弱碱三元体系性能特征及其影响因素研究
摘 ?????要：針对大庆油田弱碱三元驱工业化推广应用中存在问题和实际需求，进行了弱碱三元体系影响因素研究及其性能特征评价。结果表明，与强碱三元体系相比较，弱碱三元体系与原油间界面张力下降速度较慢，第45～60 d后界面张力才能下降到10-3 mN/m数量级。碱、聚合物间与表面活性剂色谱分离较大，碱与聚合物之间相对较小。在三元体系黏度相同条件下，随碱和表面活性剂浓度增加即界面张力降低，三元体系与原油间乳化作用增强，附加渗流阻力增大，传输运移能力变差。随三元体系黏度增加，中低渗透层分流率增加，液流转向能力增强。随三元体系界面张力降低，高渗透层洗油效率提高，剩余油饱和度降低，水相渗透率增加，渗流阻力减小，分流率增加，液流转向效果变差。在岩心非均质性和界面张力相同条件下，随三元体系黏度增加，三元驱采收率增大。在岩心非均质性和黏度相同条件下，随界面张力降低，三元驱洗油效率提高，采收率增幅增加。在黏度和界面张力相同条件下，随岩心非均质性加剧，水驱采收率降低，三元驱采收率增加。
关 ?键 ?词：大庆油田;弱碱三元体系;性能特征;物理模拟;机理分析
中图分类号：TE357 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）01-0039-05
Abstract： Aiming at the existing problems and actual demand during the popularization and application of the weak alkali ASP flooding in Daqing oilfield， the performance characteristics and influencing factors of the weak alkali ASP system were studied. The results showed that， compared with strong alkali ASP system， the decrease speed of interfacial tension between weak alkali ASP system and crude oil was slower， until the 45d～60d the interfacial tension dropped to 10-3 mN/m magnitude. The degree of chromatographic separation between surfactant with alkali and polymer was heavier， and the degree was weaker between alkali and polymer. When the viscosity of the ASP system was the same， with the increase of concentration of the alkali and surfactant， the emulsifying effect between the ASP system and the crude oil was enhanced， the additional seepage resistance increased and the transmission ability decreased. With the increase of the viscosity of the ASP system， the shunt rate of the medium and low permeable layer increased and the liquid flow steering ability enhanced. With the decrease of interfacial tension， the displacement efficiency of high permeable layers improved， residual oil saturation reduced， water permeability increased， seepage resistance decreased， flow rate increased， and the flow diversion effect worsen. Under the same condition of core heterogeneity and interfacial tension， the recovery of the ASP flooding increased with the increase of the viscosity of the ASP system. Under the same condition of core heterogeneity and viscosity， the ASP displacement efficiency and the recovery amplitude increased with the decrease of interfacial tension. Under the same viscosity and interfacial tension， with the increase of core heterogeneity， the recovery rate of water displacement decreased and the recovery rate of ASP flooding increased.
Key words： Daqing oilfield; Weak alkali ASP system; Performance characteristics; Physical simulation;Mechanism analysis
1 ?前言
“表面活性剂/碱/聚合物”三元驱以其采收率增幅较大、技术比较简单而受到油田开发工作者重视，国内大庆、胜利、新疆和辽河等油田已经或正在进行三元驱矿场试验或工业化推广应用，增油降水效果很明显，经济效益很好[1-4]。大庆油田前期已经完成的三元驱矿场试验多为强碱三元驱，强碱NaOH与原油中胶质作用生成活性物质并与表面活性剂形成协同效应[5]，使三元体系与原油间界面张力很快达到10-3 mN/m数量级。在前期三元驱工业化试验过程中，采出液乳化和生产系统结垢问题一直制约着该项技术大规模应用[6-8]。近年来，为减少采出液乳化和结垢给油井生产带来的不利影响，通常采取井底点滴破乳剂和防垢剂，但效果不佳。为减少结垢给油田生产带来不利影响，弱碱三元体系研究和矿场应用开始受到广泛重视[9-11]。针对油田生产实际需求，本文通过物理模拟和化学分析等技术手段，以大庆萨北油田储层地质和流体为对象，研究了弱碱三元体系性能特征及其影响因素，这对改善弱碱三元驱油效果具有重要理论和应用价值。
2 ?实验条件
2.1 ?实验材料
聚合物为中国大庆炼化公司生产部分水解聚丙烯酰胺，相对分子质量2 500×104，固含量90%;弱碱为碳酸钠，固含量98%;表面活性剂为石油磺酸盐，由中国石油大庆炼化公司生产，有效含量为50%。
实验用水为生产污水，水质分析见表1。
2.2 ?实验仪器
采用美国LVDV-Ⅱ+PRO布氏黏度计测试黏度。用“0”号转子测试黏度，测试范围为0-100 mPa·s，当黏度大于100 mPa·s时用“1”号转子进行测试。采用STX-500H型界面张力仪进行界面张力测试。驱油效果实验仪器设备包括平流泵、压力传感器、岩心夹持器、手摇泵和中间容器等。除平流泵和手摇泵外，其它部分置于45 ℃的恒温箱内。
实验步骤：在室温条件下，地层水通过抽真空方式饱和进模型，通过质量差计算模型孔隙体积; 45 ℃恒温箱内岩心饱和模拟油，通过出液量计算含油饱和度; 45 ℃恒温箱内岩心水驱到含水率90%，获得水驱采收率;?45 ℃恒温箱内，三元驱和后续水驱到含水率98%，计算采收率。
3 ?结果分析
3.1 ?界面张力及其影响因素
三元体系与原油间不同时刻界面张力测试结果见图1。
从图1可以看出，随碱和表面活性剂浓度增加，界面张力逐渐减小。在测试初期，大部分三元体系样品与原油间界面张力为10-1mN/m数量级。随放置时间增加，界面张力逐渐下降。当测试时间在45～60 d范围内时，大部分三元体系样品界面张力下降到10-3 mN/m数量级。由此可见，石油磺酸盐与弱碱间化学反应速度较低，需要较长时间才能完成反应。
3.2 ?色谱分离现象及其影响因素
当三元体系在多孔介质内运移时，由于碱、活性剂和聚合物滞留特性存在差异，因而它们在运移方向上损失量存在差异，形成差速运移现象称为色谱分离现象[12-14]。三元体系色谱分离会破坏体系完整性，削弱碱和表面活性剂间协同效应。目前，通过无因次突破时间和无因次等浓距等参数来描述三元体系色谱分离现象严重程度，无因次突破时间是采出液中最早检测到某种化学剂时所对应PV数，无因次等浓距是采出液中两种化学剂达到相同无因次浓度时所对应PV数之差。三元体系中各组分无因次突破时间愈接近，无因次等浓距愈小，色谱分离程度就愈弱。
三元体系岩心驱替实验过程中采出液药剂无因次浓度C/Co与PV数关系见图2。
从图2可以看出，碱和聚合物几乎在同一时刻发生突破。与碱和聚合物相比较，表面活性剂突破时间严重滞后，表明碱、聚合物和表面活性剂在多孔介质内滞留量存在色谱分离现象。考察C/Co=0.4时三元体系中各组分间无因次等浓距，其中表面活性剂与碱间为1.5，表面活性剂与聚合物间为1.7，碱与聚合物间为0.2。由此可见，表面活性剂与碱和聚合物间色谱分离程度较严重，碱与聚合物间相对较弱[15，16]。分析发现， “配方1”与“配方2”相比较，后者比前者色谱分离现象强。由此可见，在乳化剂OP-10与三元体系混合后，表面活性剂滞留量增大，三元体系中各组分间色谱分离程度加剧。
天然岩心中，三元体系中聚合物、碱和表面活性剂滞留损失率测试数据见表2。
從表2可以看出，在三元体系中，表面活性剂在天然岩心中滞留量最大，聚合物居中，碱最小。乳化剂OP-10与三元体系混合后表面活性剂滞留量增加，滞留损失率由0.76%增加到0.95%。
3.3 ?传输运移能力及其影响因素
通过调整药剂浓度组成得到“等黏”和“等界面张力”三元体系。在“等黏”和“等界面张力”条件下，分别考察界面张力和黏度对传输运移能力的影响（表3）。在“等黏”（“配方1”和“配方3”）和“等界面张力”条件下，三元体系界面张力对传输运移能力影响实验结果见图3和图4。
从图3可以看出，尽管两个三元体系样品黏度相同，但三元体系“配方3”注入压差高于“配方1”，这与三元体系“配方3”中碱和表面活性剂浓度较高有关。随碱和表面活性剂浓度增加，界面张力降低，三元体系与原油间乳化作用增强，附加渗流阻力增大[17-19]，这一现象在岩心后半部分水驱结束时表现尤其突出。
从图4可以看出，尽管两个三元体系样品界面张力相同，但三元体系“配方4”注入压差普遍高于“配方2”，这与三元体系“配方4”中聚合物浓度较高有关。随聚合物浓度增加，聚合物滞留量增加，附加渗流阻力增大，注入压力增幅较大。
3.4 ?液流转向能力及其影响因素
三元驱（组成见表3）采收率实验数据见表4。
从表4可以看出，在水驱采收率相同条件下，三元体系“配方1”～“配方4”最终采收率为59.2%、63.1%、65.5%和67.9%，采收率增幅为21.1%、24.7%、27.5%和29.7%。当三元体系黏度相同时，三元驱采收率增幅随界面张力降低而增大。当三元体系界面张力相同时，三元驱采收率增幅随黏度增加而增大。进一步分析发现，三元体系“配方1”与“配方3”相比较，后者界面张力较前者低了两个数量级，但采收率仅提高了27.5%。三元体系“配方2”与“配方4”相比较，后者黏度较前者提高了24.5%，但采收率却提高了16.3%。由此可见，三元驱采收率增幅对黏度敏感程度要强于界面张力。
从图5可以看出，在水驱阶段，随注入PV数增加，高渗透层吸液量即分流率增加，中低渗透层减小。在三元驱初期和中期阶段，随注入PV数增加，高渗透层分流率减小，中低渗透层增加。在三元驱中后期，分流率值开始发生反转，后续水驱阶段反转现象进一步加剧。
三元体系“配方2”与“配方4”相比较，随三元体系黏度增加，液流转向能力增强，中低渗透层分流率增加。三元体系“配方1”与“配方3”相比较，随三元体系界面张力降低，水相渗透率增加，剩余油饱和度降低，高渗透层洗油效率提高，渗流阻力减小，分流率增加。
3.5 ?驱油效果及其影响因素
3.5.1 ?黏度对驱油效果影响（等界面张力）
在三元体系与原油界面张力相同（近）条件下，黏度对采收率影响实验数据见表5。
从表5可以看出，在岩心非均质性和界面张力相同条件下，随三元体系黏度增加，三元驱采收率增大。黏度和界面张力相同时，随岩心非均质性加剧，水驱采收率降低，三元驱采收率增幅增加。
3.5.2 ?界面张力对驱油效果影响（等黏度）
在三元体系黏度相同（近）条件下，界面张力对采收率的影响见表6。
从表6可以看出，在岩心非均质性和黏度相同（近）条件下，随三元体系与原油间界面张力降低，洗油效率提高，采收率增幅增加。在三元体系界面张力和黏度相同（近）条件下，水驱采收率和采收率增幅随岩心非均质性加剧而减小。
4 ?结 论
（1）与强碱三元体系相比较，弱碱三元体系与原油间界面张力下降速度较慢，第45～60 d后界面张力才能下降到10-3 mN/m数量级。
（2）当无因次浓度C/Co=0.4时，三元体系中表面活性剂与碱间无因次等浓距为1.5，表面活性剂与聚合物间为1.7，碱与聚合物间为0.2。由此可见，表面活性剂与碱和聚合物间色谱分离程度较重，碱与聚合物间较弱。
（3）在三元体系黏度相同条件下，随碱和表面活性剂浓度增加即界面张力降低，三元体系与原油间乳化作用增强，附加渗流阻力增大，传输运移能力变差。
（4）随三元体系黏度增加，中低渗透层分流率增加，液流转向能力增强。随三元体系界面张力降低，高渗透层洗油效率提高，分流率增加，水相渗透率增加，剩余油饱和度降低，渗流阻力减小，液流转向能力减弱。
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