三元复合驱减垢配方优化实验研究

周久立

（中海石油（中国）有限公司 天津分公司，天津 300450）

随着我国经济不断发展，国内各界对原油需求呈现井喷式增长，仅在2020 年我国进口石油消费量就达到了5.4 亿t，连续4 年成为世界最大进口国，不仅如此，我国石油消耗峰值在2028 年才会到来，国内原油生产量远不能满足需求，进口原油量连年增长，原油对外依存度超过70%，格林斯潘曾说过石油是国家工业血脉，由此可见，石油对于一个国家的发展来讲极为重要，如何降低原油进口依存度以及实现原油国内生产是我国亟待解决的问题。

但在我国东部老油田产量大幅下降，现阶段已探明的原油储量仅位居世界第十三位，海上油气提升幅度有限，在致密油气开采技术尚未成熟的条件下，如何进一步实现东部老油田增产成为目前最优最快的解决方案。随着三次采油技术的不断成熟，聚驱和三元复合驱油技术被广泛应用在东部老油田，化学驱能够大幅提高水驱后期采收程度，对提高老油田产量起到了极为重要的作用[1]。相较于聚驱，三元复合驱能够进一步提高原油采收程度，相同实验条件下，三元复合驱油采收率高出聚驱采收程度8%左右[2]。但与此同时，传统的三元复合驱也存在诸多问题：常用三元复合溶剂中的强碱使得地层水中的转化为其中大量的Ca2+会与其沉淀，这些沉淀物不仅影响原油分离，更会使得井筒结垢，严重磨损采油设备，增加了开采难度和开采成本[3]。因此，近些年针对这一问题很多学者对三元复合驱配方进行优化，主要是降低碱性强度将NaOH 换成Na2CO3，从而减少的形成，进而减少了沉淀物产生。另一方面，适量降低碱的浓度也能有效减弱成垢速率[4]。

1 实验部分

1.1 仪器和材料

DV-Ⅱ+ Pro 型布氏黏度仪（BROOKFIELD）；尺寸为4.5×4.5×30cm 的岩心夹持器（海安石油科研仪器有限公司）；油式真空泵 tanker130（ROCKER）；手摇泵；电子天平（LICHEN）；不锈钢500mL 中间容器（海安石油科研仪器有限公司）；集热式恒温加热磁力搅拌器（上海辰邦西仪器科技有限公司）；高温高压恒温箱（海安石油科研仪器有限公司）；高压高精度 ISCO 驱替泵（Teledyne Isco）。

石油磺酸盐表面活性剂（含量50%，大庆炼化分公司）；2000 万分子量聚合物（含量95%，大庆炼化分公司）；45℃条件下粘度为2.0mPa·s 的模拟油。

1.2 实验方案设计

三元复合溶液中碱浓度越高，在地层中结垢越严重，本文实验主要探索相同实验条件下不同段塞大小、Na2CO3浓度对三元复合驱采收率的影响，以及相同采收率条件下，何种配方碱使用量最低，其中Na2CO3含量设计分别为1%和1.2%。为进一步减少碱使用量，实验另设计了不含碱的二元复合驱油实验（聚合物+表面活性剂），并探索了二、三元复合段塞复合驱油实验。本文实验方案如下：

首先，利用水驱到岩心原油采收率达到98%后；

方案1：注入0.5PV，Na2CO3含量1%三元复合溶液（聚合物浓度2000mg·L-1、表面活性剂浓度3000mg·L-1）；

方案2：注入0.4PV，Na2CO3含量1%三元复合溶液（聚合物浓度2000mg·L-1、表面活性剂浓度3000mg·L-1）；

方案3：注入0.3PV，Na2CO3含量1%三元复合溶液（聚合物浓度2000mg·L-1、表面活性剂浓度3000mg·L-1）；

方案4：注入0.5PV，Na2CO3含量1.2%三元复合溶液（聚合物浓度2000mg·L-1、表面活性剂浓度3000mg·L-1）；

方案5：注入0.3PV，Na2CO3含量1%三元复合溶液，然后，注入0.2PV 二元复合溶液（聚合物浓度2000mg·L-1、表面活性剂浓度 2500mg·L-1）；

方案6：注入0.4PV，Na2CO3含量1%三元复合溶液，然后，注入0.2PV 二元复合溶液（聚合物浓度2000mg·L-1、表面活性剂浓度 2500mg·L-1）；

方案7：注入0.5PV 二元复合溶液（聚合物浓度2000mg·L-1与表面活性剂浓度 3000mg·L-1）；

最后，水驱直至阶段含水率达到98%。

1.3 减垢三元复合驱室内实验流程

图1 为实验流程图，图2 为ASP 复合溶液配制图。

图1 实验流程图Fig.1 Structure diagram of experimental instrument

图2 ASP 复合溶液配制图Fig.2 ASP composite solution preparation diagram

（1）岩样预处理 首先，将人造岩心进行烘干，称重，然后测量其长度、气测渗透率。

（2）烘干后的岩心装入岩心夹持器内，并将岩心夹持器连接抽真空泵进行抽真空过程3h，岩心具体参数详见表1。

表1 岩心参数Tab.1 Core parameter

表2 实验材料粘度Tab.2 Viscosity of experimental material

（3）抽真空结束后紧闭阀门，将岩心夹持器连接到手摇泵，将提前配制好的模拟地层水通过手摇泵注入到岩心内，当手摇泵压力升高到1MPa 时，停止注入模拟地层水，记录注入量。

（4）配制的模拟地层原油是在45℃条件下粘度为 2.0mPa·s，原油和煤油按照1∶2.5 时，其配比时粘度刚好达到实验所需要求。

（5）按照实验要求分别配制Na2CO3含量分别为1%、1.2%的 ASP 溶液（如图 2 为 Na2CO3含量 1%的ASP 溶液），三元复合溶液配制完毕后装入恒温箱内的中间容器。同样按照实验方案设计将配制好的二元复合溶液装入中间容器。

（6）三元复合溶液配制完毕后，将完成饱和水后的岩心静置1d，然后将岩心放进恒温箱内，将已配制好的模拟地层水和模拟地层油以及三元复合溶液，二元复合溶液加入到恒温箱内的中间容器。

（7）岩心夹持器连接管线等待温度升到45℃时，岩心夹持器连接到模拟地层水的中间容器，利用ISCO 高压高精度驱替泵测量其岩心水测渗透率，注入速度为 0.2mL·min-1。

（8）水测渗透率完毕后进行饱油过程，注入速度为 0.3mL·min-1，用 10mL 量筒进行计量，每隔 30min 记录一次采液量。当出液端见地层模拟油后，降低模拟油注入速度，使注入速度调整到0.1mL·min-1，等到排出液体全部是模拟地层油时停止注入，并放置24h 熟化。

（9）岩心熟化后进行水驱，打开ISCO 高压高精度驱替泵，每隔30min 记录一次采油量以及含水率。注入速度为0.3mL·min-1。当记录的含水率连续3 次达到98%时，停止水驱改换三元复合驱。

（10）换为三元复合驱后注入速度为0.3mL·min-1，记录采液量以及累计采油量，当注入量达到实验方案设计要求时停止注入三元复合溶液。

（11）三元复合溶液注入完毕后继续按照实验方案设计注入二元复合溶液，当注入量达到设计要求时换为水驱，当水驱含水率连续3 次达到98%时停止注入，实验完毕。

（12）实验结束后，整理实验数据以及清理实验相关器材。

2 结果与讨论

2.1 全过程采收率实验结果

由表3 可知，7 种实验方案的化学驱采收率分别 为 18.21%，18.15%，16.17%，19.16%，18.09%，18.27 和15.6%，其中方案4 采收率最高，方案7 化学驱阶段采收率最低。

表3 驱油实验采收率Tab.3 Recovery ratio of oil drive experiment

2.2 二、三元复合驱油实验结果分析

通过实验方案1、7 可知，在注入量、聚合物浓度、表面活性剂浓度相同的条件下，驱油实验过程中三元复合驱最终采收率要高于二元复合驱。相较于三元复合驱油方案，二元复合驱油在不使用Na2CO3情况下其化学驱采收率为15.6%，而三元复合驱化学驱采收率为18.21%，两者相差2.61%。三元复合驱分别由碱、表面活性剂、聚合物组成，表面活性剂能够大幅降低界面张力，减小原油在孔隙受到的毛管力[5]。聚合物能够增加溶液粘度从而降低地层大孔隙中的水流速度，减弱了指进现象，增大了波及面积[6]。由于三元复合溶液中的Na2CO3能够与地层中的酸性物质发生化学反应形成表面活性物质，这些表面活性剂能与已加入的表面活性剂协同降低油水之间界面张力，相较于单一的二元复合溶液中的表面活性剂浓度高，使得界面张力降低地更多，更容易实现超低界面张力，此外，降低界面张力也可以使得原油能够从岩心孔隙表面剥离，提高了洗油效率，同时也能够更大程度上扩大三元复合溶液的波及体积[7]。三元复合溶液中的碱性物质能够对原油产生乳化作用，能使原油乳化成为更小的油滴，降低原油粘度从而提高采收率[8]。

2.3 不同注入量三元复合驱实验结果分析

通过实验方案1~3 可知，聚合物浓度、表面活性剂浓度相同的条件下，驱油实验过程中三元复合溶液注入量越大采收率越高。3 种方案溶液注入量分别为0.5、0.4、0.3PV 时，化学驱阶段采收率分别是18.21%，18.15%，16.17%。三元复合溶液注入量越大，其中的Na2CO3碱性物质能够与更多酸性物质形成表面活性剂物质，并且加入的表面活性剂更多使得油水界面张力降低更多，扩大波及体积。三元复合溶液中的聚合物量越大对控制油层流体流度，对扩大波及体积以及防止水窜现象起到重要作用。但随着三元复合溶液的注入量增加，其提高采收率的增幅出现下降现象，0.5PV 相较于0.4PV 注入的三元复合溶液，其化学驱阶段采收率增幅为0.06%，0.4PV 相较于0.3PV 注入量的三元复合驱采收率增幅为1.98%。因此，三元复合驱过程中随着Na2CO3溶液注入量的增加采收率增幅趋于平缓。

2.4 不同Na2CO3 浓度条件下三元复合驱油实验结果分析

通过实验方案1、4 可知，聚合物浓度、表面活性剂浓度相同的条件下，驱油实验过程中三元复合溶液中Na2CO3含量越高采收程度越高，当三元复合溶液含量为1%和1.2%时，其水驱后采收程度分别是18.21%，19.16%，当注入更大浓度Na2CO3时采收率增幅仅为0.95%，并且1.2% Na2CO3含量的三元复合溶液相较于1%含量的三元复合溶液，在相同实验条件下的粘度较低，不利于聚合物溶液发挥扩大波及体积的作用，为实现更大程度减垢，Na2CO3含量为1%时为最佳含量。

2.5 二、三元复合段塞驱油实验结果分析

通过室内实验发现，方案1、方案5 和方案6，这3 个实验方案为注水后注入0.5PV、浓度为1%的Na2CO3-ASP 溶液；水驱+0.3PV、浓度为1%的Na2CO3-ASP 溶液+0.2PV 二元驱；0.4PV、1%浓度的Na2CO3-ASP 溶液+0.2PV 二元驱，化学驱采收率分别为18.21%、18.09%和18.27%，见图3。

图3 二、三元复合段塞驱采收率Fig.3 Recovery rate of ASP slug flooding

由图3 可知，单一注入三元复合溶液的采收率相较于二、三元复合段塞无明显优势，采用二、三元复合段塞驱油能够保障采收率的同时，降低了碱使用量，对油田减垢优化有着很大指导意义。通过实验方案5 和6 的采收率结果可以得出，复合段塞中0.3PV 三元段塞增加到0.4PV 时，方案5 与方案6化学驱采收率增幅较小，因此，综合实验采收率结果可知，水驱+0.3PV，Na2CO3含量为1%ASP 溶液+0.2PV 二元复合驱（聚合物和表面活性剂）+水驱直至含水率达到98%是最优实验方案。

3 结论

（1）通过ASP 驱油实验发现，在实验条件相同的条件下，驱油实验过程中的三元复合驱最终采收率要高于二元复合驱的采收率。

（2）通过实验方案1~3 可知，聚合物浓度、表面活性剂浓度相同的条件下，驱油实验过程中三元复合溶液注入量越大，采收程度越高。但随着注入量增大其提高采收率增幅逐渐减小。

（3）对比三元复合驱油实验发现，降低Na2CO3使用量条件下，二、三元复合段塞驱油仍能保证较高采收率。

（4）本实验条件下，水驱+0.3PV 三元复合溶液+0.2PV 二元复合驱+水驱直至含水率达到98%是最优实验方案，控制Na2CO3浓度1%不仅能够有效提高采收率，也在源头降低了结垢的几率。