三类油层弱碱三元复合体系动态驱油实验研究

闫文华，姚振杰，石晓博，吴安东，潘文辉

(1.提高采收率教育部重点实验室 东北石油大学，黑龙江 大庆 163318;2.中油辽河油田公司，辽宁 辽中，110206;3.中油河南油田公司，河南 南阳 473132)

引 言

20世纪80年代，碱/表面活性剂/聚合物三元复合驱成为提高采收率的新技术。目前，国内已有大庆、胜利、克拉玛依油田和南阳油田进行了三元复合驱矿场试验或工业化推广应用［1］。三元复合驱矿场试验大多采用强碱三元复合体系。强碱、表面活性剂及聚合物产生协同效应，碱与原油中的有机酸反应生成具有表面活性的石油酸皂，石油酸皂与表面活性剂相互作用，使三元复合体系产生超低界面张力。同时，碱可以降低表面活性剂和聚合物在油层孔隙中的吸附滞留，降低化学剂的损失。但碱的加入带来了诸多不利影响，使三元复合体系黏度降低、溶蚀岩石骨架、地层结垢、卡泵、造成采出液处理困难等一系列问题。为减少强三元复合体系结垢和乳化给油田生产带来的不利影响，对弱碱三元复合体系进行了研究［2］。

针对萨尔图油田三类油层非均质性强、层间矛盾严重［3－4］的特点，选用弱碱三元复合体系进行实验。弱碱三元复合体系驱油技术作为近年来发展起来的一种三次采油新技术，主要是通过改善水油流度比，增大波及体积;同时降低油水界面张力，提高洗油效率［5－8］。目前，关于弱碱三元复合体系驱油已有相关文献报道［6－7］，但是关于三类油层实施弱碱三元复合体系开合体系开采报道鲜见。因此，对萨尔图油田三类油层实行弱碱三元复合体系驱油实验研究，其研究成果对于该油田的开发具有重要的指导意义。

1 实验条件

(1)实验仪器。包括FY－3型恒温箱、平流泵、真空泵、压力传感器、电子天平、搅拌器、岩心夹持器、中间容器等。

(2)实验化学剂。包括大庆炼化公司生产的3种聚合物(P620相对分子质量为620×104;P700相对分子质量为700×104，抗盐;P1400相对分子质量为1 400×104)、石油磺酸盐表面活性剂以及碱剂Na2CO3。

(3)实验用水。实验所用模拟水及驱替用水根据研究区块地层水矿化度用蒸馏水人工配制，其矿化度为4 898.7 mg/L;配制弱碱三元复合体系采用清水或低压污水配制，高压污水稀释;使用前分别经0.2 μm微孔过滤，除去杂质。

(4)实验用油。为三厂联合站出口原油和煤油按一定比例配制而成的模拟油，45℃时黏度为9.8 mPa·s，使用前经微孔滤膜过滤。

(5)实验温度为45℃。

(6)实验岩心。根据大庆三类油层的物性特点选取有效渗透率分别为50 ×10－3、80 ×10－3、110×10－3μm2的 ø25 mm ×100 mm 柱状人造岩心，组成三管并联非均质岩心，用于驱油实验。

(7)实验方案。分别为:①分别在水驱含水率为85%、90%、95%、98%的时期，转注弱碱三元复合体系进行驱油实验;②水驱至含水98%以上，改变弱碱三元复合体系中主段塞的化学剂浓度进行驱油实验;③水驱至含水98%以上，改变前置段塞、后续保护段塞的注入体积，进行不同段塞组合时的岩心驱油实验。

2 实验结果及分析

2.1 不同含水时机注复合体系对三类油层驱油效果的影响

选用相对分子质量为700×104抗盐聚合物配制浓度为1 000 mg/L、活性剂浓度为0.3%、碱浓度为1.0%的弱碱三元复合体系，注入孔隙体积倍数为0.60，分别在水驱至含水率为85%、90%、95%、98%的岩心上进行驱油实验(图1)。

图1 不同含水时机注聚驱油实验综合曲线

水驱至含水率分别为85%、90%、95%、98%时进行三元复合驱，化学驱采出程度依次为28.56%、26.34%、24.05%、21.96%，总采出程度依次为 65.42%、63.62%、62.02%、60.78%。对于三类油层，当含水率为85%时注入弱碱三元复合体系，化学驱采出程度及总采出程度最高。含水率为98%时，转注弱碱三元复合体系化学驱采出程度及总采出程度最低。三类油层随着转注三元复合体系时含水率的升高，化学驱采出程度是逐渐减小的。

对于三类油层，在不同含水时机转注弱碱三元复合体系，化学驱采出程度是不同的。转注弱碱三元复合体系的时机越早，采收率越高，同时可以缩短开发时间。因此，三类油层实施弱碱三元复合体系驱油时，建议提前进行弱碱三元复合体系驱油，不仅可以提高采收率，而且可以缩短开采时间。

2.2 聚合物浓度对三类油层驱油效果的影响

本组实验在保持段塞注入0.6 PV总体积不变，三元体系主段塞中表面活性剂和碱浓度分别为0.3%和1.0%，改变聚合物的浓度，进行驱油实验(图2)。

图2 主段塞聚合物浓度对采出程度的影响

相对分子质量为700×104抗盐聚合物配制的浓度分别为1 000、800、1 200 mg/L的三元复合体系主段塞，其化学驱采出程度分别是21.96%、20.53%、22.78%;相对分子质量为1 400×104聚合物配制的浓度分别为1 000、1 700、2 100 mg/L的三元复合体系主段塞，其化学驱采出程度分别是20.11%、21.62%、22.23%;相对分子质量为620×104聚合物配制的浓度分别为1 800、2 750、3 400 mg/L的三元复合体系主段塞，其化学驱采出程度分别是8.4%、11.8%、12.6%。无论哪种聚合物在弱碱三元复合体系中，当碱和活性剂的浓度不变而改变聚合物的浓度时，随着聚合物浓度的增加，化学驱采出程度均是增大的。这是因为随聚合物浓度的增加，弱碱三元复合体系的黏度是增加的，扩大波及体积的能力增强，因此三元复合体系采出程度就越高。

3种聚合物所配制的弱碱三元复合体系，在三管并联模拟的非均质岩心上，均具有较好的驱油效果。相对分子质量为620×104聚合物的三元体系中聚合物浓度大于2 750 mg/L时，在水驱基础上提高的采出程度大于11%;相对分子质量为700×104抗盐聚合物和相对分子质量为1 400×104聚合物的三元体系在水驱基础上提高的采出程度均在20%以上。对于三类油层，三元复合体系既发挥了扩大波及体积作用，又发挥了提高洗油效率的作用，是适合进行三元复合体系驱油的。

现场实施弱碱三元复合体系驱油时，应在保证超低界面张力、保证注入能力的前提下，尽量增加聚合物浓度，同时应该考虑注入成本的因素。建议三类油层实施三元复合体系驱油时，选用相对分子质量为700×104抗盐聚合物时浓度不大于1 000 mg/L，相对分子质量为1 400×104聚合物浓度不大于1 700 mg/L，相对分子质量为620×104聚合物浓度不大于2 750 mg/L。

2.3 表面活性剂浓度对驱油效果的影响

实验在保持段塞注入0.6 PV总体积不变，弱碱三元复合体系主段塞为1 700 mg/L的相对分子质量为1 400×104聚合物、碱浓度为1.0%，改变活性剂浓度分别为0.2%、0.3%及0.5%。

当活性剂的浓度分别为0.3%、0.2%、0.5%，其化学驱采出程度分别为21.62%、21.27%、22.31%。化学驱采出程度均随着表面活性剂浓度的升高而增大。因为表面活性剂可以降低油水界面张力，达到超低界面张力，提高洗油效率。在弱碱三元复合体系中，当活性剂的浓度为0.2%和0.3%时，弱碱三元复合体系的界面张力较低，均达到了超低界面张力，符合三元复合体系洗油效率的要求。在驱油过程中，弱碱三元复合体系在岩心中运移时，化学剂会在岩石表面吸附、滞留，会降低化学剂的浓度，尤其是表面活性剂，可能优先吸附于岩石表面，降低弱碱三元复合体系的界面活性，同时考虑经济效益，建议表面活性剂浓度选为0.3%。

2.4 注入方式对驱油效果的影响

实验保证主段塞注入体积为0.3 PV(相对分子质量为1 400×104聚合物浓度1 000 mg/L、碱浓度为1.0%、活性剂浓度为0.3%)不变，用浓度为1 000 mg/L的相对分子质量为1 400×104聚合物溶液作前置段塞，用浓度为500 mg/L的相对分子质量为1 400×104聚合物溶液做后续保护段塞。分别改变前置段塞注入体积为0.05、0.10、0.20 PV，后续段塞不变;改变后续段塞注入体积为0.05、0.01、0.20 PV，前置段塞不变。

当保证主段塞注入体积为0.3 PV、后续段塞注入体积为0.1 PV不变，用浓度为1 000 mg/L的相对分子质量为1 400×104聚合物溶液做前置段塞，分别改变前置段塞注入体积0.05、0.10、0.20 PV，化学驱采出程度分别为18.27%、19.35%、20.11%。随着前置段塞注入体积的增大，化学驱的采出程度是逐渐增大的。聚合物前置段塞，一是对实际三类非均质油层起到了调剖作用，降低了油层的非均质严重程度，二是聚合物的预稀释和预吸附滞留作用，减缓了后续弱碱三元复合体系中碱、表面活性剂和聚合物浓度下降速度，弱化了弱碱三元复合体系驱替前缘过渡带无效驱替现象。前置段塞对渗透率较高层位起调剖作用，降低弱碱三元复合体系主段塞的化学剂的吸附损失，因此前置段塞应该具有一定的黏度，至少应高于主段塞的黏度，然后尽量增大其注入体积。

当主段塞注入三元复合体系为0.3 PV、前置段塞注入体积为0.1 PV保持不变，后续保护段塞注入体积分别为0.05、0.10、0.20 PV时，化学驱采出程度分别是19.11%、19.35%、19.63%。当后续保护段塞的注入量改变时，随着后续保护段塞体积的增大，其化学驱的采出程度是逐渐增大的。因为后续保护段塞主要是为了保护复合体系主段塞不被后续水驱快速突破，不降低化学剂的浓度而设计的，目的是充分发挥其化学药剂的协同作用，提高原油采出程度。因此，在条件允许的情况下，可以适当增大后续保护段塞的注入体积。

3 结论及建议

(1)对于三类油层，水驱转注三元复合体系的时机越早，采收率越高。建议三类油层实施弱碱三元复合体系驱油时，提前进行弱碱三元复合体系驱油，不仅可以提高采收率，而且可以缩短开采时间。

(2)三类油层实施弱碱三元复合体系驱油时，主段塞聚合物浓度越高，表面活性剂浓度越高，化学驱采出程度越大。

(3)注入聚合物前置段塞的体积越大、聚合物后续保护段塞注入体积越大，化学驱采出程度越高。考虑经济效益的同时，对于三类油层尽量增大前置段赛和后续保护段赛的注入体积。

(4)对于三类油层，弱碱三元复合驱是可行的。相对分子质量为620×104聚合物的三元复合体系中聚合物浓度大于2 750 mg/L时，在水驱基础上化学驱采出程度大于11%;相对分子质量为700×104(抗盐)和相对分子质量为1 400×104聚合物的三元复合体系在水驱基础上化学驱采出程度均大于20%。

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