重芳烴石油磺酸鹽驅(qū)提高原油采收率試驗(yàn)研究

1　試驗(yàn)部分

1.1　主要儀器及試劑

儀器:JZHY-180型界面張力儀(承德試驗(yàn)機(jī)廠),TEXAS500型動(dòng)態(tài)界面張力儀(美國(guó)),SITE-4懸滴式界面張力儀(德國(guó))。

自制模擬驅(qū)替裝置填砂管基本參數(shù):填砂管管徑d=28mm;填砂管長(zhǎng)度L=180mm;砂心孔隙度φ=31%～33%;砂心的空氣滲透率k_空氣=8～10μm²;原始含油飽和度s_o=78%～80%;模擬原油粘度=37mPa·s(室溫,φ300);地層水礦化度=6000mg·L^-1。

試劑:重芳烴石油磺酸鹽(HAPS)(由安慶石化總廠新源公司提供原料,本課題組室內(nèi)經(jīng)磺化反應(yīng)制得,相對(duì)平均分子質(zhì)量350～450),其它化學(xué)試劑均為市售分析純?cè)噭?/SPAN>

1.2　試驗(yàn)

1.2.1　表面張力的測(cè)定

在相同礦化度(模擬現(xiàn)場(chǎng)注入水,總礦化度6000mg·L^-1)條件下,配制系列質(zhì)量分?jǐn)?shù)的HAPS溶液,在25℃下恒溫1h,用吊環(huán)法測(cè)定表面張力γ,測(cè)定結(jié)果見圖1。

1.2.2　界面張力的測(cè)定

在相同礦化度(總礦化度6000mg·L^-1)條件下,配制一系列質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的HAPS的水溶液,并使之與模擬原油(勝利孤島孤南N28-01井φ(原油)∶(煤油)=1∶1)構(gòu)成油/水界面體系,在70℃(模擬地層溫度)下,用SITE-4懸滴式界面張力儀測(cè)定體系的界面張力。配制0.2%HAPS/1.2%NaCO₃/孤南N28-01井原油體系,在70℃下,用TEXAS500型動(dòng)態(tài)界面張力儀測(cè)定該體系的界面張力,測(cè)定結(jié)果列于表1中。

1.2.3　HAPS與南N28-1井區(qū)污水的配伍性試驗(yàn)

分別稱取一定質(zhì)量的HAPS與模擬現(xiàn)場(chǎng)地層水(模擬配比為:NaCl5800mg·L^-1,CaCl2193mg·L^-1,MgCl227mg·L^-1,總礦化度6000mg·L^-1)配制成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水溶液,靜置100h,觀察溶液的變化情況,以溶液的澄清程度作為判別其配伍性好壞的指標(biāo),測(cè)定結(jié)果列于表2中。

1.2.4　HAPS靜態(tài)乳化洗油試驗(yàn)

在一系列25mL具塞刻度試管中,分別加入相同質(zhì)量的飽和油砂,并依次沿著管壁緩慢加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的HAPS溶液,靜置,定時(shí)觀察試管上層油相的體積。在無外力介入的情況下,單位時(shí)間內(nèi)試管上層油相的體積越大,說明該乳化劑的靜態(tài)乳化能力越強(qiáng)。靜態(tài)乳化洗油過程見圖2、圖3。

1.2.5　HAPS原油瀝青質(zhì)分散性能試驗(yàn)

1.2.5.1　試驗(yàn)用原油適宜用量的確定

在5個(gè)10mL的刻度離心試管中各加入正己烷10mL,并在每個(gè)相應(yīng)的試管中依次加入50,100,150,200,250μl的模擬原油(η=41.8mPa·s),混合30s,靜置放置1h,每隔15min記錄每個(gè)試管中的沉淀量。選取沉淀量在0.4～0.8mL之間所對(duì)應(yīng)的模擬原油用量作為以下試驗(yàn)原油適宜的用量。測(cè)定結(jié)果見圖4。

1.2.5.2　HAPS原油瀝青質(zhì)分散性能評(píng)價(jià)

在4個(gè)10mL刻度離心試管中分別加入正己烷各10mL,并依次分別加入0,50,100,150,200μLw(HAPS)為0.4%分散劑的柴油溶液及適宜用量的模擬原油各200μL,混合15s,靜置1h,每隔15min記錄每個(gè)試管中的沉淀量。沉淀量越少,說明該分散劑對(duì)瀝青質(zhì)的分散性越好,測(cè)定結(jié)果見圖5。

1.2.6　HAPS室內(nèi)模擬驅(qū)替試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在自制的落差式模擬驅(qū)替裝置[5]上,保持200mm的液面落差,以20～50mL·h^-1產(chǎn)出液出口速率先進(jìn)行模擬地層水驅(qū)試驗(yàn),當(dāng)水驅(qū)的最終采收率E最終=(60.8±0.4)%,產(chǎn)出液平均綜合含水fW≥95%時(shí),統(tǒng)一切換為一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的HAPS活性水驅(qū)替。當(dāng)HAPS活性水驅(qū)至產(chǎn)出液平均綜合含水率上升1.5%～2.0%時(shí)結(jié)束。測(cè)定結(jié)果見圖4。HAPS驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)由勝利油田孤島采油廠負(fù)責(zé),試驗(yàn)過程見文獻(xiàn)[4]。

2　結(jié)果與討論

2.1　HAPS水溶液的表面張力及O/W界面張力

由圖1可知,經(jīng)適當(dāng)復(fù)配后的w(HAPS)為0.1%的水溶液可將表面張力降至35mN·m^-1以下,符合驅(qū)油用表面活性劑的基本要求。在不加堿的條件下,經(jīng)SITE-4型懸滴式界面張力儀測(cè)定該配方w(HAPS)為0.2%水溶液與模擬原油(試驗(yàn)區(qū)φ(原油)∶φ(煤油)=1∶1)的靜態(tài)界面張力為0.28mN·m^-1。

由表2可知,在堿性條件下,該配方w(HAPS)為0.2%的水溶液在20min內(nèi)可將原油/水的動(dòng)態(tài)界面張力降至10^-3mN·m^-1以下。

2.2　HAPS與南N28-1井區(qū)污水的配伍性

由表3可知,w(HAPS)≤0.5%的HAPS與地層污水及模擬污水配伍性良好,無任何沉淀產(chǎn)生,因此,HAPS現(xiàn)場(chǎng)使用的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)在0.5%以下。

2.3　HAPS靜態(tài)乳化洗油試驗(yàn)

從圖2、圖3可以看出,在不借助外力驅(qū)動(dòng)的條件下,HAPS溶液對(duì)于原油具有自動(dòng)乳化、剝離的作用,這也是HAPS作為驅(qū)油劑最突出的特點(diǎn)之一。

在相同條件下,以一般的石油磺酸鹽(如APS,HABS等)作對(duì)比,該作用均不明顯。

2.4　HAPS對(duì)瀝青質(zhì)分散性能評(píng)價(jià)

由圖4可知,模擬原油的用量為150～200μl時(shí),原油中瀝青質(zhì)的沉淀量介于0.4～0.8ml之間,故實(shí)際原油用量可選擇為200μl。由圖5可知,HAPS對(duì)原油瀝青質(zhì)對(duì)具有較強(qiáng)的分散性能,且遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于APS。這可能是由于其原料油中多環(huán)短側(cè)鏈的重芳烴成分含量較高,在驅(qū)油用表面活性劑的結(jié)構(gòu)和成分構(gòu)成上更接近于原油瀝青質(zhì),從而使得HAPS較一般的石油磺酸鹽對(duì)于原油瀝青質(zhì)具有更好的分散性。

2.5　HAPS室內(nèi)驅(qū)替效果

由試驗(yàn)過程和圖6可知,當(dāng)w(HAPS)大于0.1%時(shí),具有明顯提高原油采收率的作用,采出液中的原油屬O/W型,呈細(xì)小的液珠狀,且明顯區(qū)別于水驅(qū)后期采出液的“油泡”狀。細(xì)小的油珠能迅速自發(fā)聚并、破乳,油水分離徹底,油/水界面清晰。在水驅(qū)后期高含水的情況下,w(HAPS)為0.2%～0.3%的水溶液仍可驅(qū)出殘余原油,殘余原油采收率的累計(jì)增加值在7%～8%的范圍內(nèi)。

2.6　HAPS驅(qū)油機(jī)理的探討

(1)HAPS溶液可使儲(chǔ)層內(nèi)的O/W界面產(chǎn)生低界面張力。一般水驅(qū)時(shí),O/W界面張力約為30mN·m^-1,而當(dāng)加入0.2%的HAPS活性劑溶液時(shí),可將其界面張力降至(10^-1～10^-3)mN·m^-1,從而大大地降低或消除了地層的毛細(xì)作用,減少了剝離原油所需的粘附功,提高了原油的洗油效率。

(2)HAPS對(duì)原油具有較強(qiáng)的乳化能力,在水油兩相流動(dòng)剪切的條件下,能迅速地將巖石表面的原油分散、剝離,形成O/W型乳狀液,從而改善油水兩相的流度比,提高波及系數(shù)。

(3)HAPS對(duì)原油中的瀝青質(zhì)具有良好的分散作用,能有效地防止和減少儲(chǔ)層內(nèi)有機(jī)物的沉積,儲(chǔ)層表面的潤(rùn)濕性得以改善,采出原油的流動(dòng)性得以提高,從而提高驅(qū)替效果。

2.7　HAPS現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果^[4]

2.7.1　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)概況

HAPS驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在勝利油田孤島采油廠試驗(yàn)區(qū)(位于孤島南區(qū)渤64區(qū)塊北部,孤南2號(hào)大與南區(qū)14號(hào)斷層之間)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)共有產(chǎn)油井6口,注水井5口,注入前該區(qū)塊采出液平均綜合含水率達(dá)95.1%以上,原油采出程度約26.31%。該試驗(yàn)區(qū)經(jīng)過近20個(gè)月的試注,已累計(jì)注入HAPS驅(qū)油劑541t,不考慮遞減,累計(jì)增油9349t;考慮遞減(以9%/a計(jì)),累計(jì)增油10388t,現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

2.7.2　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果

(1)驅(qū)油劑HAPS驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)20個(gè)月來,油井含水率平均下降了10.7%。目前單井采收率增加值約為1%～3%,油藏?cái)?shù)模測(cè)算預(yù)期可達(dá)到5%左右。這表明驅(qū)油劑HAPS驅(qū)已達(dá)到了提高采收率的效果。

(2)注入前后試驗(yàn)區(qū)原油物性發(fā)生了較大變化,原油粘度明顯升高,總烴組分增加了10.08%,重質(zhì)組分增加了7.14%,這說明HAPS具有良好的乳化洗油性能,能剝離巖石表面的殘余油,洗油效果顯著。

(3)采用驅(qū)油劑HAPS驅(qū)油,單井基建費(fèi)用投入少(僅為其它驅(qū)替方式如:聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等的1/4)、現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單、采出液處理方便,聯(lián)合站現(xiàn)有的破乳劑即可滿足現(xiàn)場(chǎng)的破乳要求。

(4)在20個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中,注入壓力沒有發(fā)生明顯的上升,說明驅(qū)油劑HAPS對(duì)地層未產(chǎn)生負(fù)面影響,與地層配伍性及穩(wěn)定性良好。

3結(jié)　論

(1)HAPS是一種廉價(jià)驅(qū)油用表面活性劑。w(HAPS)為0.2%～0.3%的水溶液在產(chǎn)出液高含水情況下,可提高殘余原油采收率的累計(jì)增加值在7%～8%的范圍內(nèi)。

(2)與其它驅(qū)油用表面活性劑不同,HAPS對(duì)原油瀝青質(zhì)具有較強(qiáng)的乳化、分散、剝離等作用,可使儲(chǔ)層內(nèi)的O/W界面產(chǎn)生低界面張力,從而乳化、剝離地層內(nèi)的殘余原油。

(3)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明,HAPS驅(qū)是一種適用于高含水期油田殘余油開采的、具有提高殘余原油收率作用的驅(qū)替方式,適合于非均質(zhì)性不太突出的、注水開發(fā)后期的油田推廣使用。

參考文獻(xiàn):

[1]　王德辰,蘇學(xué)義.微乳液——聚合物驅(qū)油技術(shù)研究[M].西安:西北大學(xué)出版社,1994。

[2]　楊普華,楊承志.化學(xué)驅(qū)提高原油采收率[M].北京:石油工業(yè)出版社,1988。

[3]　劉祥,陳輝.重芳烴石油磺酸鹽與M²⁺和地層砂的沉淀與吸附[J].西安石油學(xué)院學(xué)報(bào),1999,14(1):48-50。

[4]　陳輝,姜娜.活性劑WPS驅(qū)提高采收率先導(dǎo)試驗(yàn)研究[J].油氣采收率技術(shù),1999,6(1):21-25。

[5]　韓顯卿.提高采收率原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1993。