析了表面活性剂对聚合物表面活性剂二元复合体系黏弹性的影响和聚合物表面活性剂二元复合体系的黏弹性及界面张力对采收率的影响。对聚合物表面活性剂二元复合体系提高水驱后残余油采收率机理的研究表明:在驱替水驱后残余油过程中,聚合物表面活性剂二元复合体系利用了聚合物溶液的黏弹特性和表面活性剂的超低张力界面特性,水驱后残余油以油丝和乳状液形式被携带和运移,随着二元驱油体系的黏弹性的增加和界面张力的降低,水驱后二元驱后的采收率增加,降低界面张力的驱油效果(指达到超低)比提高体系的黏弹性的效果更明显。     

无碱二元复合驱油体系室内实验研究

根据实验筛选了适合无碱二元复合驱油体系的最佳表面活性剂和聚合物,并在70℃下对该体系的性能进行了评价。结果表明,聚合物浓度为1 200mg/L、表面活性剂浓度为1 500mg/L形成的二元复合驱油体系,油水界面张力可达到0.002 17mN/m,粘度可达到16.8mPa.s;该体系具有一定的耐温性和耐盐性,适合在70℃、矿化度5 000~15 000mg/L的油藏使用;物模驱油实验结果表明,水驱后注无碱二元复合驱油体系可提高采收率32.17%。     

聚合物/两性表面活性剂二元体系提高水驱后残余油采收率研究

针对三元复合驱中的碱大幅度降低聚合物溶液的黏弹性，降低波及效率和驱油效率，含碱驱油体系引起地层黏土分散和运移、形成碱垢、导致地层渗透率下降等问题，利用不加碱可形成超低界面张力的聚丙烯酰胺／两性表面活性剂二元复合体系，通过人造岩心驱油实验，研究了聚表二元复合体系提高水驱后残余油采收率的可能性。研究表明，聚表二元复合体系在驱替水驱后残余油中，可以同时发挥活性剂的超低界面张力特性和聚合物溶液的粘弹特性，使得该二元体系的采收率高于单一的表面活性剂体系和聚合物驱油体系，并且二元体系的聚合物浓度越高，采收率越高。     

化学驱油体系的油/水界面粘度

应用界面粘度弹性测定仪测定了聚合物／表面活性剂／碱三元复合驱体系的油／水界面粘度。通过实验发现,大庆油田采油三厂原油与注入水、HPAM溶液之间均有较高的界面粘度、加入表面活性剂后界面粘度降低、老化现象减轻。三元复合体系具有合适的界面粘度和较低的界面张力,才会具有较高的驱油效率。     

疏水缔合聚合物/碱/表面活性剂三元复合驱体系界面张力特征研究

研究了疏水缔合聚合物/碱/表面活性剂三元复合驱体系与大庆原油形成低界面张力的特征.结果表明,在降低界面张力方面,碱与表面活性剂间存在显著的协同效应;疏水缔合聚合物具有一定的降低油水界面张力能力,其对三元复合驱体系的平衡界面张力影响不大,对体系的动态界面张力具有比较显著的影响.碱、表面活性剂质量分数对琉水缔合聚合物三元复合驱体系/大庆原油间界面张力有很大影响,碱和表面活性剂最佳质量分数分别为1.0%～1.2%和0.1%～0.3%.     

低界面张力氮气泡沫驱提高采收率实验

通过泡沫综合性能评价及油水界面张力测试,优选了低界面张力氮气泡沫体系,优化了注入参数,对比了泡沫驱、聚合物驱、低交联聚合物驱、聚合物/表面活性剂二元复合驱提高采收率的效果,并模拟现场油田进行了聚合物驱和聚合物/表面活性剂二元复合驱后低界面张力氮气泡沫驱实验。优选的低界面张力氮气泡沫体系配方为:0.3%复合起泡剂(椰油酰胺甜菜碱DK+烷基醇胺PM(5∶1))+0.1%稳泡剂PA(天然高分子衍生物),该体系与原油间的界面张力为0.0531 m N/m,泡沫综合指数Fq为10312.5 m L·min;最佳气液比为1.5∶1,注入方式为共混注入,注入速度72 m L/h。驱油实验表明,该低界面张力氮气泡沫驱体系的驱油效果(提高采收率11.4%)优于表面活性剂/聚合物(SP)二元复合驱(提高采收率9.61%)、低交联聚合物驱(提高采收率7.13%)、聚合物驱(提高采收率6.37%);在模拟该油田水驱(采出程度36%)、聚合物驱(采出程度45%)及二元复合驱(采出程度47%)后,低界面张力氮气泡沫驱仍可提高采收率10.8%。     

非均质油藏复合驱合理界面张力实验研究

针对油田三元复合驱油实际需求,通过调整活性剂、聚合物和碱的类型和配方组成,在两种具有大庆油田油藏典型地质特征的物理模型上对低活性剂浓度三元复合体系的适应性进行了实验评价。结果表明,非均质油藏三元复合驱应当兼顾扩大波及体积和提高洗油效率。将复合体系中表面活性剂和碱的浓度分别降低到0.1%和0.8%,驱替相与被驱替相间界面张力保持为0.01mN/m,并适当增大聚合物相对分子质量或增加聚合物浓度,低活性剂浓度三元复合体系驱原油的采收率可以增加20%以上。     

无碱二元体系提高采收率研究

针对三元复合驱含碱驱油体系引起地层粘土分散和运移、形成碱垢、导致地层渗透率下降,碱还会大幅度降低聚合物溶液的粘弹性,从而降低波及效率等问题,利用不加碱可形成超低界面张力的聚丙烯酰胺-两性表面活性剂二元复合体系,通过可视化仿真岩心驱油试验和人造岩心驱油实验,研究了该二元复合体系的驱油效果。研究表明：在驱替水驱后残余油中,聚合物-两性表面活性剂二元体系可以同时发挥活性剂的超低界面张力特性和聚合物溶液的粘弹特性,使得该二元复合体系的采收率高于单一的表面活性剂体系和聚合物驱油体系。     

高浓度三元复合体系性能评价及机理分析

针对油田实际需求,利用仪器测试和理论分析方法,对碱/表面活性剂/聚合物(ASP)三元复合体系黏度、界面张力、静吸附特性、流变性和流动特性进行了系统评价。结果表明,随碱浓度增加,三元复合体系黏度和界面张力降低;随表面活性剂浓度增加,三元复合体系黏度先降后升,界面张力降低。在三元复合体系中,表面活性剂静吸附量最大,碱次之,聚合物最小。随碱浓度增加,三元复合体系黏弹性降低;表面活性剂对三元复合体系黏弹性影响不大。流动性实验表明,溶剂水除垢后三元复合体系阻力系数和残余阻力系数变小。随碱浓度降低、聚合物浓度升高和岩心渗透率降低,三元复合体系阻力系数和残余阻力系数增大;随表面活性剂浓度增加,三元复合体系阻力系数和残余阻力系数呈现"先减小后增大"的变化趋势。     

The Effect of Alkali and Surfactant on Polymer Molecular Structure

Abstract

With the technical development of enhanced oil recovery (EOR), the alkali/surfactant/polymer (ASP) compound flooding technique has been the necessary choice in Daqing oilfield. Compared to average polymer flooding, ASP compound solution decreases the interfacial tension (IFT) between water and crude oil; however, the viscosity and viscoelasticity of ASP solution were performed by surfactant and alkali, both of which could affect the polymer moleculal structure and the oil recovery of ASP flooding. Considering practical requirements in oilfield development, much effort has been focused on the effect of alkali and surfactants on polymer solution by laboratory experiment and theoretical analysis. The results indicate that alkali and surfactants cause the interfacial tension decrease; at the same time, the molecular structure of the polymer is changed and the viscosity and viscoelasticity of polymer solutions are decreased. In addition, alkali neutralizes with negative ion on polymer molecular and causes the polymer molecular chains to curl up, forming a “band” molecular structure. Those actions could make viscoelastic behavior and rheological property of ASP solution weak.     

The Effects of Oil Displacement Efficiency and Conformance Efficiency on Viscosity of ASP Flooding in a Heterogeneous Reservoir

According to the formation conditions of alkali/surfactant/polymer (ASP) flooding in Daqing oilfield, the effects of the concentrations for polymer and alkali in ASP solution on oil recovery efficiency were studied by means of oil displacement experiments and numerical simulation. The effects on improving oil recovery by different ASP solution have been investigated from the aspects of interfacial characteristics and rheological behavior. Only the apparent viscosity of ASP solution reaches the critical viscosity, the ultralow interfacial tension can play an important role in enhanced oil recovery. Both displacement experiments and numerical simulation shows that ASP solution has a critical viscosity to certain heterogeneity.     

无碱二元复合体系驱油试验研究

针对大规模三元复合驱工业化应用中出现的一些问题,特别是注入的碱能引起地层黏土分散和运移,导致地层渗透率下降,碱也与油层流体及岩石矿物反应,形成碱垢,对地层造成伤害并影响油井正常生产;碱还会大幅度降低聚合物的黏弹性,从而降低波及体积等,研究合成了NEP无碱二元体系,对体系进行了评价,并进行了驱油试验研究与数值模拟,证明优化后的体系既克服了三元复合驱的缺点,又达到了其效果。在无碱二元体系中,表面活性剂的选择是关键技术,按界面张力达到10-2 mN/m数量级标准,最终选定了配制的活性剂NEP。系列驱油试验结果表明,所选体系也可以提高采收率约20个百分点。     

碱和表面活性剂影响聚合物溶液性质实验研究

在聚合物溶液中添加表面活性剂和碱能够大幅度降低油水界面张力,但表面活性剂和碱的加入会对聚合物分子形态产生影响,进而影响聚合物溶液的流变性和粘弹性,并最终影响驱油效果。通过室内实验和理论分析,就碱和表面活性剂对聚合物分子形态的影响及其作用机理进行了分析。碱与聚合物分子链上部分负电荷中和,使分子链发生蜷缩和粘贴,形成部分"带状"分子结构,导致聚合物溶液粘弹性和流变性变差。     

聚驱后缔合聚合物三元复合驱提高采收率技术

三元复合驱是大庆油田聚驱后进一步提高采收率的重要途径,其驱油体系须保证超低油-水界面张力,且能大幅提高波及能力。通过研究烷基苯磺酸盐（ABS）-缔合聚合物（HAPAM）-NaOH三元复合驱体系的性能,并与超高分子量部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）三元复合体系进行对比。研究结果表明,HAPAM三元复合体系在NaOH浓度为0.5%~1.2%、ABS浓度为0.025%~0.300%时具有良好的界面活性,油-水界面张力可达10^-3mN/m数量级。0.16%HAPAM-0.3%ABS-1.2%NaOH三元复合体系黏度达108.8 mPa ·s,采用HPAM达到相同黏度其浓度为0.265%,因此HAPAM可降低聚合物用量40%。驱油实验结果表明,在相同黏度下,HAPAM三元复合体系在不同孔隙介质中均能提高聚驱后采收率13%以上,比HPAM三元复合体系多提高采收率6%以上。HAPAM三元复合体系具有更高的阻力系数与残余阻力系数、更好的黏弹性以及乳化稳定性,可以为大庆油田聚驱后提高采收率提供新的技术手段。