新型分散剂提高采收率
王少华1，2，宋宏志1，2，汪成2，龚页境2，李毓2，张殿印2，毛琦2，丁亚慧3，陈丹丰3
（1.海洋石油高效开发国家重点实验室，北京 100028；2.中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津 300459；东北石油大学 石油工程学院，大庆163318）
近年来，伴随我国海上稠油开采量的增加，开采难度逐年提高。为了满足海上油田普通稠油油藏开采的实际需求[1]，基于物理化学和油藏工程等理论分析，对测试油样开展了微界面Y分散剂溶液药剂筛选，性能评价和浓度优化，借助岩心驱替等评价方法，进行了Y分散剂溶液驱油效率和驱油效果物理模拟研究，通过稠油降黏效果测定、乳化性能、界面张力和模拟驱油实验物理模拟四种实验方法进行研究。结果表明：（1）当“油:水”比低于7:3和药剂浓度高于1000mg/L时，乳状液黏度值较低，降黏率可以达到80%。（2）Y分散体系可以与原油混合并成为其中的成分，改变原油原有的结构，随着乳化次数的增加原油分散程度增加油滴粒径减小，形成更小的水包油状小油滴，易于脱水。（3）“注药剂+水驱”与空白水驱对照，前者较后者可以大幅度提高采收率。（4）原油黏度对水驱或调驱增油降水效果存在较大影响。随原油黏度增加，水驱或调驱增油降水效果变差。
关键词:分散剂;降粘；吸附能力；提高洗油效率
New dispersers to enhance oil recovery
Wang Shaohua 1,2, Song Hongzhi 1,2, Wang Cheng 2, Gong Yijing 2, Li Yu 2, Zhang Dianyin 2, MAO Qi 2, Ding Yahui 3, Chen Danfeng 3
(1. State Key Laboratory of Offshore Petroleum Efficient Development, Beijing 100028; 2. Oilfield Production Division of China Oilfield Service Co., Ltd., Tianjin 300459; School of Petroleum Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318)
In recent years, with the increase of offshore heavy oil mining in China, the difficulty of mining has increased year by year. In order to meet the actual demand of ordinary heavy oil reservoir exploitation in offshore oilfield [1], based on the physical chemistry and reservoir engineering theory analysis, to test the liquid interface Y dispersion solution screening, performance evaluation and concentration optimization, with core for the evaluation method, Y dispersion solution flooding efficiency and oil effect of physical simulation study, through the thick oil viscosity effect, emulsification performance, interface tension and simulation experiment four experimental methods are studied. The results show that: (1) when the "oil: water" ratio is lower than 7:3 and the agent concentration is higher than 1000 mg/L, the viscosity value of emulsion is low, and the viscosity reduction rate can reach 80%.(2) Y dispersion system can be mixed with crude oil and become a component, changing the original structure of crude oil. With the increase of emulsification times, the degree of oil dispersion increases and the particle size of oil drops decreases, forming smaller water-coated oil droplets, which is easy to dehydration.(3) "injection + water flooding" and blank water flooding, the former can greatly improve the oil recovery compared with the latter.(4) Crude oil viscosity has a great influence on the effect of water flooding or oil increasing precipitation. With the increase of crude oil viscosity, the effect of water flooding or displacement and precipitation becomes worse.
Key words: dispersant; viscosity reduction; adsorption capacity; improve oil washing efficiency
引言
近年来，海上稠油油藏开发，为国民经济、工业、科技等发展起到了重要的作用，据调查发现，海上稠油油藏储量约占总储量的60%，对海上稠油油藏进行提高采收率研究具有最大的意义[4]。
近年来，伴随我国稠油开采量的增加，开采难度逐年提高，由于岩石基体润湿性差，流体之间的界面张力强，因此，要想提高采油效率，对其高效的利用剩余油，非常重要，稠油胶质沥青质等大分子物质含量高，导致表观粘度大，流动性能差，不易于采出，同样为运输带来了难题，笔者根据上述问题，采用“表活剂+分散剂”复配的方式，改变原油与地层间的界面张力，提高洗油效率进而达到提高采收率的目的[ 5,6]。其中物理方法降黏（例如加热、掺稀）相比于化学方法降黏（例如水热催化裂解、加降黏剂、微生物降黏），经济成本高、能耗大，稠油损失量较多，且相关机理研究不成熟，对于大范围使用并不适用；而水热催化裂解降黏、微生物降黏对于相关催化剂、微生物的选择较为困难，操作也更为复杂，应用范围相对较小[7]。
前期研究表明，当下驱油研究的热点就是分散剂降黏，其中最有前途的高效分散体系，例如两亲聚合物活化剂，既能降低原油黏度，又能增加水相黏度,可大幅改善水/油流度比[8-9]，因此强乳化作用对于稠油油藏的开采，因根据实际采收率等数作评估，为此本实验采用岩心驱油，结合各种模拟方法，并控制油水比，和原油黏度的基础上，在对比多组含油饱和度的驱替试验后，得出高效分散体系在复合驱替实验中对提高采收率有显著增益。
1实验部分
1.1试剂及仪器
Y分散剂溶液（AR江苏海安石油化工厂），有效含量为99%。
稠油油样为某海上油田油样，油藏温度为70℃
DV-II型博勒飞布氏粘度计(深圳市力达信仪器有限公司)；84-1型多头磁力搅拌器(上海梅香仪器有限公司)；84-1型多头磁力搅拌器(上海梅香仪器有限公司)ISM-ZS50体式显微镜（日本奥林巴斯有限公司）；高温界面张力仪；ISM-ZS50体式显微镜。
1.2实验方法
1.2.1稠油降粘效果测定
（1）将海上某油田油样进行脱水处理，去除原油中的水分，备用。
（2）将（1）中处理过的原油放入73℃（地层温度）恒温箱中，盖本项目防止轻烃蒸发。
（3）首先将（2）中预热好的原油，进行黏度检测，打开DV-II型博勒飞布氏粘度计，打开水浴加热至73℃，测其黏度。
（4）将（2）中预热好的原油与73℃Y分散降粘体系1:1混合放置于73℃水浴锅中搅拌，转述600r/min，搅拌2h。
（5）将（4）中搅拌好的“原油+Y分散降粘体系”加入到黏度计中，根据观察先选择量程大的转子，30r/min，测其黏度大概范围。
（6）根据（5）中测试，选取合适的转子与转速，准确测量，重复测量3次，取其平均值，并记录。
1.2.2乳化性能
（1）首先将1.2.1-（1）中脱水原油与Y分散降粘体系加热至73℃。
（2）原油与Y分散降粘体系按1:1混合，并将其放入乳化机中乳化10min。
（3）去（2）中适量乳化好的油水混合乳状液放入到比色管中，放入73℃恒温箱中，前1h每隔5min观察一次分水情况，1-2h每隔20min观察一次，以后每隔1h观察一次，并记录，判断Y分散降粘体系形成乳状液的稳定性。
（4）将（3）中乳状液放置油水分离达到80%以上，滤出水分，再加入新配置的Y分散降粘体系进行二次乳化，重复（3）中操作3次，利用电子显微镜观察每次乳化油滴的微观变化。
1.2.3界面张力
（1）首先配置模拟目标地层地层水，备用。
（2）用（1）中模拟水与Y分散降粘体系制备不同浓度的溶液，在磁力搅拌器上搅拌均匀。
（3）将配制好的矿化度溶液与原油加入到界面张力仪中，升温到73 ℃（地层温度），转速为7000 r·min-1测定界面张力。
1.2.4模拟驱油实验物理模拟
（1）首先选取符合规定的岩心（45 mm×45 mm×300 mm长条岩心）。
（2）对岩心进行渗透率测定，选择渗透率1000×10-3 μm2-2000×10-3 μm2。
（3）依据实验方案温度饱和由。
（4）最后根据实验方案开展驱油实验。
2结果与讨论
2.1稠油降黏效果测定
如图2-1所示，为降粘率与药剂浓度的关系图。
图2-1降黏率与药剂浓度关系
Figure 2-1 Relationship between viscosity reduction rate and agent concentration
由图2-1可以看出，从整体来看，随着药剂浓度的增加降粘率也随之增加，说明药剂浓度越高降粘效果越好，随着原油占比的不断增加，在相同药剂浓度的条件下，降粘率呈下降趋势，尤其是油：水从5:5增加为6:4在药剂浓度为400mg/L时，出现了降粘率出现了较大幅的跳跃，可见含水低于总占比的一半，在低药剂浓度条件下，不利于药剂与原油的混合，药剂很难进入到原油中，但随着药剂浓度的不断增加，这一趋势逐渐体系的不明显，即高浓度药剂可以促进原油性能改变。
2.2稠油乳化特征
（a） （b） （c） （d）
（一次乳化） （二次乳化） （三次乳化） （四次乳化）
Figure 2-2 Microstructure of the emulsion (35 x magnification)
从图2-2可以看出，一次乳化（图2-2（a））时，乳状液油滴较大，呈片状分布，乳化效果很差；二次乳化（图2-2（b））时，乳状液油滴变小，但大小分布不均匀，乳化效果较差；三次乳化（图2-2（c））时，乳状液油滴进一步变小，其大小略显均匀，乳化效果较好；四次乳化（图2-2（d））时，乳状液油滴很小，大小分布均匀，乳化效果很好。
随着乳化次数的增加，乳状液微观下油滴由整片分散成粒径较小且大小均匀的小油滴，可见Y分散降粘体系具有很好的分散作用，更利于形成水包油状乳状液，利于油水分离，且乳状液稳定性也较好。
2.3界面张力
图2-3乳化次数与界面张力的关系
Figure 2-3 Relationship between emulsification times and interfacial tension
随着乳化次数的增加，新鲜原油与上一次乳化分离出的药剂再次进行乳化，界面张力呈上升趋势，即Y分散降粘体系中的有效成分部分与原油结合，并成为其中的组分，改变原油的成分，进而改变其性能，随着乳化次数的增加，每次原油吸附药剂中的成分也有差别，第二次吸附量较其他几次较多，由2.2-（b）图既可以看出，与一次乳化有较明显差别，与第三次乳化差别较小，即Y分散降粘体系可以有效的降低原油与流体间的界面张力，改变地层对原油的作用力，进而达到提高采收率的目的。
2.4模拟驱油实验物理模拟
方案一：水驱至含水率为98%
方案二：水驱至含水率为90%+0.05PV 堵水剂+0.05PV Y分散剂溶液（0.1mL/min，Cs=800mg/L）+后续水区到含水98%。
方案三：水驱至含水率为90%+0.05PV 堵水剂+0.05PV Y分散剂溶液（0.3mL/min，Cs=800mg/L）+后续水区到含水98%。
方案四：水驱至含水率为90%+0.05PV 堵水剂+0.05PV Y分散剂溶液（0.5mL/min，Cs=800mg/L）+后续水区到含水98%。
方案五：水驱至含水率为90%+0.05PV 堵水剂+0.05PV Y分散剂溶液（0.1MPa，Cs=800mg/L）+后续水区到含水98%。
方案六：水驱至含水率为90%+0.05PV 堵水剂+0.05PV Y分散剂溶液（0.3MPa，Cs=800mg/L）+后续水区到含水98%。
方案七：水驱至含水率为90%+0.05PV 堵水剂+0.05PV Y分散剂溶液（0.5MPa，Cs=800mg/L）+后续水区到含水98%。
方案八：水驱至含水率为90%+0.05PV 堵水剂+0.05PV Y分散剂溶液（Cs=800mg/L，恒速注入）+后续水驱到含水98%。
①水罐；②平流泵；③压力表；④蒸汽发生器；⑤恒温箱；⑥容器罐；⑦岩心夹持器；⑧压力传感器；⑨回压装置；⑩接液装置
①water pot；②The advection pump；③pressure gage；④steam raising unit；⑤thermostat；⑥Container can；⑦core holding unit ；⑧pressure pickup ；⑨Repressing device；
⑩Fluid connection device
图2-4 实验设备及流程示意图
Figure 2-4 Schematic diagram of the experimental equipment and the process
表2-4 采收率实验数据
Table 2-4 Oil recovery experimental data
参数 方案编号 | 含油饱和度 （%） | 采收率（%） | ||
水驱（90%） | 最终 | 增幅 | ||
方案一 | 75.4 | 22.5 | 32.4 | -- |
方案二 | 75.6 | 22.7 | 42.0 | 9.6 |
方案三 | 74.7 | 22.4 | 45.2 | 12.8 |
方案四 | 75.0 | 21.5 | 47.2 | 14.8 |
方案五 | 75.6 | 21.9 | 40.9 | 8.5 |
方案六 | 76.1 | 22.4 | 43.5 | 11.1 |
方案七 | 75.2 | 22.4 | 41.4 | 9.0 |
方案八 | 79.1 | 16.3 | 23.5 | 1.9 |
从表2-4可以看出，采出端岩心采取堵水或Y分散体系吞吐措施都能大幅度提高采收率。“方案二 ~方案四”增油结果对比看出，随Y分散体系注入随着速度增加，采收率增幅逐渐提高。分析机理显示，随着注入速度逐渐增加，注入压力不断升高如图2-5，模拟地层渗透率低压差增大，吸液量增多，从而提高了Y分散体系波及体积和洗油效率如图2-7。
图2-5 注入压力与PV数关系
通过对比“方案五 ~方案七”实验数据发现，随实验注入压力值不断增加，采收率增长幅度呈现“先上升后下降”趋势如图2-7。分析机理表明，通过恒压实验随着注入压力不断升高，波及面积逐渐扩大，注入压力一旦过高，导致注入速度过快如图2-5，Y分散剂溶液在岩心内停留和作用时间减短，乳化效果变差，最终驱油效果变差。
图2-6 含水率与PV数关系
图2-7 采收率与PV数关系
Y分散剂溶液在岩心内停留和作用时间减短，乳化性能变差，最终导致驱油效果变差。注入压力过高还会导致Y分散体系溶液加快通过中低渗透层并回流至高渗层，导致出现窜流现象，不利于乳化降黏和开采中低渗透层剩余油。通过对比恒压实验与很速实验数据，表明，恒速实验采收率值要高于恒压实验的值，这与Y分散剂溶液发生回流和乳化效果降低有关。
结论
（1）当“油:水”比低于7:3和药剂浓度高于1000mg/L时，乳状液黏度值较低，降黏率可以达到80%。
（2）Y分散剂溶液抗吸附能力较强，吸附次数大于两次，界面张力明显上升，Y分散降粘体系可以有效的降低原油与流体间的界面张力，改变地层对原油的作用力，进而达到提高采收率的目的。
（3）“注药剂+水驱”与空白水驱对照，前者较后者可以大幅度提高采收率。
（4）原油黏度对水驱或调驱增油降水效果存在较大影响。随原油黏度增加，水驱或调驱增油降水性能变差。
参考文献
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