表面活性剂界面张力对驱油效率的影响

表面活性剂界面张力对驱油效率的影响

1低界面张力对驱油效率的影响表面活性剂-碱性聚合物（asp）的三聚油挤出技术是近年来开发的开发的三聚油挤出新技术。在大型露天矿试验中，根据内部合作研究，油田已进入广泛的领域。矿场试验与室内实验研究表明:ASP三元复合体系的驱油效果好于任意单组分化学驱油体系的驱油效果。其主要机理是依靠聚合物提高驱替液的粘度,利用表面活性剂与碱的协同效应达到超低界面张力,从而提高驱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,在原油开采中,注水驱油的效率与驱替液的表面张力成反比。当时限于实验条件,这些现象未能得到很好的解释和足够的重视。1966年,Wagner等人的实验结果表明,界面张力必须低于0.07mN/m才能提高驱油效率,进一步降低界面张力能够大幅度提高驱油效率。1973年Foster研究了毛管数与采收率的关系后指出,毛管数达到10-2时残余油饱和度接近于零。为了使毛管数达到此值,界面张力必须下降到10-3mN/m。Reed等人的研究工作进一步表明,表面活性剂溶液和原油形成并保持超低界面张力的性能是决定驱油效率的关键因素。最近20多年来,超低界面张力问题一直影响着人们对于表面活性剂及其二元、三元复合驱油技术的研究。已经有许多实验和理论研究了三元复合驱油过程中油水间不同界面张力对驱油效率的影响,但对于不同渗透率的研究尚未得到足够的重视。本文针对大庆油田油层的具体情况(温度为45℃,粘度为11.4mPa·s,矿化度为4456mg/L),采用3种不同类型的表面活性剂(羧酸盐/塔底油/ORS-41)配制了三元复合驱油体系,在3组不同渗透率[(100~300)×10-3μm2/(800~900)×10-3μm2/(1100~1600)×10-3μm2)]人造均质岩心上进行微观驱油实验,研究了不同体系的界面张力与驱油效率的关系,为合理选择三元复合驱油体系配方提供了依据。2实验部分2.1心由砂胶结充填成球驱油物理模拟实验在人造岩心上进行。人造岩心为二维均质圆柱模型,长度在6~8cm之间,直径为2.5cm,由石英砂和环氧树脂胶结而成。渗透率分高、中、低3种类型。2.2实验设备美国德克萨斯大学Model500型悬滴界面张力测定仪和BrookfieldDV-III型粘度测定仪以及成套驱油实验装置。2.3表面活性剂和水溶液聚合物采用西南石油学院科技开发总公司化工厂提供的工业样品AP-P4,聚合物溶液浓度为1200mg/L,表面活性剂分别为ORS-41、塔底油和羧酸盐(表1),浓度均为0.3%,地层水矿化度(TDS)为4456mg/L(表2)。实验用油是大庆原油样品,粘度为11.4mPa·s。碱剂为NaOH,浓度为1.2%。2.4实验计划固定三元驱油体系组分的浓度,在不同的渗透率岩心上,3种驱油体系分别以2m/d的注入速度进行两组以上的实验,以考查驱油效率的变化。2.5岩心放置时间(1)将模型抽空5小时,饱和地层水,测孔隙体积;(2)将模型在45℃恒温箱中放置10小时;(3)水测模型渗透率,油驱水至出口不出水,计算原始含油饱和度;(4)将饱和后的岩心在45℃恒温箱中放置48小时;(5)水驱油至出口含水98%以上,然后注入0.35PV三元复合驱油体系,继续水驱至出口无油,计算采收率。3结果与分析3.1界面张力及tel力SAA-10/NaOH/聚合物三元复合体系与大庆原油的平衡界面张力为3.8×10-2mN/m;瞬时动态界面张力为1.4×10-3mN/m。实验采用人造岩心,ASP主段塞0.35PV,后续聚合物保护段塞0.20PV,实验结果见表3。3.2动态界面张力ORS-41/NaOH/聚合物三元复合体系与大庆原油的平衡界面张力为3.7×10-3mN/m;瞬时动态界面张力为5.6×10-4mN/m,为大庆理想的超低界面张力体系。实验采用人造岩心,ASP主段塞0.35PV,后续聚合物保护段塞0.20PV,实验结果见表4。3.3动态界面张力TDY/NaOH/聚合物三元复合体系与大庆原油的平衡界面张力为2.1×10-1mN/m;瞬时动态界面张力为4.5×10-2mN/m。实验采用人造岩心,ASP主段塞0.35PV,后续聚合物保护段塞0.20PV,实验结果见表5。3.4界面张力为10-2mn/m级数的驱油效果图1给出了不同体系的复合驱驱油效率与渗透率的关系曲线。从图中可以看出:在大庆油田油层条件下,碱/表面活性剂/聚合物三元复合体系(ORS-41/NaOH)与原油界面张力平衡值达到10-3mN/m数量级时,复合驱平均比水驱提高采收率23.37%,各岩心驱替实验的平均最低含水率为52.3%。该结果与界面张力平衡值为10-2mN/m数量级(SAA-10/NaOH)的采收率21.52%、最低含水率54.2%的结果基本接近。也就是说,只要油水界面张力达到10-2mN/m数量级,无论瞬时动态界面张力能否达到10-3mN/m数量级,其驱油效果基本相同。从上述岩心实验结果还可以发现,对于平衡界面张力为10-1mN/m数量级、瞬时界面张力可以达到10-2mN/m数量级的体系(TDY/NaOH)来说,无论是从采收率还来看还是从最低含水来看,驱油效果已开始变差。此外,无论是高界面张力的塔底油、羧酸盐(SAA-10),还是低界面张力的ORS-41配制的三元复合驱油体系,都具有相同的特点,即中等渗透率的岩心的驱油效率更高些。对于塔底油、SAA-10、ORS-41体系,中等渗透率岩心平均驱油效率分别为17.62%,24.09%,27.88%。该值明显大于低和/或高渗透率岩心的驱油效率。4界面张力不高,存在低渗透率风险(1)表面活性剂ORS-41与三元复合体系与大庆原油的平衡界面张力在10-3mN/m数量级,达到了大庆油田要求的超低平衡界面张力值;SAA-10复合体系平衡界面张力的变化趋势与前者基本相同,不同的是界面张力比前者高一个数量级;塔底油TDY复合体系的界面张力在10-1mN/m数量级,不能很好的满足对驱油剂的要求。(2)在渗透率相同的条件下,驱油体系与原油之间的界面张力越低,驱油效率越高,但增加的幅度不大;在驱油体系相同的条件下,具有中等渗透率的岩心的驱油效率更高些。(3)在大庆油田条件下,复合体系与原油的界面张力为10-1mN/m数量级时,复合驱平均比水驱提高采收率13