本文摘要：摘要：為了揭示環(huán)烷基石油磺酸鈉在礫巖油藏聚合物/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)中對(duì)提高采收率的影響，利用激光粒度儀和紫外分光光度儀測(cè)定了環(huán)烷基石油磺酸鈉溶液的膠束尺寸和增溶量，利用微流控模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)和巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)研究了環(huán)烷基石油磺酸鈉乳化對(duì)提高采收率
摘要：為了揭示環(huán)烷基石油磺酸鈉在礫巖油藏聚合物/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)中對(duì)提高采收率的影響，利用激光粒度儀和紫外分光光度儀測(cè)定了環(huán)烷基石油磺酸鈉溶液的膠束尺寸和增溶量，利用微流控模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)和巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)研究了環(huán)烷基石油磺酸鈉乳化對(duì)提高采收率的影響。結(jié)果表明，與十二烷基苯磺酸鈉、重烷基苯磺酸鈉相比，同濃度下環(huán)烷基石油磺酸鈉膠束增溶原油尺寸最大，增溶原油量最多，1t環(huán)烷基石油磺酸鈉溶液可極限增溶350kg的原油。環(huán)烷基石油磺酸鈉易與原油發(fā)生乳化，乳化后可增加驅(qū)油體系黏度，起到控制流度的作用，有利于提高采收率。在克拉瑪依油田七中區(qū)二元復(fù)合驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，根據(jù)巖心滲透率和含油飽和度的不同，通過改變表面活性劑的加量，調(diào)節(jié)驅(qū)油體系的乳化綜合指數(shù)可大幅提高驅(qū)油效率。
關(guān)鍵詞：環(huán)烷基石油磺酸鈉;膠束增溶;乳化綜合指數(shù);二元復(fù)合驅(qū);采收率
礫巖油藏是新疆主要開發(fā)油藏類型，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的注水開發(fā)，導(dǎo)致儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)、油水分布更為復(fù)雜。新疆油田于2007年開展了七中區(qū)二元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化試驗(yàn)，取得了較好的降水增油效果。二元復(fù)合驅(qū)用表面活性劑由新疆油田特有的環(huán)烷基原油經(jīng)磺化后制備，具有良好的乳化性能、低界面張力以及普適性。
石油生產(chǎn)論文范例：石油化工劣質(zhì)重油延遲焦化工藝分析
目前，聚合物/表面活性劑二元驅(qū)驅(qū)油機(jī)理認(rèn)為聚合物的作用為增加黏度、彈性和擴(kuò)大波及體積等，而表面活性劑的作用為降低界面張力、增加毛管數(shù)以提高洗油效率[1]。此外，國外普遍認(rèn)為表面活性劑的驅(qū)油機(jī)理是形成微乳液和通過自發(fā)滲析改變巖石的潤濕性[2-3]。勝利油田孤東七區(qū)、遼河油田錦16塊等二元驅(qū)重大開發(fā)試驗(yàn)效果顯著。孤東七區(qū)提高采收率16%，含水率由試驗(yàn)前的98.3%最低降至60.4%;錦16塊階段提高采收率11.7%，預(yù)計(jì)提高采收率約18%[4]。其現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)均為砂巖油藏，所用表面活性劑為重烷基苯磺酸鹽、甜菜堿等，且用量較大(>0.3%)[5]。
新疆礫巖油藏七中區(qū)二元復(fù)合驅(qū)用量僅為0.2%，預(yù)計(jì)提高采收率18%。目前，環(huán)烷基石油磺酸鈉僅在新疆油田應(yīng)用，為了在新疆油田進(jìn)一步推廣二元復(fù)合驅(qū)技術(shù)，有必要深入研究環(huán)烷基石油磺酸鈉在二元復(fù)合驅(qū)中的作用[6-7]。本文利用動(dòng)態(tài)光散射法、紫外分光光度法和微流控驅(qū)替實(shí)驗(yàn)[8]等深入研究了環(huán)烷基石油磺酸鈉在二元復(fù)合驅(qū)提高采收率中的作用，為新疆油田老區(qū)穩(wěn)產(chǎn)提供理論支撐。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1材料與儀器
環(huán)烷基石油磺酸鈉(簡稱KPS)，有效物含量32%，工業(yè)級(jí)，克拉瑪依金塔公司;重烷基苯磺酸鈉，有效物含量50%，工業(yè)級(jí)，大慶東昊公司;十二烷基苯磺酸鈉，工業(yè)級(jí)，南京佳吉化工有限公司;部分水解聚丙烯酰胺(KYPAM)，相對(duì)分子質(zhì)量1.0×107，水解度26.7%，固含量93.14%，工業(yè)級(jí)，北京恒聚化工集團(tuán)有限公司;熒光素，濃度為1×10-4mol/L，分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠;克拉瑪依油田A井區(qū)產(chǎn)出水，礦化度10260.8mg/L，主要離子質(zhì)量濃度(單位mg/L)：Na++K+3438.8、Mg2+17.48、Ca2+16.47、Cl2941.78、SO42-227、HCO3-3339.03、CO32-280.32;七中區(qū)井區(qū)原油，黏度6.0mPa·s(40℃);白油，5mPa·s(40℃)，工業(yè)級(jí)，黃河新材料有限公司;人造非均質(zhì)礫巖巖心，尺寸為3.8cm×30cm，滲透率分別為0.03、0.05、0.11、0.18μm2。
ZetasizerNanoZS激光粒度儀，英國馬爾文儀器有限公司;Cary50紫外可見分光光度儀，安捷倫公司;Cryo-TEM低溫冷凍透射電鏡，美國FEI公司;Eurostar20digital數(shù)顯攪拌器、KS4000ic恒溫?fù)u床，德國IKA公司;Gatan626低溫保持器，美國Gatan公司;巖心驅(qū)油裝置，江蘇海安石油科技有限公司;微流控實(shí)驗(yàn)裝置(蘇州含光微納有限公司)組成：HarvardPump11Elite注射泵、微流量壓力傳感器、微流控芯片、ZeissV12體式顯微鏡、Sony單發(fā)相機(jī);其中，微流控芯片為玻璃材質(zhì)，采用濕法刻蝕制備，微孔通道表面做親水處理(1mol/L氫氧化鈉潤洗通道)，微孔通道寬度為100µm、深度為40µm。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
(1)微流控驅(qū)油實(shí)驗(yàn)將微流控芯片固定在顯微鏡下的恒溫?zé)崤_(tái)上，設(shè)置熱臺(tái)溫度為40℃，然后以注射泵向微通道中注入原油以模擬受困油，待通道中全部注滿原油后，以另一注射泵向微通道中注入熒光標(biāo)記的水相(水+表面活性劑+熒光素)，油水兩相接觸后分別在白光和470nm激發(fā)光下觀察，對(duì)不同時(shí)刻的微孔通道拍照。
(2)KPS溶液增溶量的測(cè)定采用紫外可見分光光度儀測(cè)定溶液的透過率。首先于螺口瓶中分別加入不同量的白油，再加入表面活性劑溶液，置于40℃恒溫?fù)u床中振蕩24h，使表面活性劑溶液完全增溶白油。以不含白油的表面活性劑溶液為空白，采用1cm吸收池，在600nm波長處測(cè)定各溶液的透過率，每次測(cè)定時(shí)，溶液需搖勻后再倒入吸收池中，恒溫5min后進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)溶液透過率與模擬油量的曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)可得到溶液對(duì)模擬油的最大增溶量。
(3)增溶膠束粒徑的測(cè)定在表面活性劑溶液中分別加入不同量的白油，在40℃的搖床中振蕩24h使原油完全增溶在膠束中。采用激光粒度儀測(cè)定體系的水動(dòng)力學(xué)尺寸。用0.2μm針頭式過濾器對(duì)待測(cè)樣過濾以除去雜質(zhì)，用針頭式過濾器吸取1mL的溶液緩慢注入樣品池中，防止起泡產(chǎn)生，且樣品池保持潔凈無擦痕，實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)置為40℃，每個(gè)樣品至少重復(fù)3次。
(4)增溶膠束形貌的測(cè)定分別在形成的不同形貌區(qū)間選取一個(gè)濃度點(diǎn)，用低溫冷凍透射電鏡觀察其形貌。在環(huán)境可控的低溫制樣裝置中制備樣品，相對(duì)濕度保持在90%以上以防止制備過程中溶液蒸發(fā)。制樣過程如下：將2μL已在40℃預(yù)熱的溶液置于由銅網(wǎng)支撐的碳涂覆的多孔膜上，用濾紙輕輕吸干，在網(wǎng)格上獲得薄液體膜(20~400nm)。隨后樣品在-180℃下迅速移至含有液體乙烷的冷凍劑儲(chǔ)庫中，并轉(zhuǎn)移至液氮(-196℃)中儲(chǔ)存。然后使用低溫保持器將儲(chǔ)存在液氮中的樣品轉(zhuǎn)移至低溫冷凍透射電鏡。加速電壓設(shè)定為200kV，工作溫度保持在-170℃以下，使用電鏡自帶的電荷耦合裝置照相機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字記錄。
(5)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)用產(chǎn)出水飽和巖心;用原油驅(qū)替至不出水;用產(chǎn)出水水驅(qū)至含水98%，計(jì)算采收率;注入0.5PV二元體系(0.3%KPS+0.1%部分水解聚丙烯酰胺)，用產(chǎn)出水水驅(qū)至含水98%，計(jì)算化學(xué)驅(qū)采收率。根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6576—2016《用于提高石油采收率的聚合物評(píng)價(jià)方法》測(cè)定流出液的黏度及聚合物濃度，實(shí)驗(yàn)溫度40℃，驅(qū)替速度為0.5mL/min。按流出液黏度(濃度)/原始溶液黏度(濃度)計(jì)算相對(duì)黏度(濃度)。
2結(jié)果與討論
2.1KPS膠束與原油的相互作用
原油為黑色稠狀液，加入KPS溶液中顏色較深，對(duì)后續(xù)測(cè)試及觀察造成困難，故采用白油為模擬油。在10g0.2%KPS溶液中增溶不同量模擬油后的粒徑變化。
0.2%KPS膠束直徑約為3.5nm;當(dāng)加入5mg模擬油時(shí)，膠束直徑增至30nm，繼續(xù)增溶模擬油至15mg，膠束直徑高達(dá)250nm，充分說明了KPS膠束可以增溶原油。表面活性劑濃度若超過臨界膠束濃度即形成球形膠束，而增溶其他物質(zhì)后膠束形貌可能會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。因此利用低溫冷凍透射電鏡觀察了40℃下0.2%KPS溶液增溶不同量模擬油后的形貌。
當(dāng)KPS溶液中加入5mg模擬油時(shí)，膠束仍為球形，只是粒徑略有增大;當(dāng)加入15mg模擬油時(shí)，形成乳狀液，其平均粒徑約為5μm，說明模擬油分子進(jìn)入膠束中被KPS分子的非極性端所包圍，呈現(xiàn)出“增溶作用”，隨著進(jìn)入膠束的油量增加，膠束溶脹形成了乳狀液。
2.2KPS與原油乳化對(duì)提高采收率的影響
將0.5%KPS溶液注入微通道，通過對(duì)不同時(shí)刻的微通道拍照，考察乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生及演化情況。當(dāng)KPS溶液以0.1µL/min的流速進(jìn)入微通道后，乳化現(xiàn)象迅速發(fā)生，3min時(shí)已能觀察到明顯的乳化層，20min時(shí)已能觀察到明顯的油包水液珠，乳化范圍隨時(shí)間推移不斷擴(kuò)大，3h時(shí)已擴(kuò)展至封閉通道末端，而油包水液珠也在這一過程中逐漸變大，以至于連接成塊，即KPS可以較容易地驅(qū)替出更多的原油。
為了能準(zhǔn)確研究乳化對(duì)提高采收率的影響，開展巖心模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)來反映二元驅(qū)(0.3%KPS+0.1%KYPAM)中體系乳化對(duì)提高采收率的影響。通常認(rèn)為增大聚合物濃度可以提高體系黏度，起到擴(kuò)大波及體系的作用[11-14]。研究結(jié)果表明，隨著驅(qū)替的進(jìn)行，流出液中聚合物濃度逐漸下降，但二元體系的相對(duì)黏度并未降低，說明乳化起到了控制黏度的作用，進(jìn)而對(duì)于控制流度比有重要作用，有利于提高采收率。
2.3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
在克拉瑪依油田七中區(qū)二元復(fù)合驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)，利用“可控乳化”設(shè)計(jì)配方體系，注入初期(0.2PV)利用強(qiáng)乳化(乳化綜合指數(shù)大于70%)動(dòng)用高滲儲(chǔ)層剩余油;見效高峰期(0.4PV)利用中等乳化(乳化綜合指數(shù)30%~70%)動(dòng)用中低滲儲(chǔ)層剩余油，高峰期含水由水驅(qū)末的95%下降為47.5%，實(shí)現(xiàn)了乳化大幅度提高采收率的目的。截至2019年11月，注入0.684PV二元體系，提高采收率17.1%。
3結(jié)論
與十二烷基苯磺酸鈉和重烷基苯磺酸鹽相比，同濃度下KPS膠束增溶模擬油尺寸最大，增溶模擬油量最多，1tKPS溶液可極限增溶350kg的模擬油。KPS易與原油發(fā)生乳化，乳化后可增加驅(qū)油體系黏度，起到控制流度的作用，有利于提高采收率。充分利用KPS易乳化的特點(diǎn)，對(duì)體系乳化性能進(jìn)行指標(biāo)量化，通過調(diào)節(jié)“可控乳化”驅(qū)油體系的乳化綜合指數(shù)，初期含水下降期低含水穩(wěn)定期含水回升期后續(xù)水驅(qū)可大幅提升驅(qū)油效率，為二元體系的設(shè)計(jì)提供重要指導(dǎo)。將“可控乳化”驅(qū)油體系應(yīng)用于克拉瑪依油田七中區(qū)二元復(fù)合驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，降水增油效果明顯。
參考文獻(xiàn)：
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作者：關(guān)丹1,2,3,4，闕庭麗1,2,3,4，曹強(qiáng)1,2,3,4，唐文潔1,2,3,4，欒和鑫1,2,3,4
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