河口油田普通稠油油藏化学驱技术研究

毛 源 唐存知 葛际江 唐 硕 蒋 平

(1. 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司河口采油厂， 山东 东营 257200；2. 中国石油大学(华东)石油工程学院， 山东 青岛 266580)

全球稠油资源总量约占石油资源总量的60%。我国稠油储量较为丰富，已累计探明稠油储量49.3×108t。我国注水开发动用的普通稠油储量约占稠油总储量的35%，但采收率比常规油田低10%[1-3]。化学驱是目前稠油油藏提高采收率的常用方法。国外近几十年的研究显示，大多油田将低界面张力作为选择驱油体系的重要指标[5]。加拿大的Dong等人构建了复合碱及表面活性剂的复合驱油体系[6]。虽然该体系具有高效乳化能力及较低的油水界面张力，但其在提高采收率效果方面仍未达理想目标[7-9]。

因此，稠油化学驱研究亟待解决的问题是如何构建高效的驱油体系。本次研究基于微观物理模拟，基于稠油碱驱泡状流增大波及系数的现象，针对胜利河口油田开展普通稠油的碱聚合物、碱表面活性复合驱技术改进。

1 实验部分

1.1 实验药品与油样

实验所用药品有石油磺酸盐(SLPS，取自胜利油田勘探开发研究院，纯度32%)、部分水解聚丙烯酰胺(HPAM，北京恒聚生产，平均分子量1 500×104)，均为工业品，以及分析纯NaOH、生物染色剂曙红。

实验油样为普通脱水稠油，取自胜利油田河口油藏CJC9-11井。油样性质如下：密度为0.947 2 gcm3；黏度为3 265 mPa·s；酸值为2.69 mgg；胶质质量分数为19.5%；沥青质质量分数为2.033%。其中密度和黏度在55 ℃条件下测得。

1.2 实验方法

(1) 界面张力的测定。采用旋滴法，测定55 ℃条件下化学剂溶液和CJC9-11井稠油之间的动态界面张力[10]。

(2) 微观驱替实验。微观驱替实验所用模型为均质水湿的微观玻璃刻蚀模型。实验步骤如下：将微观玻璃模型抽真空，采用质量分数为0.5%的NaCl溶液饱和模型；饱和甲苯稀释1倍稠油；以0.002 mLmin的速度注入化学剂溶液，并记录整个过程；分析并计算驱油体系不同时刻的波及系数与采收率。为了更清晰地观察实验现象，在驱替液中加入质量分数为0.05%的曙红。

(3) 填砂管驱替实验。实验步骤如下：采用湿法填制填砂管；用河口模拟地层水饱和填砂管，计算孔隙度和渗透率；饱和稠油，直到产出液含水率小于1%，然后计算初始含油饱和度；以0.3 mLmin的速度水驱至产出液含水率大于98%，然后注入0.3 PV化学驱段塞，二次水驱至含水率达到98%时停止。物理模拟过程中所用填砂管长度为20.0 cm，内径为2.5 cm。

2 实验结果与讨论

2.1 界面张力的测定

分别测定NaOH、NaOH与SLPS构成的复合体系与CJC9-11井稠油之间的动态界面张力。图1所示为驱油体系与河口CJC9-11井稠油之间的动态界面张力。可以看出，单纯的碱溶液体系中，油水界面张力为0.1 mNm数量级；碱和表面活性剂构成的复合体系中，油水界面张力可达到0.001 mNm数量级[11]。

图1 驱油体系与河口CJC9-11井稠油之间的动态界面张力

2.2 稠油碱驱过程中的泡状流现象

在微观玻璃模型上比较了水驱和不同质量分数碱驱的驱油效果，结果见表2。

表2 水驱和碱驱的驱油效果

由表2可以看出，碱驱的驱油效果明显优于水驱，碱的质量分数越高，驱油效果越好。水驱过程中水入孔的方式主要有2种：一是沿孔道中心突入；二是沿孔隙壁渗入。与水驱不同的是，碱驱过程中碱水会渗入到稠油中，在稠油中形成一条水柱，水柱以段塞的形式向前驱动油流。当水柱经过小孔道时，贾敏效应使得液流的流速明显趋缓；当水柱流经孔腹时会分裂成为小的水柱或水泡，形成油顶水、水推油的泡状流现象。在碱驱过程中，泡状流的形成可使得碱驱的波及系数大幅高于水驱[12]。图2所示为驱油剂突破前水驱和碱驱波及系数对比。

图2 驱油剂突破前水驱和碱驱波及系数对比

为了验证碱驱的机理，在填砂管中进行碱驱效果实验。图3所示为不同质量分数下的碱驱压力曲线。由碱驱压力曲线可以看出，采收率随着碱质量分数升高而增加，入口压力随碱质量分数升高而增大，这与泡状流特征是完全对应的。

图3 不同质量分数下的碱驱压力曲线

2.3 碱聚合物段塞组合分析

聚合物通过增加碱液黏度，抑制碱液在油相中的指进和水流通道中的窜进；但碱液黏度增大后，其渗入稠油中的能力会减弱，继而影响驱替过程中泡状流的形成。在此，针对稠油化学驱过程中如何合理使用碱和聚合物的问题设计了3组实验：(1) 先注入0.20PV 0.2%HPAM，再注入0.20PV 1.5%NaOH；(2) 注入0.3PV 0.1%HPAM和0.5%NaOH 组成的混合液；(3) 先注入0.20 PV 1.5%NaOH，再注入0.20 PV 0.2%HPAM。在3组实验中，HPAM和NaOH的总用量是相同的。先注聚合物、后注碱，采收率增幅为25%；混合注入，采收率增幅达到28%；先注碱、后注聚合物，采收率增幅达到35%。结果表明，先注碱再注聚合物的段塞组合，其注入过程中压力波动虽大，但驱油效果最好。

2.4 碱表面活性剂驱研究

泡状流为碱液渗入到稠油中形成水柱继而水柱不断分裂所致。通过微观玻璃模型研究发现，由碱和石油磺酸盐复配构成的体系界面张力达到超低水平，但由于形成的水柱不能分裂为“水泡”，驱油过程中易发生窜进。当驱替结束时，在波及区域有较高的洗油效率，但波及系数明显低于相同质量分数碱驱时的水平。

填砂管试验表明，由碱和石油磺酸盐构成的超低界面张力体系驱油效果弱于单纯的碱体系(见图4)。适用于稠油复合驱的表面活性剂，其首要特点是不能抑制泡状流的形成。

图4 碱表面活性剂驱结果

3 结 语

微观物理模拟实验表明，碱驱波及系数高于水驱波及系数，波及系数随碱液质量分数升高而增大。这与填砂管实验中入口压力随碱质量分数增大而升高的结果相对应。碱驱可获得高波及系数，其原因是碱驱过程中碱液可以钻入稠油中形成泡状流，依靠泡状流较高的黏度和贾敏效应来抑制驱替剂的指进，进而提高波及系数。填砂管实验结果证明，聚合物对复合体系的增黏作用会减缓碱液与稠油的反应速度，抑制碱液向稠油中的渗入。对于碱表面活性剂复合驱油体系，其低水平界面张力可降低波及区域的剩余油含量，但会对泡状流的形成造成负面影响，进而导致碱表面活性剂驱的波及效果弱于碱驱。