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/表面活性劑二元復合驅(qū)中對提高采收率的影響，利用激光粒度儀和紫外分光光度儀測定了環(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)替實驗和巖心驅(qū)替實驗研究了環(huán)烷基石油磺酸鈉乳化對提高采收率
摘要：為了揭示環(huán)烷基石油磺酸鈉在礫巖油藏聚合物/表面活性劑二元復合驅(qū)中對提高采收率的影響，利用激光粒度儀和紫外分光光度儀測定了環(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)替實驗和巖心驅(qū)替實驗研究了環(huán)烷基石油磺酸鈉乳化對提高采收率的影響。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)二元復合驅(qū)現(xiàn)場試驗中，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)過半個世紀的注水開發(fā)，導致儲層結(jié)構(gòu)、油水分布更為復雜。新疆油田于2007年開展了七中區(qū)二元復合驅(qū)工業(yè)化試驗，取得了較好的降水增油效果。二元復合驅(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)油機理認為聚合物的作用為增加黏度、彈性和擴大波及體積等，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，國外普遍認為表面活性劑的驅(qū)油機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)試驗效果顯著。孤東七區(qū)提高采收率16%，含水率由試驗前的98.3%最低降至60.4%;錦16塊階段提高采收率11.7%，預計提高采收率約18%[4]。其現(xiàn)場試驗均為砂巖油藏，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)二元復合驅(qū)用量僅為0.2%，預計提高采收率18%。目前，環(huán)烷基石油磺酸鈉僅在新疆油田應用，為了在新疆油田進一步推廣二元復合驅(qū)技術(shù)，有必要深入研究環(huán)烷基石油磺酸鈉在二元復合驅(qū)中的作用[6-7]。本文利用動態(tài)光散射法、紫外分光光度法和微流控驅(qū)替實驗[8]等深入研究了環(huán)烷基石油磺酸鈉在二元復合驅(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實驗部分
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，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，大慶東昊公司;十二烷基苯磺酸鈉，工業(yè)級，南京佳吉化工有限公司;部分水解聚丙烯酰胺(KYPAM)，相對分子質(zhì)量1.0×107，水解度26.7%，固含量93.14%，工業(yè)級，北京恒聚化工集團有限公司;熒光素，濃度為1×10-4mol/L，分析純，天津市大茂化學試劑廠;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，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恒溫搖床，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;微流控實驗裝置(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;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實驗方法
(1)微流控驅(qū)油實驗將微流控芯片固定在顯微鏡下的恒溫熱臺上，設(shè)置熱臺溫度為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，對不同時刻的微孔通道拍照。
(2)KPS溶液增溶量的測定采用紫外可見分光光度儀測定溶液的透過率。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℃恒溫搖床中振蕩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波長處測定各溶液的透過率，每次測定時，溶液需搖勻后再倒入吸收池中，恒溫5min后進行測量。根據(jù)溶液透過率與模擬油量的曲線轉(zhuǎn)折點可得到溶液對模擬油的最大增溶量。
(3)增溶膠束粒徑的測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。采用激光粒度儀測定體系的水動力學尺寸。用0.2μm針頭式過濾器對待測樣過濾以除去雜質(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，實驗溫度設(shè)置為40℃，每個樣品至少重復3次。
(4)增溶膠束形貌的測定分別在形成的不同形貌區(qū)間選取一個濃度點，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庫中，并轉(zhuǎn)移至液氮(-196℃)中儲存。然后使用低溫保持器將儲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對圖像進行數(shù)字記錄。
(5)巖心驅(qū)替實驗用產(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%，計算化學驅(qū)采收率。根據(jù)石油天然氣行業(yè)標準SY/T6576—2016《用于提高石油采收率的聚合物評價方法》測定流出液的黏度及聚合物濃度，實驗溫度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)計算相對黏度(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，對后續(xù)測試及觀察造成困難，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;當加入5mg模擬油時，膠束直徑增至30nm，繼續(xù)增溶模擬油至15mg，膠束直徑高達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)后膠束形貌可能會發(fā)生相應變化。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KPS溶液中加入5mg模擬油時，膠束仍為球形，只是粒徑略有增大;當加入15mg模擬油時，形成乳狀液，其平均粒徑約為5μm，說明模擬油分子進入膠束中被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與原油乳化對提高采收率的影響
將0.5%KPS溶液注入微通道，通過對不同時刻的微通道拍照，考察乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生及演化情況。當KPS溶液以0.1µL/min的流速進入微通道后，乳化現(xiàn)象迅速發(fā)生，3min時已能觀察到明顯的乳化層，20min時已能觀察到明顯的油包水液珠，乳化范圍隨時間推移不斷擴大，3h時已擴展至封閉通道末端，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。
為了能準確研究乳化對提高采收率的影響，開展巖心模擬驅(qū)油實驗來反映二元驅(qū)(0.3%KPS+0.1%KYPAM)中體系乳化對提高采收率的影響。通常認為增大聚合物濃度可以提高體系黏度，起到擴大波及體系的作用[11-14]。研究結(jié)果表明，隨著驅(qū)替的進行，流出液中聚合物濃度逐漸下降，但二元體系的相對黏度并未降低，說明乳化起到了控制黏度的作用，進而對于控制流度比有重要作用，有利于提高采收率。
2.3現(xiàn)場應用
在克拉瑪依油田七中區(qū)二元復合驅(qū)現(xiàn)場，利用“可控乳化”設(shè)計配方體系，注入初期(0.2PV)利用強乳化(乳化綜合指數(shù)大于70%)動用高滲儲層剩余油;見效高峰期(0.4PV)利用中等乳化(乳化綜合指數(shù)30%~70%)動用中低滲儲層剩余油，高峰期含水由水驅(qū)末的95%下降為47.5%，實現(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，對體系乳化性能進行指標量化，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)計提供重要指導。將“可控乳化”驅(qū)油體系應用于克拉瑪依油田七中區(qū)二元復合驅(qū)現(xiàn)場試驗，降水增油效果明顯。
參考文獻：
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[2]李杰瑞,王連剛,劉衛(wèi)東,等.復合驅(qū)表面活性劑乳化研究現(xiàn)狀[J].油田化學,2018,35(4):731-737.
作者：關(guān)丹1,2,3,4，闕庭麗1,2,3,4，曹強1,2,3,4，唐文潔1,2,3,4，欒和鑫1,2,3,4
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