重芳烃石油磺酸盐驱提高原油采收率试验研究

1　试验部分

1.1　主要仪器及试剂

仪器:JZHY-180型界面张力仪(承德试验机厂),TEXAS500型动态界面张力仪(美国),SITE-4悬滴式界面张力仪(德国)。

自制模拟驱替装置填砂管基本参数:填砂管管径d=28mm;填砂管长度L=180mm;砂心孔隙度φ=31%～33%;砂心的空气渗透率k_空气=8～10μm²;原始含油饱和度s_o=78%～80%;模拟原油粘度=37mPa·s(室温,φ300);地层水矿化度=6000mg·L^-1。

试剂:重芳烃石油磺酸盐(HAPS)(由安庆石化总厂新源公司提供原料,本课题组室内经磺化反应制得,相对平均分子质量350～450),其它化学试剂均为市售分析纯试剂。

1.2　试验

1.2.1　表面张力的测定

在相同矿化度(模拟现场注入水,总矿化度6000mg·L^-1)条件下,配制系列质量分数的HAPS溶液,在25℃下恒温1h,用吊环法测定表面张力γ,测定结果见图1。

1.2.2　界面张力的测定

在相同矿化度(总矿化度6000mg·L^-1)条件下,配制一系列质量分数不同的HAPS的水溶液,并使之与模拟原油(胜利孤岛孤南N28-01井φ(原油)∶(煤油)=1∶1)构成油/水界面体系,在70℃(模拟地层温度)下,用SITE-4悬滴式界面张力仪测定体系的界面张力。配制0.2%HAPS/1.2%NaCO₃/孤南N28-01井原油体系,在70℃下,用TEXAS500型动态界面张力仪测定该体系的界面张力,测定结果列于表1中。

1.2.3　HAPS与南N28-1井区污水的配伍性试验

分别称取一定质量的HAPS与模拟现场地层水(模拟配比为:NaCl5800mg·L^-1,CaCl2193mg·L^-1,MgCl227mg·L^-1,总矿化度6000mg·L^-1)配制成不同质量分数的水溶液,静置100h,观察溶液的变化情况,以溶液的澄清程度作为判别其配伍性好坏的指标,测定结果列于表2中。

1.2.4　HAPS静态乳化洗油试验

在一系列25mL具塞刻度试管中,分别加入相同质量的饱和油砂,并依次沿着管壁缓慢加入不同质量分数的HAPS溶液,静置,定时观察试管上层油相的体积。在无外力介入的情况下,单位时间内试管上层油相的体积越大,说明该乳化剂的静态乳化能力越强。静态乳化洗油过程见图2、图3。

1.2.5　HAPS原油沥青质分散性能试验

1.2.5.1　试验用原油适宜用量的确定

在5个10mL的刻度离心试管中各加入正己烷10mL,并在每个相应的试管中依次加入50,100,150,200,250μl的模拟原油(η=41.8mPa·s),混合30s,静置放置1h,每隔15min记录每个试管中的沉淀量。选取沉淀量在0.4～0.8mL之间所对应的模拟原油用量作为以下试验原油适宜的用量。测定结果见图4。

1.2.5.2　HAPS原油沥青质分散性能评价

在4个10mL刻度离心试管中分别加入正己烷各10mL,并依次分别加入0,50,100,150,200μLw(HAPS)为0.4%分散剂的柴油溶液及适宜用量的模拟原油各200μL,混合15s,静置1h,每隔15min记录每个试管中的沉淀量。沉淀量越少,说明该分散剂对沥青质的分散性越好,测定结果见图5。

1.2.6　HAPS室内模拟驱替试验及现场试验

在自制的落差式模拟驱替装置[5]上,保持200mm的液面落差,以20～50mL·h^-1产出液出口速率先进行模拟地层水驱试验,当水驱的最终采收率E最终=(60.8±0.4)%,产出液平均综合含水fW≥95%时,统一切换为一定质量分数的HAPS活性水驱替。当HAPS活性水驱至产出液平均综合含水率上升1.5%～2.0%时结束。测定结果见图4。HAPS驱现场试验由胜利油田孤岛采油厂负责,试验过程见文献[4]。

2　结果与讨论

2.1　HAPS水溶液的表面张力及O/W界面张力

由图1可知,经适当复配后的w(HAPS)为0.1%的水溶液可将表面张力降至35mN·m^-1以下,符合驱油用表面活性剂的基本要求。在不加碱的条件下,经SITE-4型悬滴式界面张力仪测定该配方w(HAPS)为0.2%水溶液与模拟原油(试验区φ(原油)∶φ(煤油)=1∶1)的静态界面张力为0.28mN·m^-1。

由表2可知,在碱性条件下,该配方w(HAPS)为0.2%的水溶液在20min内可将原油/水的动态界面张力降至10^-3mN·m^-1以下。

2.2　HAPS与南N28-1井区污水的配伍性

由表3可知,w(HAPS)≤0.5%的HAPS与地层污水及模拟污水配伍性良好,无任何沉淀产生,因此,HAPS现场使用的质量分数应在0.5%以下。

2.3　HAPS静态乳化洗油试验

从图2、图3可以看出,在不借助外力驱动的条件下,HAPS溶液对于原油具有自动乳化、剥离的作用,这也是HAPS作为驱油剂最突出的特点之一。

在相同条件下,以一般的石油磺酸盐(如APS,HABS等)作对比,该作用均不明显。

2.4　HAPS对沥青质分散性能评价

由图4可知,模拟原油的用量为150～200μl时,原油中沥青质的沉淀量介于0.4～0.8ml之间,故实际原油用量可选择为200μl。由图5可知,HAPS对原油沥青质对具有较强的分散性能,且远远优于APS。这可能是由于其原料油中多环短侧链的重芳烃成分含量较高,在驱油用表面活性剂的结构和成分构成上更接近于原油沥青质,从而使得HAPS较一般的石油磺酸盐对于原油沥青质具有更好的分散性。

2.5　HAPS室内驱替效果

由试验过程和图6可知,当w(HAPS)大于0.1%时,具有明显提高原油采收率的作用,采出液中的原油属O/W型,呈细小的液珠状,且明显区别于水驱后期采出液的“油泡”状。细小的油珠能迅速自发聚并、破乳,油水分离彻底,油/水界面清晰。在水驱后期高含水的情况下,w(HAPS)为0.2%～0.3%的水溶液仍可驱出残余原油,残余原油采收率的累计增加值在7%～8%的范围内。

2.6　HAPS驱油机理的探讨

(1)HAPS溶液可使储层内的O/W界面产生低界面张力。一般水驱时,O/W界面张力约为30mN·m^-1,而当加入0.2%的HAPS活性剂溶液时,可将其界面张力降至(10^-1～10^-3)mN·m^-1,从而大大地降低或消除了地层的毛细作用,减少了剥离原油所需的粘附功,提高了原油的洗油效率。

(2)HAPS对原油具有较强的乳化能力,在水油两相流动剪切的条件下,能迅速地将岩石表面的原油分散、剥离,形成O/W型乳状液,从而改善油水两相的流度比,提高波及系数。

(3)HAPS对原油中的沥青质具有良好的分散作用,能有效地防止和减少储层内有机物的沉积,储层表面的润湿性得以改善,采出原油的流动性得以提高,从而提高驱替效果。

2.7　HAPS现场试验效果^[4]

2.7.1　现场试验概况

HAPS驱现场试验在胜利油田孤岛采油厂试验区(位于孤岛南区渤64区块北部,孤南2号大与南区14号断层之间)进行。试验区内共有产油井6口,注水井5口,注入前该区块采出液平均综合含水率达95.1%以上,原油采出程度约26.31%。该试验区经过近20个月的试注,已累计注入HAPS驱油剂541t,不考虑递减,累计增油9349t;考虑递减(以9%/a计),累计增油10388t,现场经济效益相当可观。

2.7.2　现场试验效果

(1)驱油剂HAPS驱先导试验区20个月来,油井含水率平均下降了10.7%。目前单井采收率增加值约为1%～3%,油藏数模测算预期可达到5%左右。这表明驱油剂HAPS驱已达到了提高采收率的效果。

(2)注入前后试验区原油物性发生了较大变化,原油粘度明显升高,总烃组分增加了10.08%,重质组分增加了7.14%,这说明HAPS具有良好的乳化洗油性能,能剥离岩石表面的残余油,洗油效果显著。

(3)采用驱油剂HAPS驱油,单井基建费用投入少(仅为其它驱替方式如:聚合物驱、三元复合驱等的1/4)、现场操作简单、采出液处理方便,联合站现有的破乳剂即可满足现场的破乳要求。

(4)在20个月的现场试验过程中,注入压力没有发生明显的上升,说明驱油剂HAPS对地层未产生负面影响,与地层配伍性及稳定性良好。

3结　论

(1)HAPS是一种廉价驱油用表面活性剂。w(HAPS)为0.2%～0.3%的水溶液在产出液高含水情况下,可提高残余原油采收率的累计增加值在7%～8%的范围内。

(2)与其它驱油用表面活性剂不同,HAPS对原油沥青质具有较强的乳化、分散、剥离等作用,可使储层内的O/W界面产生低界面张力,从而乳化、剥离地层内的残余原油。

(3)现场试验表明,HAPS驱是一种适用于高含水期油田残余油开采的、具有提高残余原油收率作用的驱替方式,适合于非均质性不太突出的、注水开发后期的油田推广使用。

参考文献:

[1]　王德辰,苏学义.微乳液——聚合物驱油技术研究[M].西安:西北大学出版社,1994。

[2]　杨普华,杨承志.化学驱提高原油采收率[M].北京:石油工业出版社,1988。

[3]　刘祥,陈辉.重芳烃石油磺酸盐与M²⁺和地层砂的沉淀与吸附[J].西安石油学院学报,1999,14(1):48-50。

[4]　陈辉,姜娜.活性剂WPS驱提高采收率先导试验研究[J].油气采收率技术,1999,6(1):21-25。

[5]　韩显卿.提高采收率原理[M].北京:石油工业出版社,1993。