稠油碱驱机理的物理模拟和数值模拟

通过物理模拟实验和数值模拟方法研究了碱驱提高稠油采收率的驱替机理。首先通过实验测定了碱和稠油的界面张力,然后通过填砂管驱油实验评价了驱油效果,最后对室内物理模拟实验结果进行了数值模拟和历史拟合。研究结果表明,稠油碱驱过程中随着碱浓度的升高,原油采收率和压力降都随之升高。压力降的升高主要由于生成了油包水乳状液,增加了水流通道中水相的流动阻力,导致注入水流向未波及的区域,从而提高了稠油采收率。对稠油碱驱数值模拟时考虑了界面张力的降低、化学剂的吸附和油包水乳状液的形成。结果表明,模拟值和实验值拟合得较好。

碱驱过程中硅酸盐垢的形成机理,影响因素及解决途径

阐述了碱驱过程中硅酸盐结垢岩石溶解模型、离子交换模型、通道渗透模型、沉积成垢模型的“四模成垢”机理, 以及在结垢过程流体状态、温度、离子浓度、岩石组分等因素对其的影响,同时探讨了解决途径——包括对不同地层条件碱的选择、防垢剂的筛选及其它辅助控制途径。

聚合物/碱驱采出液破乳剂研究

以烷基酚 ,甲醛及脂肪醇为原料 ,氢氧化钾为催化剂 ,在 1 1 0～ 1 50℃ ,0 .5MPa条件下与 EO、PO分别合成了 AR和 SP破乳剂。采用瓶试方法其复配物 SH 88破乳剂对聚合物 /碱复合驱采出液脱水率达到80 %。

二元无碱驱油体系研究

三元复合驱技术中大量使用碱剂 ,碱的使用可引起多价离子沉淀、岩石矿物溶蚀等现象。解决上述问题的根本途径是不使用碱剂 ,但不加碱的复合体系必须产生超低界面张力 ,实验结果表明 :二元无碱复合驱油体系的粘度明显高于同等条件下的三元复合体系 ,界面张力达到超低 ,且驱油效率较高。

稠油碱驱提高采收率机理研究

为探讨稠油碱驱提高采收率机理,以55℃黏度为325 mPa·s的胜利油田桩西普通稠油为研究对象,构建了Na_2CO_3与NaOH质量比为1:1的复配碱体系(简称复合碱),并利用玻璃刻蚀微观模型研究了此类体系的驱油过程和效果。试验表明,油包水乳状液只是碱驱过程中出现的一种表观现象,它的形成要归结于碱剂自发向原油中渗入;复合碱浓度越高,碱液渗入能力越强,波及系数越大。

稠油碱驱中液滴流提高采收率机理

利用微观可视化实验和岩心驱替实验,研究了碱驱提高稠油采收率的驱油机理。微观实验结果表明,在稠油碱驱过程中,碱液能够渗入原油中,形成外面包含一层油膜的"水柱"和"小水滴",出现液滴流现象。依靠液滴流的高黏度和产生的贾敏效应,可以有效抑制驱替液的指进,从而增大了波及系数,且随着碱浓度的上升,液滴流现象越明显,波及系数就越大。岩心驱替实验结果表明,随着碱浓度增加,采收率增值和压力降均上升,这与微观实验得出波及系数随碱浓度的上升而增大规律相吻合。因此,碱驱液滴流增大波及系数是提高稠油采收率的主要作用机理。

碱驱机理及其影响因素

本文详细阐述了碱驱的作用机理,分别从降低界面张力、乳化、改变岩石润湿性、自发乳化与聚并、增溶刚性膜五个方面分析碱驱。以及从PH、油藏温度、矿化度等几个方面分析碱驱的影响因数。

碱驱

碱驱是为提高采收率而改进的水驱方法，靠在注入水中加入氢氧化钠，硅酸钠来改变PH值，适应提高采收率的需要。其它的化学物质如碳酸钠、氢氧化钡、磷酸三钠、聚乙炮亚铵及氨＜NH3＞也可应用。有些这样的应用已得到实践的证明。碱驱虽较其它化学驱简单，但复杂的是，碱驱应用前需仔细选择适合的油田和进行细致周密的实验。在碱驱中涉及的四个基本机理如下。

20#碳钢在无碱复合驱模拟采出液中腐蚀行为研究

无碱复合驱(复合盐、聚合物、表面活性剂)是一种新型改进驱油技术,能够有效降低成本,提高采收率及降低管线结垢。但是,随着集输系统采出液中化学剂浓度逐渐升高,目前,在用的无内防腐20#碳钢材质的集输管道在未来采出液中的适应性还不明确。为摸清20#碳钢材质在采出液中的腐蚀情况,依据大庆油田某区块产能建设工程所提供的无碱复合驱三元上返采出液浓度预测,通过室内模拟现场集输系统工况环境,利用动态腐蚀模拟试验和电化学试验,确定20#碳钢在无碱复合驱模拟采出液中的腐蚀行为。试验结果表明:20#碳钢试片在配制最高浓度模拟液中的腐蚀速率较大,腐蚀等级为中度。目前,区块采出液和回掺水中的腐蚀等级为低度,试片表面在模拟液中出现了明显的钝化现象,但Cl^(-)能够很快穿透钝化膜导致钝化时间较短,加速了腐蚀电极反应。考虑到未来集输管道中采出液里存在的大量Cl^(-),使电化学反应过程变得更加复杂,将导致管道内腐蚀情况加剧,因此,建议集输管道采取合适的内防腐措施。

碱水驱油中界面张力的影响因素

用旋转滴法研究了离子强度、pH值、阴离子和原油组分对碱水/原油界面张力最低值和平衡值的影响,考察了原油在长期老化后界面性质的变化。研究结果表明,碱液离子强度和pH值只有处于最佳组合条件,才能产生最低的界面张力,阴离子对界面张力的影响不大,原油经老化后与碱液间的界面张力降低。

低碱ASP三元复合驱技术的适用界限分析

针对大庆油田三元复合驱的油层条件 ,利用渗透率变异系数为 0 .72的三层非均质模型进行了驱油物理模拟实验 ,系统地研究了碱及聚合物浓度对ASP驱采收率的影响 ,并利用加隔层模型和合注分采方式 ,研究了碱浓度对启动中、低渗透层的影响。结果表明 ,低碱ASP驱在提高体系粘度的同时也造成界面张力升高 ,因而有其适用界限。在给定的非均质油层条件下 ,ASP驱存在一个临界粘度 ,只有达到临界粘度后 ,采收率才随界面张力的降低而升高 ,即界面张力发挥作用的前提是充分扩大波及体积。若为追求高粘度而过于降低碱量或取消碱 ,也会因洗油效率下降而影响采收率。低碱ASP驱可以保证体系足够的粘度 ,更有效地启动中、低渗透层 ,即使界面张力仅达到1 0 - 2 mN/m 。

无碱二元复合驱油体系室内实验研究

根据实验筛选了适合无碱二元复合驱油体系的最佳表面活性剂和聚合物,并在70℃下对该体系的性能进行了评价。结果表明,聚合物浓度为1 200mg/L、表面活性剂浓度为1 500mg/L形成的二元复合驱油体系,油水界面张力可达到0.002 17mN/m,粘度可达到16.8mPa·s;该体系具有一定的耐温性和耐盐性,适合在70℃、矿化度5 000～15 000mg/L的油藏使用;物模驱油实验结果表明,水驱后注无碱二元复合驱油体系可提高采收率32.17%。

低碱三元复合驱油实验研究

针对三元复合驱体系在表面活性剂浓度一定的情况下,碱和聚合物浓度变化对体系粘度、界面张力有一定的影响,根据驱油效率实验,优选出三元复合驱体系中碱的最佳浓度范围。结果表明,就该实验所采用的三元复合体系,在考虑超低界面张力的同时,必须考虑体系的粘度,其超低界面张力并不是提高原油采收率的必要条件。

无碱二元驱提高原油采收率技术在辽河油田的应用

针对辽河油田区块的油藏条件,在室内进行了无碱表面活性剂/聚合物复合二元驱提高原油采收率的研究。对聚合物(P)进行了基本参数的检测,确保聚合物达到驱油聚合物的行业标准;对3种表面活性剂YD,J16,BH进行了筛选,优选出对该地层原油具有最佳降低界面张力效果的表面活性剂YD;将筛选出的表面活性剂与聚合物复配组成二元体系,并得出最佳配方:0.16%P+0.15%YD。筛选出的二元体系可以使油水界面张力降至<10-3mN/m,并具有长期稳定性,采用无碱二元驱可以大幅提高原油采收率,增幅>10%。

碱驱对原油采收率的影响

在填砂模型上研究了三种类型的碱对沙特河拉伯萨法尼亚原油采收率的影响。使用的三种碱为NaOH、KOH和Na3PO4·12H2O。还研究了碱在各糖溶液中的影响。聚合物浓度为1000ppm。测定了碱溶液的三个物理性质，即：pH值、粘度和界面张力。结果表明使用NaOH溶液可取得最高的原油采收率，这是由于pH值高和油、水相之间界面张力低的原因。在将碱溶液的驱替效果与聚合物溶液中加碱的驱替效果进行比较后发现，通过聚合物溶液中加碱进行驱油，可获得萨法尼亚原油的最高采收率。

无碱二元驱提高波及因数和驱油效率对采收率贡献研究

无碱二元复合驱是今后化学驱发展的主要方向。为认清二元驱提高采收率机理,通过室内三维物理模拟试验,研究了无碱二元驱过程中非均质油藏波及因数与驱油效率的变化特征,并量化其对提高采收率的贡献程度。试验结果表明,中渗透层提高采收率幅度最高,低渗透层次之,高渗透层最低;饱和度场变化分析,二元驱高渗透层以提高驱油效率为主,低渗透层以提高波及因数为主,中渗透层以提高波及因数和驱油效率共同作用,初步得出驱油效率对最终提高采收率的贡献率为40%,扩大波及因数的贡献率为60%,可有效指导二元驱配方组合设计思路。

污水配制活性碱/聚二元复合驱体系实验研究

在碱/聚合物二元复合驱现场试验过程中,碱与配制用污水或地层水出现不匹配的问题,造成地面管线大量结垢及驱油体系性能大幅度下降。为解决这一问题,以大港羊三木油田三断块馆Ⅱ上油组油藏为依托,开展了污水配制碱/聚二元复合驱体系评价实验研究。选用污水匹配的活性碱(多元复合碱)及碳酸钠进行对比试验,在羊三木油田污水条件下,活性碱与污水的匹配性较好,比碳酸钠溶液的油水界面张力低2个数量级,达到10-3mN/m,抗钙镁能力达到500mg/L,并且与原油的乳化性强;二元复合驱体系对五种聚合物与碱进行了配伍性实验,其中污水聚合物HTPW-111与碱的匹配性好。研究表明,污水配制的活性碱/聚二元复合驱体系保持了聚合物驱的增黏性和降低油水界面张力的特性。

稠油油藏污水活性碱/聚二元复合驱室内试验研究

羊三木油田碱/聚驱先导试验存在现场污水配制碱/聚二元复合驱体系时出现结垢堵塞地面管线、聚合物严重降解等问题,为此开展了污水配制新型碱/聚合物二元复合驱体系研究。采用抗钙镁结垢能力强、降低界面张力幅度大的活性碱与污水聚合物匹配,分析在污水配制条件下,不同碱型与聚合物匹配的驱油能力,以及在原油黏度高达530mPa·s时能否继续开展二元复合驱的问题。研究结果表明:原油黏度为530mPa·s,污水配制活性碱/聚合物二元复合体系溶液黏度为45mPa·s时,油水界面张力达到10-3数量级,活性碱/聚合物二元复合驱比纯水驱提高采收率17%以上;在原油黏度确定及油水界面张力已降至超低值时,超过碱/聚二元体系溶液浓度技术临界点后,即使继续增加溶液黏度,采收率也不会大幅度增加。该研究为普通稠油油藏注水开发后期化学驱提高采收率提供了新型有效的技术手段。

碱/聚合物复合驱体系粘度影响因素分析

以聚合物HTP和活性碱NPS复配,制得碱/聚合物复合驱体系,考察了溶解氧、金属离子、H2S、剪切作用和温度对碱/聚合物复合驱体系粘度的影响。结果表明,空气中氧含量足以导致复合驱体系丧失流度控制能力;金属离子对其体系粘度具有很大影响;H2S对体系粘度伤害严重,但H2S吸收剂AS几乎可完全消除其影响;复合驱体系对剪切作用敏感;温度升高,复合驱体系粘度下降。本研究可为增强碱/聚合物复合驱体系的粘度稳定性提供依据。