强碱生物复合体系提高采收率技术室内评价

张月先

(大庆油田有限责任公司 第四采油厂，黑龙江 大庆 163511)

0 引言

三元复合驱油技术在三次采油中发挥着重要的作用，但强碱三元体系存在着药剂用量大、注入成本高；注采系统结垢严重、采出液处理难度较大等问题。工业化推广后，药剂注入量大大增加，表面活性剂和液碱出现供应紧张现象，直接影响现场的顺利注入。需探索和建立低成本的三元复合驱应用技术，为油田持续发展提供技术支持。生物表面活性剂是指有严格的亲水和疏水基团,由微生物产生的化学物质[1]。生物表面活性剂和化学表面活性剂一样具有驱油能力，且水溶性好,乳化原油能力强[2]。它可以部分取代化学表面活性剂，降低三元复合驱成本，同时弥补主剂用量不足问题。该项技术在油田应用潜力巨大[3]。脂肽由脂肪酸和肽组成，是一种优良的生物表面活性剂。为了进一步拓宽三元复合体系油水界面活性范围，实现达到相同驱油效果，降低强碱和烷基苯表面活性剂用量的目的，开展了脂肽生物表面活性剂与烷基苯三元体系复配技术研究。通过对生物复合体系复配浓度、降低油水界面张力能力、稳定性、抗吸附性及物理模拟驱油性能进行系统评价，优选了注入方案。

1 实验部分

1.1 实验材料

脂肽类生物表活剂，由油田水中的枯草芽孢杆菌发酵培养获得。为淡黄色液体，略带有酸性气味，样品由上海华理生物能源公司提供。烷基苯磺酸盐表面活性剂，简称烷基苯表活剂，由大庆油田化工集团生产，其有效含量为50%左右。

聚合物为大庆炼化公司生产的2500万超高分子聚合物，强碱使用NaOH(分析纯)，实验用油为井口及联合站脱水原油，体系配制用水为油田深度处理污水。

1.2 实验仪器

美国彪维公司生产TX-500C型旋转滴界面张力仪；汇成科技生产HY-150型恒温振荡仪； BINDER公司生产BD-53型恒温箱；江苏海安石油仪器厂生产的室内岩心驱油装置。

1.3 实验方法

1.3.1 强碱条件下不同浓度生物复合体系界面张力变化

固定烷基苯表活剂有效浓度0.05%及0.15%，聚合物1400mg/L，检测在不同NaOH浓度下，加入不同浓度生物表活剂后复合体系界面张力变化，确定生物复合体系最佳复配比例。将优选出的生物复合体系在45℃恒温条件下，放置不同时间后进行界面张力检测，观察体系界面张力稳定性变化。

1.3.2 生物复合体系乳化性能

对优选出的复合体系，按照2∶1的比例将复合体系与脱水原油放入50mL比色管中，在45℃恒温条件下充分振荡、静置1h后，观察放置不同时间的析水量，确定各复合体系的乳化性能。

1.3.3 生物表活剂复合体系抗吸附性能

优选出的复合体系进行界面张力测定后，按照1∶9的固液比，将油砂和配制好的复合体系加入具塞锥形瓶中，45℃恒温振荡24h后，取上层清液测定界面张力，如果能达到超低界面张力，将剩余的上层清液中加入新油砂，再次按油砂：复合体系=1∶9恒温振荡吸附24h，测定上层清液界面张力，反复实验，直到复合体系上层清液界面张力大于1.0×10-2mN/m要求为止。

1.3.4 生物复合体系驱油性能评价

采用水测渗透率400μm2左右、岩心尺寸为4.5×4.5×30cm人造均质岩心、脱水原油及现场深度处理污水，开展室内物理模拟驱油实验。

实验流程：人造均质岩心抽真空6h以上，饱和水；45℃下饱和油，放置48h；水驱至采出端含水98%以上，按照方案分别注入不同化学剂段塞，后续水驱至出口含水98%以上。

2 实验结果及分析

2.1 生物复合体系降低油水界面张力性能评价

研究不同化学剂浓度对生物复合体系性能的影响，以有效降低油藏油水界面张力为目标，分析确定各组分最佳浓度范围，探索生物复合体系配方。

2.1.1 强碱条件下生物表活剂与烷基苯表活剂具有较好的协同效应

检测不同NaOH浓度时，烷基苯三元体系中加入生物表活剂后，复合体系界面张力变化，绘制界面活性图。

生物表活剂浓度(%) 生物表活剂浓度(%)

图1 0.05%烷基苯时不同NaOH浓度生物复合体系界面活性图图2 0.15%烷基苯时不同NaOH浓度生物复合体系界面活性图

由图1及图2可以看出，当NaOH浓度在0.6%～1.2%时，三元体系中加入4%～10%生物表活剂，油水界面张力可达到超低范围要求(<1.0×10[-2]mN/m)。由此确定了生物表活剂在复合体系中的最佳浓度范围。

2.1.2 低NaOH浓度条件下加入生物表活剂可拓宽界面活性范围

依据强碱烷基苯磺酸盐界面活性图范围，配制NaOH浓度为0.4%～1.0%，烷基苯表活剂有效浓度为0.05%～0.2%的三元体系，加入5%生物表活剂，检测体系界面张力变化，确定生物表活剂在复合体系中的积极作用。同时对比相同碱和烷基苯表活剂条件下，不含生物表活剂的三元体系界面张力变化。

对比图3、图4可以看出， NaOH浓度低于0.6%范围内，烷基苯三元体系达不到超低界面张力要求。相同碱和烷基苯表活剂浓度条件下，加入5%的生物表活剂后，复合体系可进一步降低油水界面张力，使界面活性范围变宽。

图3烷基苯三元体系界面活性图图4加入5%生物表活剂复合体系界面活性图

脂肽生物表面活性剂可进一步降低油水界面张力，主要原因一是生物表面活性剂平均分子量在1000左右，与原油的重组分接近，在体系中对原油的重组分有较好的亲和性，可起到降低油水界面张力的作用[4]；二是脂肽的亲水性体现在亲水氨基酸的羧基上，在碱性条件下属于阴离子表面活性剂，和烷基苯表活剂之间产生协同作用，脂肽分子与烷基苯表活剂分子在表面或界面上分子排列互相补充，增大了单位表/界面积上的活性基团密度，进而提高了表/界面活性。因此生物表面活性剂作为辅助剂，对复合体系进一步降低油水界面张力的作用具有数倍提高。

根据生物复合体系界面活性范围，初步选定生物复合体系主要配方为：

1)1400mg/L聚合物+0.8%NaOH+0.15%烷基苯+10%生物表活剂

2)1400mg/L聚合物+0.8%NaOH +0.15%烷基苯+5%生物表活剂

开展体系界面张力稳定性、乳化、吸附等性能评价。生物复合体系配方与常规烷基苯三元体系配方(1800mg/L聚合物+1.2%NaOH +0.3%烷基苯表活剂)相比，烷基苯表活剂浓度降低50%，强碱浓度降低30%以上。

2.1.3 生物复合体系界面张力稳定性检测

烷基苯三元体系与生物复合体系放置不同时间的界面张力变化，实验结果见图5中曲线。生物复合体系界面张力稳定性好于烷基苯三元体系。烷基苯三元体系放置60天时达不到超低界面张力要求。而生物复合体系界面张力稳定性较好，放置90天，仍可以达到超低界面张力，且数值低于初期界面张力，仅为1×10-3mN/m。

图5 生物复合体系与烷基苯三元体系界面张力稳定性曲线

2.2 生物表活剂复合体系乳化性能

不同浓度复合体系油水乳化液析水率数据表明，在较低的碱和烷基苯表活剂浓度条件下，生物复合体系乳化能力优于单独烷基苯三元体系，但放置24小时后，油水完全分离，说明形成的乳化液较易破乳，有利于采出液油水分离处理。

表1 生物复合体系与烷基苯三元体系乳化性能对比

2.3 生物表活剂复合体系抗吸附性能

测定多次吸附后，生物复合体系与烷基苯三元体系界面张力变化情况，实验结果见曲线。检测数据表明，三元体系中加入生物表活剂后，抗吸附性能增强，吸附六次以上，仍可达到超低界面张力要求。

图6 生物复合体系与烷基苯三元体系抗吸附性能对比曲线

2.4 生物复合体系岩心驱油效果评价

应用联合站脱水原油、现场污水，人造均质岩心，参考优选后的生物复合体系配方，开展室内岩心驱油实验。

注入方案：岩心饱和油后水驱至含水98%以上，注入聚合物前置段塞0.075PV(40 mPa.s)，再分别注入复合体系主段塞0.35PV，注入三元副段塞0.1PV和聚合物保护段塞0.2PV(30mPa.s)，后续水驱至含水98%以上。主段塞体系配方为1400mg/L聚合物 +0.8%NaOH+0.1%烷基苯表活剂+5%生物表活剂。

岩心驱油实验表明，生物复合体系可在水驱后进一步提高采收率22个百分点以上，具有较好的驱油效果，与常规三元体系提高采收率效果相当。

3 结语

烷基苯三元体系中加入4%～10%的脂肽类生物表活剂，可进一步拓宽油水界面活性范围。生物复合体系界面张力稳定性较好，乳化及抗吸附能力均优于烷基苯三元体系。优选后的生物复合体系配方，降低烷基苯表活剂用量50%，降低强碱用量30%以上。可在水驱基础上进一步提高采收率22个百分点以上，具有较好的应用前景。

[参考文献]

[1] 伍晓林，陈坚，伦世仪.生物表面活性剂在提高原油采收率方面的应用[J].生物学杂质，2000，17(6):25-28.

[2] 石梅，孙凤荣，侯兆伟，等.生物表面活性剂在油田中的应用[J].日用化学品科学，2000,23(1):176-179.

[3] 王颖.生物技术与化学驱结合提高石油采收率研究[J].生物技术，2009，19(3):80-84.

[4] 张鹏龙，于厚鑫，张景超，等.生物与化学表面活性剂复配体系的研究[J].精细与专用化学品，2005，13(6):16-19.