碱剂对复合驱油体系性能的优化

吴文祥，张栋，阚亮，郎丽媛

（1.东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆 163318；2.成都理工大学能源学院，四川成都 610059）

碱剂对复合驱油体系性能的优化

吴文祥1，张栋1，阚亮1，郎丽媛2

（1.东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆 163318；2.成都理工大学能源学院，四川成都 610059）

结合河南油田储层特性，在ZL-Ⅱ型聚合物+SHSA-HN6表面活性剂二元复合驱油体系的基础上，研究了碱剂Na2CO3的加入对复合体系各项性能的优化程度。实验结果表明，加入碱剂一方面可进一步降低复合体系的界面张力，另一方面，由于竞争吸附，碱在一定程度上对表面活性剂起到保护作用，复合体系加入碱后，溶液的乳化性能得到改善。河南油田天然岩心在进行复合驱后，其润湿性由弱亲水转变为强亲水。现场试验证明，采用弱碱三元复合驱油体系驱油可获得较高的注采比。

界面张力；性能优化；牺牲剂；弱碱三元体系；复合驱；河南油田

河南油田Ⅳ5-11层系属古近系核桃园组三段，为典型的湖盆陡坡型扇三角洲沉积，地层温度81℃，地层原油黏度3.3 mPa·s，平均渗透率500×10-3μm2；主力层层内渗透率变异系数0.54～0.83，突进系数3.02～ 4.69，均质系数0.37～0.49，级差5.3～11.8，各小层层内非均质差异较大，非均质程度较高。该层系经过长期的水驱开发，采出程度已高达50%以上，综合含水率96%，急需水驱开发后的接替技术。

由于表面活性剂在岩心中存在吸附滞留严重的现象[1]，驱替液在驱替过程中无法维持较低的界面张力。为了减少成本投入，又要保证较高的采收率增值[2]，本文在针对该层系油藏条件进行初选的二元复合体系中加入碱剂，对ASP三元复合体系中碱的作用机理进行了研究。

1 实验准备

实验材料:ZL-Ⅱ型抗盐、耐高温聚合物（郑州正力聚合物科技有限公司生产）；SHSA-HN6型表面活性剂（河南油田研究院提供）；Na2CO3，NaOH（北京化工厂生产）。实验用水为Ⅳ5-11层系地层水，水型为NaHCO3型，矿化度为5 330.2mg/L。实验原油为河南油田脱水原油，地层黏度为3.30 mPa·s，地面脱气黏度为7.79 mPa·s，凝固点为36℃。实验岩心为Ⅳ5-11层取心，气测渗透率约为500×10-3μm2。

二元体系:0.3%SHSA-HN6+1 500mg/L ZL-Ⅱ。

三元体系:0.3%SHSA-HN6+1 500 mg/L ZL-Ⅱ+ 1.2%碱剂。

实验仪器:Texas-500型旋滴界面张力仪，OCA-20接触角测量仪。

2 实验结果与讨论

2.1 界面张力对比

通过对原油进行酸碱标定，发现实验原油酸值较高。二元体系及弱碱三元体系的界面张力对比曲线见图1。实验结果表明，弱碱三元体系与二元体系相比，在一定程度上更能降低原油界面张力。这是由于碱与原油中的酸性基团形成的石油酸皂对降低油水界面张力具有一定作用[3]。

图1 2种体系的界面张力对比

2.2 吸附实验

化学驱油剂在油藏中的吸附损失直接影响了驱油体系的驱油效率[4-5]，评价体系性能的同时必须考虑化学剂在油砂上的吸附[6]。由于表面活性剂SHSA-HN6的分子结构未知，不能直接测其在驱替过程中的吸附量，因此，本文通过体系与原油界面张力的变化，间接观测表面活性剂吸附过程中碱的影响[7]。

将二元体系、三元体系溶液分别与河南油田油砂按1∶9的质量比混合，在80℃条件下振荡24 h。取出混合物，离心分离出上层清液后，分别在5，60，120 min时测界面张力，剩下的清液继续与油砂按1∶9的质量比混合，振荡，如此重复数次，测定界面张力，结果如表1所示。

由表1可以看出:界面张力随吸附次数的增加而增大；三元体系的稳态界面张力在第3次吸附实验后上升至3.9×10-3mN/m，与二元体系第1次吸附的稳态界面张力基本一致，说明碱在竞争吸附过程中优先被吸附。吸附初期，油砂对表面活性剂的吸附量很小；当碱被消耗完之后，三元体系稳态界面张力的变化规律与二元体系基本一致。

由于碱的造价较低，而碱对三元复合体系界面张力降低很有助益，因此可以把碱作为牺牲剂应用于三元复合体系之中。

表1 复合体系界面张力测定结果

2.3 乳化实验

将40mL原油与40 mL三元复合体系混合于100 mL的具塞量筒中，在80℃恒温水浴下预热30 min，摇晃5次，每次间隔1 min，然后开始计时，直到三元复合体系与原油形成乳状液的水相析出体积为10 mL时计时结束，记录时间。实验结果见图2。

图2 碱剂对复合体系乳化性能的影响

由图2可知，随着碱加量的增加，三元体系对原油的乳化能力呈先增强后减弱的趋势[8-11]，碱加量为0.8%时乳化能力最强。这是由于，石油酸皂与表面活性剂协同作用，促进了其表面及界面性能，使得乳化效果达到最佳；继续增大碱的加量，碱不再起到促进乳化的作用，此时由于Na+浓度的增加，乳状液的双电层厚度被压缩，导致乳状液的稳定性降低。

强碱与弱碱对复合体系乳化性能的影响不同，主要原因是，强碱可以迅速与原油中的酸性物质反应，而弱碱需要一定时间。但本文研究的二元体系在加入强碱后，体系界面张力不理想，未予采用。

2.4 润湿性实验

4块岩心饱和地层水后测其润湿角，然后将岩心烘干，切成均匀3段，再分别进行碱驱（Na2CO3）、无碱二元复合驱以及弱碱三元复合驱，驱替结束后，对3段岩心重新测定润湿角，结果如表2所示。

表2 不同体系下岩心润湿角测定结果（°）

由表2可以看出:饱和水后测得的岩心润湿角均小于90.00°，说明河南油田天然岩心的润湿性是弱亲水；单独碱驱使岩心的润湿角由80.00°变为57.49°，这说明碱的存在可以大大增加岩心的亲水性；二元和三元体系驱替过的岩心润湿角分别为61.47°和46.48°，证明碱的加入使得三元复合体系在增加岩石亲水性方面效果更好。

碱与原油酸性物质反应生成的石油酸皂，与岩石表面的矿物产生离子交换，使岩心表面矿物组成发生变化，减小了岩石的水湿接触角，使岩石表面从油湿反转为水湿，提高了洗油效率[12-14]，从而提高了采收率。

2.5 驱油试验

步骤:岩心抽真空，饱和地层水，80℃恒温12 h以上，饱和原油，以0.1mL/min速度水驱至含水率达98%以上，计算水驱采收率；注入复合体系段塞0.45 PV，继续水驱至出口含水98%以上，计算化学驱采收率。

由实验结果可知，三元复合体系的采收率比无碱二元复合体系提高了2.2百分点，说明碱的加入进一步优化了复合体系的各项性能，进而提高了采收率。

3 结论

1）初选的二元体系和三元体系与河南油田原油的界面张力均达到10-3mN/m数量级。

2）碱的加入能够进一步降低复合体系与原油的界面张力；由于碱在孔隙中能够优先被吸附，可使体系长时间保持超低界面张力；碱对乳状液的稳定以及岩石润湿性由亲油向亲水的改变都有良好的促进作用。

3）室内驱油试验结果表明，弱碱三元复合驱油体系的采收率高于无碱二元体系。

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（编辑 孙薇）

Optim ization of alkaliagent on performance of ASP system

W u W enxiang1,Zhang Dong1,Kan Liang1,Lang Liyuan2

(1.MOE Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China; 2.College of Energy Resources,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

Combined with the reservoir characteristics of Henan Oilfield and based on the SP flooding of Z-Ⅱ+SHSA-HN6,this paper studies the optimal degree for each property of the composite system with Na2CO3added.The experimental results show that the interfacial tension of ASP system can further reduce with adding alkali agent.Due to the competitive adsorption,the alkali agentsplay a protective role for surfactant.Theemulsifying property of the composite system is improved afteraddingalkalisolution. The natural core of Henan oilfield is changed from hydrophilic to the strong hydrophilic flooding after ASP flooding.Field testshows thathigh injection-production ratio can beobtained by using theweak base ASPsystem.

interfacial tension;performance optimization;sacrificialagent;weak base ASP system;ASP flooding;Henan Oilfield

国家科技重大专项课题“聚合物驱后油藏提高采收率技术研究”（2011ZX05009-004-006）

TE357.46

A

2013-04-12；改回日期：2013-09-19。

吴文祥，男，1961年生，教授，博士生导师，研究方向为化学驱提高采收率。E-mail:sygcwuwenxiang@sina.com。

吴文祥，张栋，阚亮，等.碱剂对复合驱油体系性能的优化[J].断块油气田，2013，20（6）:772-774.

Wu Wenxiang，Zhang Dong，Kan Liang，et al.Optimization of alkali agent on performance of ASP system[J].Fault-Block Oil&Gas Field，2013，20（6）:772-774.

10.6056/dkyqt201306023