三元复合体系驱油技术研究及应用进展

吕秀凤

(大庆职业学院石油工程系，黑龙江大庆163255)

三元复合体系驱油技术研究及应用进展

吕秀凤

(大庆职业学院石油工程系，黑龙江大庆163255)

三元复合体系驱油技术，简称三元复合驱，是指在注入水中加入低浓度的表面活性剂、碱和聚合物进行驱油的一种提高石油采收率方法，是20世纪80年代初国外出现的化学采油新动向。该技术在我国发展得很快，目前已走在世界前列。重点阐述了该项技术的室内研究情况，并结合大庆油田三元复合驱矿场试验情况对其应用效果进行分析，针对目前所存在的典型问题提出了今后研究探索的方向。

三元复合驱;采收率;化学采油

1 三元复合驱室内研究

1.1 物理模拟研究。

1.1.1 机理研究。

石油采收率是油藏累计产油量与油藏原始地质储量比值的百分数。该比值的大小取决于注入流体在油藏中的波及系数和驱油效率。

式中

ER—石油采收率;N原始—油藏原始地质储量; N累计采出—油藏累计产油量;EV—波及系数;ED—驱油效率。

由上式可知，影响采收率大小的主要因素是波及系数和驱油效率。因此，要想提高采收率就需要提高波及系数或(和)驱油效率。

1.1.1.1 体系中的聚合物能提高波及系数。［1］

三元体系中的聚合物，具有增粘作用，可以改善油水流度比，使水驱前缘均匀推进，从而提高了波及系数，其中，流度比的计算公式如下:

式中MPo——聚合物溶液驱油时的总流度比;

λP——聚合物溶液的流度;

λt——油水混合带总流度;

Kro——油的相对渗透率;

Krw——水的相对渗透率;

Krp——聚合物溶液的相对渗透率;

μP——聚合物溶液的粘度;

μo——油的粘度;

μw——水的粘度。

水油流度比降低后，既提高了平面波及效率，克服了注入水的“指进”现象，又提高了垂向波及效率，增加了吸水厚度，如图1。这是体系中聚合物最重要的作用。

图1 水驱后剩余油经三元复合驱后波及系数明显提高

1.1.1.2 体系中碱和表面活性剂的协同作用能提高驱油效率。［1］

油层中水驱后的残余油是提高采收率的主要目标。这些残余油能否被驱替出来，取决于毛管数的大小。毛管数是指粘滞力与局部毛管力的比值，用Nvc来表示。

式中:v——渗滤速度，m/s;

σ——界面张力，mN/m;

μ——流体粘度，mPa·s;

K——地层渗透率，μm2;

Δp——驱动压差，MPa;

L——油滴长度，m。

通常用毛管减饱和度曲线(简称CDC曲线，Capillary __Desaturation Curves)来分析湿相和非湿相残余饱和度的大

小。CDC曲线反映了不同毛管数Nvc与湿相、非湿相残余饱和度的关系，如图2所示。

图2 典型的毛管减饱和度曲线

在实际油田中大多数的水驱是在低的毛管数范围，即处于10－7～10－5，是CDC曲线的平缓段上。从图中可以看出，只有毛管数(即改变σ、ΔP、K等)增加，残余油才可能流动。为了降低残余油饱和度，需要在水驱的Nvc值上使其再增高100—10000倍。在生产实际中，增加渗透率K和驱动压差ΔP很难使毛管数达到相应的倍数，唯一可行的方法是降低注入液和原油的界面张力。

体系中的碱可以和原油中的有机酸发生化学反应，生成表面活性剂。而表面活性剂的作用就是能大幅度地降低油水之间以及油与岩石之间的界面张力(＜10－3mN/m)，从而使毛管数增加2～4个数量级，使水驱不动的残余油得以启动，并在向前推进过程中形成油墙，油墙的形成和扩大加大了油相的分流量，促进了油相渗流，从而提高了驱油效率。

另外，廉价碱的加入可以使体系中表面活性剂的浓度降低，但靠它和碱的协同作用仍旧可合物浓度对三元复合体系粘度大小起决定性作用。

三元体系和原油之间的界面张力包括平衡界面张力和瞬间界面张力，它们都可以作为衡量驱油体系优劣的标准。难于驱替的簇状、膜状残余油驱油在低平衡界面张力下可以被三元液有效地剥蚀(图3)，大幅度降低最低动态界面张力，较容易地被采出。

图3 三元复合驱降低界面张力驱替膜状残余油

复合驱体系乳化性能有利于提高驱油效率。［2－4］不同乳化程度体系的驱油实验表明，［4］随着乳化能力的增加，原油易于分散成小油滴、形成可连续流动的富油带而被采出(图4)，驱油效率提高，可提高采收率5%～10%。

图4 三元复合驱乳化、携带作用

1.1.2 复合驱体系配方综合评价优选技术研究。

要想使三元复合驱技术的应用更加合理而有效，体系配方是非常关键的。据文献［5］可知，大庆油田目前已形成了三元复合驱体系配方综合评价优选技术，并且制定和完善了复合体系的评价指标及评价方法。［5］

1.1.3 采出液处理方法研究。

室内实验及矿场试验结果表明，三元采出液出现了乳化现象。乳状液的稳定性取决于乳状液油水界面性质和界面膜强度。界面膜强度越大，乳状液的稳定性就越好，破乳难度也就越大。所以，破乳的关键是如何破坏界面膜。一种有效的破乳方法是通过加入破乳剂来改变界面性质，进而达到破坏界面膜的目的。

1.1.4 结垢机理研究。

由于三元复合驱体系的复杂性，使得在注采系统中都出现了不同程度的结构现象，这是制约三元复合驱工业推广的速度的主要因素。所以针对于三元复合驱的结垢机理及除垢、防垢方法的研究也很多。［1］

1.2 数值模拟研究。

数值模拟研究主要集中在油层适应性研究及注入时机研究上。［14］

1.2.1 油层非均质性。

油层非均质严重程度可以用渗透率变异系数来表示，其定义式为

Kσ——占累积样品数84.1%处的渗透率。

Vk数值越小，油层越均匀;数值越大，表示油层越不均匀，非均质性严重。

为了正确和准确得到油层非均质性对复合驱驱油效果的影响，可以利用数值模拟技术进行计算和分析。其结果如图5所示，其中图中所标识的黏度为复合体系的黏度。

图5 油层渗透率变异系数和体系黏度对复合驱驱油效果的影响

从图中可以看出:

(1)Vk越小，驱油效果越好;

(2)复合体系黏度越高，所适应的Vk的范围越大;

(3)Vk在0.5～0.8范围内时，复合体系黏度对驱油效果的影响最敏感、采收率变化幅度最大;

(4)在两个极端条件下，即Vk＜0.2或Vk＞0.85时，复合体系的黏度对驱油效果作用不明显。

1.2.2 油层沉积韵律。

图6 油层韵律对水驱和复合驱驱油效果的影响

图6给出了复合体系注入段塞为0.30PV以及后续聚合物保护段塞为0.15PV在油层平均渗透率为1000mD、Vk=0.65时，油层韵律对水驱采收率、复合驱采收率以及最终采收率结果的影响。

从图中可以看出:

(1)正韵律(或复合正韵律)的水驱效果比反韵律(或复合反韵律)的差，但复合驱的提高采收率效果正好相反，但水驱效果好的最终采收率高;

(2)多段多韵律的油层，水驱效果几乎没有差别，但复合驱提高采收率的幅度，上反下正的效果要好些，这使得这种韵律的最终采收率也会略高一些。

1.2.3 合理井网。

数值模拟研究结果表明，对于水驱来说，在油层条件、复合体系、注入量以及注采速度相同的条件下，井网类型对水驱采收率的影响不大。水驱效果最差的是七点法井网，水驱采收率只有39.12%OOIP;水驱效果最好的是五点法井网，水驱采出程度为41.12%OOIP。两者相差2.0个百分点，对于复合驱来说，水驱效果好的复合驱效果也好，但最终采出程度差值增大，相差3.66个百分点，这说明复合驱的驱油效果对井网的敏感程度比水驱的大。直列井网、七点法井网和反九点法井网的驱油效果相对要差一些。

1.2.4 注入时机。

数值模拟研究结果表明(如表1)，在含水0～95%的范围内，实施复合驱时的含水率越高，最终采出程度也越高，但上升的幅度非常小。例如，在油田投入初期就实施复合驱(含水率为0)，则最终采出程度为58.69%，而在含水95%时实施复合驱，最终采出程度为59.634%，相差仅0.748个百分点。复合驱比水驱提高的采收率值却随着含水的增高而略有降低。

表1 不同注入时机对复合驱驱油效果的影响

2 三元复合驱在大庆油田的应用效果分析［5－6］

大庆油田自1988年开始开展三元复合驱技术研究，在大量室内研究的基础上，于1993年进入现场试验，先后完成了先导性矿场试验、扩大性矿场试验、工业性矿场试验，均取得了较好的试验效果。

2.1 引进国外表面活性剂三元复合驱先导性矿场试验。

1993～1997年，大庆油田引进美国生产的B－100和ORS－41两种表面活性剂，先后在5个油层性质不同的试验区，开展了不同井网、井距的三元复合驱先导性矿场试验，其基础数据及提高采收率效果如表2。从表中数据可以看出，三元复合驱增油效果明显，可以比水驱提高采收率20%以上。

表2 引进国外表面活性剂试验区基础数据及效果表

2.2 国产表面活性剂三元复合驱矿场试验。

1998年，大庆油田应用自己研制出的具有自主知识产权的烷基苯磺酸盐表面活性剂，开展了世界上第一个三元复合驱工业性试验，验证了三元复合驱在大井距多井组多油层条件下的驱油效果。这不但解决了进口表面活性剂价格昂贵的问题，还为大庆油田三元复合驱技术的工业应用提供了依据。2005年分别在采油一厂北一区断东和采油二厂南五区开展了工业性矿场试验，通过试验总结了强碱三元复合驱在一类油层和二类油层中的开采规律，完善了复合驱的配套技术研究，为强碱三元复合驱得推广提供了依据。

2.3 国产表面活性剂强碱三元复合驱工业化推广应用。

在强碱三元复合驱工业性试验取得成功的基础上，大庆油田2007年在采油四厂杏一～二区东部II块开展了三元复合驱工业化推广区。2008年分别在采油六厂南六区和采油四厂杏六区东部I块开展了三元复合驱工业化推广，2009年在采油四厂杏六区东部II块开展了三元复合驱工业化推广。

2009年以后，大庆油田三次采油区块没有再安排聚合物驱，而是全面安排三元复合驱，在“十二五”期间，三次采油的产量仍将保持在1000万吨以上。2012年初，大庆油田决定在3～5年的时间内，实现三元复合驱的工业化应用。

3 三元复合驱技术所面临的问题及探索研究方向

3.1 存在问题。

三元复合驱技术虽然能大幅度地提高采收率，并逐步开始工业性推广应用，但仍存在着一些问题需要进一步研究解决。

3.1.1 化学剂用量大。

三元复合驱过程中，由于体系中的表面活性剂在距注入系统约20%井距内的损失量约达80%，所以在大于20%井距后，驱替体系已不能保持超低界面张力，在到达采出端时，表面活性剂吸附损失程度达到最大值;［7］其次是聚合物在近井地带的粘度下降幅度较大，华北油田射孔孔眼粘度损失可达到40%以上，胜利油田粘度在到达监测井时可损失60%以上，大庆油田粘度损失在距注入井30m处则高达70%。［8］无论是表面活性剂的吸附损失，还是聚合物的粘度损失，都会加大化学剂的用量。

3.1.2 结垢问题严重。

结垢问题是三元复合驱技术发展应用的一大难题。在注入系统，碱与二氧化碳的不完全反应产物与污水中的阳离子结合，在泵阀、注入泵、静混器等处结垢，这会使注入压力升高，增加能耗;在采出系统，碱可能会与油藏中的一些岩石矿物质发生化学反应，使采出液的组成变得复杂，导致井筒运行条件变差，会出现抽油杆滞后、卡泵等现象，造成抽油机井检泵周期缩短，严重影响机采井的生产时率。

3.1.3 采出液破乳、处理困难。

在应用三元复合驱时，体系中的各种化学剂不可避免地会在采出液中出现，碱、聚合物、表面活性剂含量升高，会使采出液粘度增加，从而悬浮固体颗粒的能力增加，再加之表面活性剂所带来的低界面张力，使得这种悬浮液具有较强的稳定性。而且这种污水在上浮或下沉时受到的阻力也会很大，致使传统的隔油池、沉降设备处理效率下降，过滤装置的堵塞几率增加。从而使采出液的破乳、处理难度加大。

3.2 探索方向。

3.2.1 等流度注入，进一步提高采收率。

聚能等流度驱油方法［9］，是针对于非均质油层在驱替过程中所出现的“窜流”现象，通过个性化地设计多轮次多段塞组合的注入方式，来进一步提高采收率的方法。在注入三元液时，可以采取多轮次多段塞组合的注入方式，即通过改变体系中化学剂粘度的方式，来实现等流度驱替，从而在扩大波及体积的同时，进一步提高驱油效率，使采收率有更大幅度的提高。

3.2.2 研究高效的表面活性剂，降低化学剂用量。

从活性剂的结构、性能分析入手进行分子设计，从而研制界面活性更为高效、对油藏的适应性更为宽泛的表面活性剂，在不影响驱油效果的情况下，减少化学剂用量，为复合驱的工业化应用提供物质基础和技术保证。

3.2.3 耐高温、耐盐聚合物的研制。

由于三元液中目前所用的聚合物不能应用于高温、高盐的油层，这使得三元复合驱的大面积工业化应用再次受到限制。另外，三元复合驱的应用对象可能是二、三类油层，因此，需要研制耐温耐盐的新型聚合物。

3.2.4 合理解决结垢、破乳等问题。

对于三元复合驱所暴露出来的结垢严重、采出液破乳处理困难等问题，国内外的学者做了很多有益的研究和探索。如应用智能提捞抽油机很好地解决了卡泵、杆断等问题，其研究理念很值得借鉴，可以利用类似的理念去解决注入端结垢及破乳等问题。

［1］李华斌，陈中华.界面张力特征对三元复合驱油效率影响的实验研究［J］.石油学报，2007，27(5):96－98.

［2］葛际江，王东方，张贵才，等.稠油驱油体系乳化能力和界面张力对驱油效果的影响［J］.石油学报(石油加工)，2009，25(5):690－695.

［3］王克亮，廖广志，杨振宇，等.三元复合和聚合物驱油液粘度对驱油效果影响实验研究［J］.油田化学，2001，18 (4):354－357.

［4］王克亮，等.三元复合体系的乳化性能对驱油效果

的影响研究［J］.科学技术与工程，2012，12(10):2428－2431.

［5］王凤兰，等.大庆油田三元复合驱技术进展［J］.大庆石油地质与开发，2009，28(5):154－162.

［6］杨振宇，陈广宇.国内外复合驱技术研究现状及发展方向［J］.大庆石油地质与开发，2004，23.

［7］唐琳.强碱三元复合驱注入系统结垢行为研究［D］.大庆:东北石油大学，2012.

［8］高清河.强碱三元复合驱成垢及化学控制技术研究［D］.大庆:东北石油大学，2013.

［9］韩修廷，刘春天，等.聚能等流度高效驱油新方法研究［J］.石油学报，2008，29(3):418－422.

Research and Application of ASP Flooding Technology

Lv Xiufeng
(Daqing Vocational College，Daqing，Heilongjiang 163255，China)

The alkaline－surfactant－polymer combination flooding technology，is referred to as ASP flooding technology.It is a kind of enhanced oil recovery method appearing in the early 1980s，with low concentration of surface active agent，alkali and polymer in the injected water.The technology developed rapidly in China，and has been at the forefront of the world.This paper describes the indoor research of the technology，and analyzes the application effect in Daqing Oilfield ASP flooding pilot test，and proposed the future research direction for typical problems that currently exist in.

ASP flooding technology;oil recovery;chemical flooding

TE357.46

A

1672－6758(2015)08－0043－5

(责任编辑:郑英玲)

吕秀凤，硕士，副教授，大庆职业学院石油工程系。研究方向:油藏工程、提高石油采收率。

Class No.:TE357.46 Document Mark:A