表面活性劑界面張力對驅油效率的影響

1低界面張力對驅油效率的影響表面活性劑-堿性聚合物（asp）的三聚油擠出技術是近年來開發的開發的三聚油擠出新技術。在大型露天礦試驗中，根據內部合作研究，油田已進入廣泛的領域。礦場試驗與室內實驗研究表明:ASP三元復合體系的驅油效果好于任意單組分化學驅油體系的驅油效果。其主要機理是依靠聚合物提高驅替液的粘度,利用表面活性劑與堿的協同效應達到超低界面張力,從而提高驅替液在油藏中的波及程度和洗油效率。Uren和Fahry早在1927年就指出,在原油開采中,注水驅油的效率與驅替液的表面張力成反比。當時限于實驗條件,這些現象未能得到很好的解釋和足夠的重視。1966年,Wagner等人的實驗結果表明,界面張力必須低于0.07mN/m才能提高驅油效率,進一步降低界面張力能夠大幅度提高驅油效率。1973年Foster研究了毛管數與采收率的關系后指出,毛管數達到10-2時殘余油飽和度接近于零。為了使毛管數達到此值,界面張力必須下降到10-3mN/m。Reed等人的研究工作進一步表明,表面活性劑溶液和原油形成并保持超低界面張力的性能是決定驅油效率的關鍵因素。最近20多年來,超低界面張力問題一直影響著人們對于表面活性劑及其二元、三元復合驅油技術的研究。已經有許多實驗和理論研究了三元復合驅油過程中油水間不同界面張力對驅油效率的影響,但對于不同滲透率的研究尚未得到足夠的重視。本文針對大慶油田油層的具體情況(溫度為45℃,粘度為11.4mPa·s,礦化度為4456mg/L),采用3種不同類型的表面活性劑(羧酸鹽/塔底油/ORS-41)配制了三元復合驅油體系,在3組不同滲透率[(100~300)×10-3μm2/(800~900)×10-3μm2/(1100~1600)×10-3μm2)]人造均質巖心上進行微觀驅油實驗,研究了不同體系的界面張力與驅油效率的關系,為合理選擇三元復合驅油體系配方提供了依據。2實驗部分2.1心由砂膠結充填成球驅油物理模擬實驗在人造巖心上進行。人造巖心為二維均質圓柱模型,長度在6~8cm之間,直徑為2.5cm,由石英砂和環氧樹脂膠結而成。滲透率分高、中、低3種類型。2.2實驗設備美國德克薩斯大學Model500型懸滴界面張力測定儀和BrookfieldDV-III型粘度測定儀以及成套驅油實驗裝置。2.3表面活性劑和水溶液聚合物采用西南石油學院科技開發總公司化工廠提供的工業樣品AP-P4,聚合物溶液濃度為1200mg/L,表面活性劑分別為ORS-41、塔底油和羧酸鹽(表1),濃度均為0.3%,地層水礦化度(TDS)為4456mg/L(表2)。實驗用油是大慶原油樣品,粘度為11.4mPa·s。堿劑為NaOH,濃度為1.2%。2.4實驗計劃固定三元驅油體系組分的濃度,在不同的滲透率巖心上,3種驅油體系分別以2m/d的注入速度進行兩組以上的實驗,以考查驅油效率的變化。2.5巖心放置時間(1)將模型抽空5小時,飽和地層水,測孔隙體積;(2)將模型在45℃恒溫箱中放置10小時;(3)水測模型滲透率,油驅水至出口不出水,計算原始含油飽和度;(4)將飽和后的巖心在45℃恒溫箱中放置48小時;(5)水驅油至出口含水98%以上,然后注入0.35PV三元復合驅油體系,繼續水驅至出口無油,計算采收率。3結果與分析3.1界面張力及tel力SAA-10/NaOH/聚合物三元復合體系與大慶原油的平衡界面張力為3.8×10-2mN/m;瞬時動態界面張力為1.4×10-3mN/m。實驗采用人造巖心,ASP主段塞0.35PV,后續聚合物保護段塞0.20PV,實驗結果見表3。3.2動態界面張力ORS-41/NaOH/聚合物三元復合體系與大慶原油的平衡界面張力為3.7×10-3mN/m;瞬時動態界面張力為5.6×10-4mN/m,為大慶理想的超低界面張力體系。實驗采用人造巖心,ASP主段塞0.35PV,后續聚合物保護段塞0.20PV,實驗結果見表4。3.3動態界面張力TDY/NaOH/聚合物三元復合體系與大慶原油的平衡界面張力為2.1×10-1mN/m;瞬時動態界面張力為4.5×10-2mN/m。實驗采用人造巖心,ASP主段塞0.35PV,后續聚合物保護段塞0.20PV,實驗結果見表5。3.4界面張力為10-2mn/m級數的驅油效果圖1給出了不同體系的復合驅驅油效率與滲透率的關系曲線。從圖中可以看出:在大慶油田油層條件下,堿/表面活性劑/聚合物三元復合體系(ORS-41/NaOH)與原油界面張力平衡值達到10-3mN/m數量級時,復合驅平均比水驅提高采收率23.37%,各巖心驅替實驗的平均最低含水率為52.3%。該結果與界面張力平衡值為10-2mN/m數量級(SAA-10/NaOH)的采收率21.52%、最低含水率54.2%的結果基本接近。也就是說,只要油水界面張力達到10-2mN/m數量級,無論瞬時動態界面張力能否達到10-3mN/m數量級,其驅油效果基本相同。從上述巖心實驗結果還可以發現,對于平衡界面張力為10-1mN/m數量級、瞬時界面張力可以達到10-2mN/m數量級的體系(TDY/NaOH)來說,無論是從采收率還來看還是從最低含水來看,驅油效果已開始變差。此外,無論是高界面張力的塔底油、羧酸鹽(SAA-10),還是低界面張力的ORS-41配制的三元復合驅油體系,都具有相同的特點,即中等滲透率的巖心的驅油效率更高些。對于塔底油、SAA-10、ORS-41體系,中等滲透率巖心平均驅油效率分別為17.62%,24.09%,27.88%。該值明顯大于低和/或高滲透率巖心的驅油效率。4界面張力不高,存在低滲透率風險(1)表面活性劑ORS-41與三元復合體系與大慶原油的平衡界面張力在10-3mN/m數量級,達到了大慶油田要求的超低平衡界面張力值;SAA-10復合體系平衡界面張力的變化趨勢與前者基本相同,不同的是界面張力比前者高一個數量級;塔底油TDY復合體系的界面張力在10-1mN/m數量級,不能很好的滿足對驅油劑的要求。(2)在滲透率相同的條件下,驅油體系與原油之間的界面張力越低,驅油效率越高,但增加的幅度不大;在驅油體系相同的條件下,具有中等滲透率的巖心的驅油效率更高些。(3)在大慶油田條件下,復合體系與原油的界面張力為10-1mN/m數量級時,復合驅平均比水驅提高采收率13