砾岩油藏复合驱过程中化学剂的吸附滞留规律*

栾和鑫，唐文洁，陈艳萍，陈权生，关丹，阙庭丽，徐崇军，云庆庆，帕提古丽·麦麦提，焦秋菊，向湘兴

（1.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依 834000；2.中国石油天然气集团公司砾岩油气藏勘探开发重点实验室，新疆克拉玛依 834000；3.新疆砾岩油藏实验室，新疆克拉玛依 834000；4.中国石油天然气集团公司油田化学重点实验室新疆油田分研究室，新疆克拉玛依 834000；5.新疆油田公司新港公司，新疆克拉玛依 834000）

新疆油田稀油老区先后开展了弱碱/表面活性剂/聚合物三元复合驱、表面活性剂/聚合物二元复合驱和聚合物驱，并取得了多项成熟配套技术。但也面临许多问题，例如注入流体在渗流过程中会发生吸附滞留及色谱分离现象［1-5］，主要是由于复合驱过程中驱油体系各组分的极性不同导致的化学剂分离，化学剂在油藏运移过程中由于吸附、脱附能力不同而导致的化学剂色谱分离会严重影响开发效果［5-10］。本文为研究驱油体系在油藏条件下运移规律，考察了二元复合驱油体系（0.2% KPS202+0.1% KYPAM2）和三元复合驱油体系（0.3%KPS304+0.15%KYPAM1+1.2%碳酸钠）在岩心砂表面的吸附规律以及在不同吸附条件下化学剂的色谱分离情况，研究了不同液固比条件下二元/三元复合驱油体系在砾岩油砂/水界面的吸附滞留量，得出砾岩油藏二元/三元复合驱油体系中表面活性剂、聚合物的吸附递减速率方程，为二元/三元复合驱油配方体系化学剂浓度设计及驱油体系用量提供理论参考。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

表面活性剂KPS202，平均摩尔质量420 g/mol，有效物含量20%，新疆金塔公司；表面活性剂KPS304，平均摩尔质量450 g/mol，有效物含量15%，新疆金塔公司；抗盐聚合物KYPAM1，相对分子量分别为2500×104，水解度26.7%，固含量93.14%，北京恒聚化工集团有限公司；KYPAM2，相对分子质量1.0×107，水解度24.9%，固含量91.3%，北京恒聚化工集团有限公司；Na2CO3，工业品，含量99%。三元复合驱油体系配液用水为清水，矿化度3400 mg/L，主要离子质量浓度（单位mg/L）：762.75、Cl-1063.59、114.1、Ca2+28.06、Mg2+19.3、Na++K+1023.27；二元复合驱油体系的配液用水为克拉玛依油田A 井区产出水，矿化度10260.8 mg/L，主要离子质量浓度（单位mg/L）：Na++K+3438.8、Mg2+17.48、Ca2+16.47、Cl-2941.78、实验油为七中区井区原油，黏度6.0 mPa·s（40℃）；岩心砂：由新疆油田岩心经过粉碎而得，粒径（mm）级别：<0.25、0.25～0.45、>0.45～1.0、>1.0～1.25、>1.25～1.5、>1.5分别占11.86%、11.01%、23.27%、4.42%、5.42%和44.01%，采用等体积比酒精/苯混合溶剂清洗去油。

TX500C 型界面张力仪，美国彪维公司；KS 4000i CS25型控温摇床，德国IKA公司；Waters2695型液相色谱仪，美国waters公司。

1.2 实验方法

1.2.1 吸附实验

（1）采用清水配制配方为0.3%KPS304+0.15%KYPAM2+1.2%碳酸钠的三元复合驱油体系，采用克拉玛依油田A 井区产出水配制配方为0.2%KPS202+0.1%KYPAM1的二元复合驱油体系，测定体系中的碱、表面活性剂和聚合物的浓度，即吸附前的初始浓度；（2）按一定固液比（质量比）将粉碎后的岩心砂和二元/三元复合驱油体系（400 g）加入具塞的磨口锥形瓶中，振摇混匀后盖好瓶塞，密封保存后放入（40±0.5）℃的震荡恒温箱中震荡恒温48 h；（3）取出锥形瓶，静置分层，取20 mL上层清液倒入离心管中，在10000 r/min的转速下离心15 min；（4）取出离心管中上层清液，测定清液与区块原油间的界面张力以及化学剂的浓度，即吸附达到平衡时的化学剂浓度。

第二次～第四次吸附实验，取上一次吸附后的上层清液与粉碎后的岩心砂按一定固液比混合后，放入恒温振荡器中振荡48 h，测定吸附后驱油体系中化学剂的浓度以及驱油体系与原油间的界面张力。

1.2.2 测试与表征

（1）聚合物、表面活性剂浓度测定

参照中国石油天然气行业标准SY/T 6576—2016《用于提高石油采收率的聚合物评价方法》方法，采用液相色谱法分析检测表面活性剂、聚合物浓度。HPLC 色谱柱：KPS 阴离子交换填料；流动相：甲醇/水=60/40（A液），甲醇/0.2 mol/L KNaH2PO4溶液=60/40（B液）；流速为1.0 mL/min。

（2）碱浓度测定

采用两相滴定法测定三元复合驱油体系中碱浓度。具体地，取一定体积的样品溶液于150 mL的锥形瓶中，加蒸馏水至体积约为25 mL，加3滴甲基橙指示剂，用HCl 标准液滴定至溶液由黄色突变为橙红色则达到终点，记录所消耗的HCI标准液的体积。按式（1）和（2）分别计算NaOH、Na2CO3浓度：

式中：Vl、V2—滴定NaOH 样品溶液时消耗HCl 标准液的体积和取样体积，单位mL；V3、V4——滴定Na2CO3样品溶液时消耗HCl 标准液的体积和取样体积，单位mL；cHCl—HCl 标准液的浓度，单位0.1 mol/L。

（3）界面张力测定

参照中国石油天然气行业标准SY/T 5370—2018《表面及界面张力测试方法》中含有黏弹性体系界面张力测试方法，在40 ℃下测定驱油体系与原油间的界面张力，取120 min的平衡界面张力。

2 结果与讨论

2.1 初始化学剂含量分析

吸附前二元/三元复合驱油体系分别与原油间的界面张力如图1 所示。在二元/三元复合驱油体系中表面活性剂用量分别为0.2%和0.3%，因此展现出了很好的降低油水界面张力性能，在120 min 范围内界面张力均达到超低数量级（10-3mN/m）的技术指标要求。采用液相色谱法分析检测表面活性剂、聚合物浓度，采用两相滴定法测定碱浓度，经测试，三元复合驱油体系中含碳酸钠12.41 g/L、KPS304 3.01 g/L 和KYPAM1 1.58 g/L，二元复合驱油体系中含KPS202 2.11 g/L、KYPAM2 1.01 g/L，所测定结果与配液浓度相差不大，说明检测化学剂浓度的方法行之有效。

图1 吸附前二元/三元复合驱油体系与原油间的界面张力随测试时间变化

2.2 吸附次数对体系界面性能的影响

将二元/三元复合驱油体系与岩心砂分别按液固比9∶1、7∶3、5∶5混合，在40 ℃下恒温摇床中震荡吸附48 h，吸附后上层清液与原油间的界面张力随测试时间变化如表1所示。实验结果表明不同固液比条件下，二元体系/三元体系经过岩心砂4次吸附后界面张力基本未发生改变，平衡界面张力IFT120min均达到超低界面张力（10-3mN/m）的指标要求。

表1 不同吸附次数界面张力情况

2.3 不同吸附次数下的化学剂含量变化

二元/三元体系与岩心砂按不同液固比（9∶1、7∶3、5∶5）混合后，在40 ℃下恒温摇床中震荡吸附48 h，不同吸附次数下化学剂浓度变化见图2。不同液固比条件下，二元体系/三元体系经过岩心砂4次吸附后各化学剂含量均随着吸附次数增加而减少，随着岩心砂含量增加各化学剂含量逐渐降低，整体上碱浓度的吸附递减速率最大，吸附4 次后含量损失了一半左右。

图2 不同固液比条件下二元体系/三元体系中化学剂浓度随吸附次数变化

对曲线进行拟合可以得出一定固液比条件下的化学剂浓度y与吸附次数x关系的拟合方程，具体如表2所示，其中x的系数可表征化学剂浓度变化幅度。随着岩心砂含量增加，化学剂浓度变化幅度增大。化学剂浓度随吸附次数增加降低幅度大小排序为：ASP碱浓度＞ASP表面活性剂浓度＞SP表面活性剂浓度＞ASP 聚合物浓度≈SP 聚合物浓度。ASP 三元体系中碱浓度随吸附次数降幅最大，为ASP 表面活性剂浓度随吸附次数降幅的2 倍，ASP三元体系中聚合物浓度随吸附次数的降幅比SP 二元体系中聚合物浓度随吸附次数的降幅略大，这与碱存在时聚合物的水解度变化有关。SP 二元体系中表面活性剂浓度随吸附次数的降幅略低于ASP三元体系表面活性剂浓度随吸附次数的降幅。ASP体系中碱在油砂上的吸附损耗速率最快、吸附量最大，利用碱的吸附特性复配体系中增大碱的含量可以有效降低表面活性剂和聚合物的吸附递减速率，在涉及ASP三元体系配方时，碱浓度一定要大于表面活性剂浓度的2 倍以上。与SP 二元体系相比，ASP 三元体系中表面活性剂的吸附速率比二元体系中的吸附速率略大，其主要原因是碱的加入增加了离子强度而导致表面活性剂的吸附量增加。

表2 化学剂浓度与吸附次数关系拟合方程

在驱油体系设计时应充分考虑碱在油藏中的吸附，由于吸附作用被“牺牲”的碱不能起到降低界面张力的作用。为充分发挥驱油体系扩大波及体积和洗油效率作用，建议驱油体系设计时按照“梯次降低碱浓度”的方法设计段塞，即前期注入高碱浓度的三元体系段塞，后期注入低碱浓度的三元体系段塞。

3 结论

二元体系/三元体系经过4 次岩心砂吸附后界面张力未发生明显改变，平衡界面张力IFT120min均达到超低界面张力（10-3mN/m）的指标要求。

二元体系/三元体系经过4次岩心砂吸附后，各化学剂附损耗量均随着吸附次数而增加，随着岩心砂含量增加各化学剂含量逐渐降低，碱的吸附损耗量最大，吸附4 次后碱浓度损失一半左右。各化学剂浓度与吸附次数关系基本满足线性吸附，化学剂浓度降低幅度大小排序为：ASP 碱浓度＞ASP 表面活性剂浓度＞SP 表面活性剂浓度＞ASP 聚合物浓度≈SP聚合物浓度。