专利名称：三元复合驱配方优选及降低化学剂用量的方法
技术领域：
本发明涉及一种油田采用的三元复合驱采油技术，具体地说涉及三元复合驱配方优选及降低化学度剂用量的方法。
背景技术：
油田的石油开采继聚合物驱后，三元复合驱正在成为今后三次采油主要技术之一。三元复合驱是由碱、表面活性剂以及聚合物按一定配比制成而成，简称ASP。从已经使用三元复合驱的油田矿场的结果来看，采收率比水驱提高二十几个百分点，其经济和社会效益都相当可观。然而，在这些矿场也同时发现，由于采用高浓度强碱，已使有的矿场不同程度出现了伤害地层、损坏注入设备、堵塞泵体等副作用，同时由于目前使用的聚合物抗碱耐盐能力较差，也使ASP矿场中聚合物用量达到2000mg/L，再加上几个矿场所使用的表面活性剂多为进口，这就使得ASP驱中化学驱的投资太大，也导致了不太合理的投入产出比。因此，为了进一步提高三次采油整体经济效益，减少ASP化学试剂投资成本，降低化学剂用量是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于油田三次采油的三元复合驱配方，该方法可以降低化学剂、强碱以及总碱的用量。
为实现上述目的，本发明采用三元复驱加上后续保护塞段，三元复合驱的配方为由生物表面活性剂-复配碱-缔合聚合物三元复合驱加上后续保护塞段组成，其中三元复合驱的配方为(烷基芳基磺酸盐+生物表面活性剂)+NaOH∶NaSiO3+西南石油学院生产的NAPS缔合聚合物，其配方中，(烷基芳基磺酸盐+生物表面活性剂)∶复合碱∶缔合聚合物＝0.1～0.6wt％∶0.6～1.5wt％∶0.03～0.1wt％；其中烷基芳基磺酸盐(TD)与生物表面活性剂(RH)的比例为1∶1～5；其中NaOH∶NaSiO3的比例为1∶1～6；上述三元复合驱的岩石孔隙体积∶注入液体积＝100∶30，(0.3PV)；后续保护塞段采用NAPS缔合聚合物，浓度为800mg/L，岩心孔隙体积∶注入液体积＝100∶20，(0.2PV)。
所述生物表面活性剂为植物羧酸盐。
下面结合附图对本发明作详细的描述。
图1为活性剂浓度对界面张力的影响；图2为碱浓度对界面张力的影响；图3为复配表面活性剂界面张力曲线；图4为复配表面活性剂界面张力曲线；图5为复配后碱浓度界面张力曲线；图6为复配表面活性剂浓度界面张力曲线；图7为复配表面活性剂含盐量图；图8为复配表面活性剂界面活性图；图9为不同无机碱对复合体系界面张力影响；图10为各种复合碱对油水界面张力的影响；图11为碱对界面张力的影响；图12为界面活性图；图13为三厂污水配制聚合物粘浓曲线；图14为三厂污水配制的NaOH浓度为1.0wt％聚合物粘浓曲线；图15为三厂清水配制助剂厂产1400万聚合物在单独的NQ及复配碱时的粘浓曲线；图16为三厂清水配制北京朝阳化工厂产1700万聚合物粘浓曲线；图17为三厂污水配制北京朝阳化工厂产1700万聚合物粘浓曲线；图18为三厂清水配制北京朝阳化工厂产2000万聚合物粘浓曲线；
图19为三厂污水配制北京朝阳化工厂产2000万聚合物粘浓曲线；图20为非均质岩心采收率与活性剂浓度的关系曲线(M＝0.5，注入量0.45PV)；图21为非均质岩心采收率与活性剂浓度的关系曲线(M＝0.5，注入量0.3PV)；图22为均质岩心采收率与活性剂浓度的关系曲线(M＝0.5，注入量0.45PV)；图23为均质岩心采收率与活性剂浓度的关系曲线(M＝0.5，注入量0.3PV)；图24为非均质岩心采收率与活性剂浓度的关系曲线(M＝0.2，注入量0.45PV)；图25为非均质岩心采收率与活性剂浓度的关系曲线(M＝0.2，注入量0.3PV)；图26为非均质岩心采收率与活性剂浓度的关系曲线(注入量0.45PV)；图27为非均质岩心采收率与活性剂浓度的关系曲线(注入量0.3PV)；图28为均质模型上采收率与流度比的关系曲线；图29为均质模型上采收率与流度比的关系曲线。
具体实施例方式
本发明对不同的条件作了对比试验，从这些对比实验所得到的结果可以看出本发明的技术特征和实际效果。
本发明所使用的试验仪器及试验方法分别为1、材料及试剂碱剂NaOH 分析纯Na2CO3分析纯Na3PO4分析纯Na2SiO3工业品(M＝3.3)分析纯NaCl 分析纯活性剂烷基苯磺酸钠烷基芳基磺酸钠(塔底油)生物表面活性剂(鼠李糖脂)石油磺酸盐聚合物1400万 大庆石油管理局生产1700万 北京朝阳化工厂生产2000万 北京朝阳化工厂生产NAPS西南石油学院生产油大庆油田采油四厂试验区井田油、三厂试验区井田油模拟油(10Mpa·s)；水四厂ASP污水站污水、三厂ASP污水站污水、三厂清水；岩心人选岩心(2.5cm×10cm)和(3.6cm×3.6cm×30cm)渗透率0.8-1.3μm2；2、仪器设备Texas500型界面张力仪 美国(德克萨斯大学生产)岩心驱替装置 国产(江苏海安石油仪器厂)Brookfield DV-II布氏粘度计德国(进口)磁力搅拌器AB204-S电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司自动密度计奥地利(进口)3、试验方法根据所配制模拟油的粘度，分别配制不同粘度的三元复合体系，保证驱替时流度比分别为1.0、0.8、0.67、0.5、0.33、0.25、0.2、0.14条件下的模拟驱油时的采收率的关系，在表面活性剂用量对ASP驱油效果影响研究中，分别规定了流度M＝0.5，M＝0.2时，研究的活性剂用量分别为450PV·mg/L，900PV·mg/L，1350PV·mg/L，1800PV·mg/L时的驱油效果影响，在降低化学剂用量中，筛选了单一无机碱，复配碱，驱油剂的优选及复配技术研究，以及新型抗碱型聚合物的筛选，来达到降低其用量的目的。
一、三元复合驱中驱油主剂的降低用量研究目前使用的烷基芳基磺酸盐，由于其本身还没达到高效水平，因此单靠降低其用量是不行的，必须用其它廉价表面活性剂与其复配来达到降低主表面活性剂用量的目的，实现多组份的超加合效应。
1、植物羟酸盐与塔底油活性剂的复配从图1、2看出，由于体系中加入植物羟酸盐可使主剂用量降低30-70％。
2、生物表面活性剂与塔底油活性剂复配如图3、4所示，在所给出的四种复配比例曲线看出，重烷基苯磺酸盐(缩写HAB)∶生物表面活性剂(鼠李糖脂，缩写RH)＝1∶2、1∶1、2∶1、3∶1时，复合体系与北三西原油的IFT都达到了超低值，得出由于加入廉价的RH后，可是HAB用量降低25-65％。图5、6给出了当HAB∶RH＝1∶1时，复合体系比三厂北西三原油的界面性质，得出了复配后的体系与原油的IFT比单独HAB还略好一些。图7也证明了多组份的超加合效应关系，图中HAB＝RH体系的抗盐性比单独HAB抗盐性要好。图8是HAB∶RH＝1∶1时，二维变量的活性图，由图看出复合后体系的超低界面张力区域较宽。向HAB中加入RH后，不但降低了HAB的用量，还可使HAB在油砂上的静吸附量大幅度降低，可由分析得出，加入低浓度RH后，可使HAB最大静吸附量降低20％以上，这样可更好地发挥主剂三元体系的驱替作用。
二、三元复合驱中碱剂的优选及降低用量研究目前的矿场试验及室内筛选中，所用的碱大都为NaOH，近年来在矿场注入中发现，由于NaOH的腐蚀及结垢作用，使部分泵体及管线固体堵塞，影响了正常生产，为了降低强碱的用量，减少负面效应，本发明进行了碱型筛选及复配碱降低用量研究。
图9给出了4种不同碱类的关系曲线，得出了4种单独无机碱体系形成IFT能力的顺序为氢氧化钠(NQ)＞磷酸钠(NL)＞硅酸钠(NG)＞碳酸钠(NT)为了降低强碱的用量，采用了复配碱技术，图10给出了三条不同碱复配比例的IFT关系，由曲线看出NQ与NT的最佳复配比为3∶1；
NQ与NL的最佳复配比为2∶1；NQ与NG的最佳复配比为1∶1。
上述的曲线中的总碱度为1.0wt％，比目前矿场采用的总碱度降低0.2个百分点，同时也使NQ的用量降低了25-50％。
图11给出了NQ∶NG＝1∶1时，复合体系与原油的IFT的性质，说明了在总碱度从0.6-1.2wt％时，复合体系与原油的IFT都在低张力区，尤其总碱度在0.8-1.0wt％时，IFT接近10-4mN/m数量级。
图12给出了NQ∶NG＝1∶1时所做的界面活性图，说明了复配碱的浓度从0.6-1.2wt％超低界面张力区域上所需的活性剂浓度相对较低(＜0.25wt％)。
依据复合驱中碱驱的作用机理，得出了要想使碱在复合驱中更好的发挥作用，要求复合体系既要有较高的pH值，又要有较高的离子强度。为此，本发明测量了几种碱体系的pH变化的情况。见表1。
表1
由上表看出，单独的NG的pH值都在10.55下，单纯的NQ的pH值都在12以上，而NQ与NG的几种比例复配后的pH值都大于12，因此从pH的数值来看，复配碱完全可以替代单一碱。
三、三元复合驱中聚合物优选及降低用量研究聚合物是目前三元复合驱中价格最贵，用量较大的产品，降低聚合物的用量已迫在眉睫。本发明提供的提高聚合物溶液的粘度、降低聚合物的用量主要有以下途径。
1、不同分子量体系粘浓效应图13表示了分子量不同，相同浓度下，粘度的差异，即分子量越高，体系的粘度越大。当分子量为1400万，聚合物浓度为1200mg/L时，体系的粘度为20mPa·s，而相同浓度的2000万分子量的聚合物的体系粘度则为35mPa·s，提高粘度为75％。如将3种聚合物浓度都配制到1600mg/L时，其聚合物分子量1400万、1700万、2000万的粘度分别为33mPa·s、40mPa·s和59mPa·s，假若配制体系的粘度都为30mPa·s，的话，所需2000万分子量的聚合物浓度为1100mg/L，而1400万分子量聚合物的浓度达到1500mg/L，仅此就可节省聚合物36％。从图14(24)中也可以看出，在强碱的条件下要得到粘度为20mPa·s的体系，2000万分子量的聚合物浓度为1400mg/L，而分子量为1400万的聚合物浓度将达到2000mg/L。
另外，新型缔合抗盐型聚合物NAPS的粘度性能方面大大优于其它聚合物，如浓度为400mg/L时，体系的粘度达到8.1mPa·s，浓度为800mg/L时，体系的粘度达到28.6mPa·s，浓度为1400mg/L时，体系的粘度达90mPa·s。说明新型缔合聚合物有独到的特征，当浓度大于1400mg/L时，用现有仪器已无法测出粘度，证明新型缔合聚合物具有很好应用前景，也是降低聚合物用量最好的方法。通过复配碱测的NAPS粘浓曲线也看出，它比单独的NQ粘浓曲线的粘度还高一些，说明了复配碱的NAPS粘浓曲线更高，通过图14的粘浓曲线对比，同样浓度下，NAPS的粘度比聚丙烯酰胺要高出2-6倍。
2、复配碱条件下，提高聚合物粘度、降低用量研究图15给出了助剂厂产1400万聚合物在单独的NQ及复配碱时的粘浓曲线(三厂清水配制)。在1200mg/L时，体系的粘度是10mPa·s和13.3mPa·s，复配碱的粘度比单一的NQ要提高33％。1600mg/L时，粘度是16mPa·s和19.5mPa·s，也提高了21.9％，2000mg/L时，体系粘度是24.1mPa·s和31.1mPa·s，提高了29.2％。说明复配碱能有效的改善体系的粘度变化。
同样，北京朝阳化工厂生产的1700万和2000万的聚合物在三厂清水和污水配制时，几种碱型的关系也都这样，如图16、17、18、19所示。得出了采用复配碱的体系都比单一无机碱体系粘度平均提高20％以上。
根据以上所述，本发明提出的三元复合驱配方为(烷基芳基磺酸盐+生物表面活性剂)+西南石油学院生产的NAPS缔合聚合物+(NaOH+NaSiO3)。
四、表面活性剂用量对ASP驱油效率的影响实验目的在三元复合驱的注入量为0.3PV、0.45PV条件下，选择活性剂浓度不同的三元复合体系进行实验，根据实验结果筛选出活性剂的最佳用量。
三元复合驱主段塞之后注入0.2PV聚合物保护段塞。注入速度0.3ml/min。
实验方案1、流度比M＝0.5时，在变异系数为0.59的非均质岩心和渗透率为1.200μm2的均质岩心上进行三元复合体系注入量分别为0.45PV和0.3PV的驱油实验，研究活性剂用量分别为450PV·mg/L、900PV·mg/L、1350PV·mg/L、1800PV·mg/L时对驱油效果的影响。
2、流度比M＝0.2时，在变异系数为0.59的非均质岩心上进行三元复合体系注入量分别为0.45PV和0.3PV的驱油实验，研究活性剂用量分别为450PV·mg/L、900PV·mg/L、1350PV·mg/L、1800PV·mg/L时对驱油效果的影响。
3、根据以上实验所得的结果筛选出活性剂的最佳用量，然后进行段塞优化。
实验结果见表2，实验曲线如图20-27所示。
从实验结果可以得出1、无论非均质岩心还是均质岩心，三元复合驱的采收率均随着活性剂用量的增加而增加。不同实验方案的采收率与活性剂用量的关系曲线形状基本上一致。
以流度比为0.5，非均质岩心上三元体系注入量为0.45PV时为例，当活性剂用量由0.45PV·mg/L增加到900PV·mg/L时，采收率由18.3增加到20.9％，采收率增加了2.6个百分点；当活性剂用量提高到1350PV·mg/L时，采收率为23.7％，比450PV·mg/L用量提高了5.4个百分点。
三元体系注入量为0.3PV时，活性剂用量由450PV·mg/L增加到900PV·mg/L时，采收率由18.1％增加到20.5％，采收率增加了2.4个百分点；当活性剂用量提高到1350PV·mg/L时，采收率为23.2％，比450PV·mg/L用量提高了5.1个百分点；而且随着活性剂用量的增加，采收率还将继续增加，但增加幅度变小。
均质岩心上流度比为0.5，非均质岩心上流度比为0.2时，不同注入量情况下所得规律基本是一样的。
2、从图20-27可以明显看出，随着活性剂用量的增加，采收率的增加值却是不一样的，活性剂用量从450PV·mg/L增加到900PV·mg/L时，采收率增值较大；而从900PV·mg/L增加到1350PV·mg/L时，采收率增加幅度最大；之后再增加活性剂用量，采收率的增加幅度变小。所以，将活性剂用量定为1350PV·mg/L为宜。
3、对1350PV·mg/L这一活性剂用量进行了段塞优化，见表3中带*的数据。在活性剂用量相同的情况下，低浓度、大段塞结合时，三元驱采收率比较高。无论非均质岩心还是均质岩心，无论流度比高低，规律都是一样的。
表2活性剂用量实验数据表
以非均质岩心(流度比为0.5)为例，①0.75％-0.18PV组合时，采收率为20.2％；②0.45％-0.3PV组合时，采收率为23.2％；③0.30％-0.45％组合时，采收率为23.7％；④0.15％-0.90PV组合时，采收率为26.3％。可见低浓度、大段塞组合时，采收率增值是很可观的，④比①采收率增加6.1个百分点。而在0.45％-0.3PV和0.30％-0.45PV组合时，采收率相差的幅度并不大，只差0.5个百分点。另外两组实验结果也表现了同样的规律。
虽然低浓度、大段塞的采收率较高，但是由于段塞增大，势必会增加碱和聚合物的用量，也会延长注入时间。由此，从经济和缩短开发时间的角度来看，不应选择低浓度、大段塞这种组合。从表3中的数据看，应将段塞组合选为0.45％-0.3PV为宜。
4、从图26、27可以看出，非均质岩心上的三元复合驱实验，在活性剂用量和注入量均相同时，流度比高(M＝0.5)时曲线的斜率比流度比低(M＝0.2)时的大。这说明在高流度比即体系粘度较低时，活性剂用量的增加对采收率的影响比较明显，此时三元复合驱既要具有良好的流度控制作用，又要发挥超低界面张力驱油的作用，才能有良好的驱油效果；而低流度比即体系粘度较高时，流度控制作用占主导地位，活性剂用量的增加，对采收率增值的影响变弱。
五、不同流度比对ASP驱油效果的影响实验目的在变异系数为0.59的非均质岩心上进行三元复合驱的驱油实验，研究不同粘度流度比对驱油效果的影响。
在渗透率为1.200μm2的均质岩心上进行三元复合驱油实验，研究不同粘度流度比对驱油效果的影响。
以上实验确定的ASP主段塞为0.3PV、聚合物保护段塞为0.2PV，注入速度为0.3ml/min。
实验结果见表3。
表3不同流度比对驱油效果影响的实验数据
图28、29显示了不同流度比条件下，ASP物理模拟与驱油效率的关系，说明不论非均质还是均质岩心，采收率随着流度比的降低而增加。
从以上实验结果可以得出1、无论均质岩心还是非均质岩心，三元复合驱的采收率均随着流度比的降低而逐渐增加。这是因为流度比越低，驱替液的粘度越高，势必会扩大波及体积，从而提高原油采收率。实验方案的采收率与流度比的关系曲线形状基本是一致的，只是变化趋势不一样。
2、在非均质岩心上进行三元复合驱时，流度比从1.0降至0.5时，采收率提高了4.4％；流度比从0.5降至0.33时，采收率提高了2.2％；流度比从0.33降至0.25时，采收率提高了1.2％；流度比从0.25降至0.2时，采收率提高了0.6％；流度比从0.2降至0.14时，采收率提高了0.4％。从中可以看到，虽然驱替液的粘度都是增加一倍，但是采收率的增加幅度却不一样。当流度比降低到0.25以后，采收率的增幅明显减少。因此，应将流度比控制在0.25以上。
3、在均质岩心上进行三元复合驱时，流度比从1.0降至0.5时，采收率提高了4.0％；流度比从0.33降至0.25时，采收率提高了0.8％；流度比从0.2降至0.14时，采收率只增加了0.2％；当流度比降低到0.33时，采收率的增幅明显减小。因此，均质岩心上进行三元复合驱时，流度比应控制0.33以上。
4、在三元复合驱中，如果流度比相同，非均质岩心的采收率明显高于均质岩心。以三元驱为例，当流度比是0.5时，非均质岩心的采收率是20.6％，而均质岩心的采收率只有17.0％，相差3.6％；流度比是0.25时，非均质岩心采收率与均质岩心相差4.1％。
6)、三元复合驱不同配方物理模拟驱油效果对比评价通过配方优选得到了以烷基芳基磺酸盐(塔底油)驱油剂，并进行了3组配方的物理模拟驱替效率评价。第一组物理模拟实验结果见物理模拟表4，从3次岩心物理模拟表看出，ASP采收率比水驱提高的幅度为16-19.27％(OOIP)。
第一组物理模拟所用聚合物为北京朝阳化工厂生产的2000万分子量。
利用TD进行物理模拟的第二组物理模拟实验中，其它条件和第一组一致，只是所用的聚合物是大庆油田化工总厂生产的1400万分子量，实验结果见表5。
第二组物理模拟中ASP中所采用的配方为本发明筛选出来的，其采收率比水驱提高17.93-18.47％，平均提高18.1％。
第三组物理模拟所选用的驱油体系为本发明优选出的配方，其配方及物理模拟结果见表6。
表4 TD-3-6室内岩心驱油实验汇总表
表5 TD活性剂三元室内岩心驱油实验汇总表
表6 TD三元配方室内岩心驱油实验汇总表
第三组模拟中的ASP的采收率水驱提高18.17-19.04％。
通过对以上三组本方的物理模拟结果，在ASP驱替效率基本相同条件下，本发明进行了初步经济评价，得出第一组(表4)配方主段塞的单位价格为TD(0.6wt％)+NaOH(1.2wt％)+聚合物(0.18wt％ 2000万)＝0.6×10000元/T+1.2×2400元/T+0.18×22000元/T＝12840元第二组(表5)配方主塞段的单位价格为TD(0.6wt％)+NaOH(1.2wt％)+聚合物(0.24wt％ 1400万)＝0.6×10000元/T+1.2×2400元/T+0.24×22000元/T＝14160元第三组(表6)TD(0.6wt％)+NaOHNaSiO3(1.0wt％)+NAPS(0.09wt％)＝0.6×10000元/T+1.0×2400元/T+0.09×22000元/T＝10380元通过以上初步经济分析得出，本发明提供的配方效果显著，能产生巨大经济效益和社会效益。如果再加上后续保护段塞用量，可使2个三元复合驱的化学剂投资成本节省25％以上。
权利要求
1.一种三元复合驱配方优选及降低化学剂用量的方法，由生物表面活性剂-复配碱-缔合聚合物三元复合驱加上后续保护塞段组成，其中三元复合驱的配方为(烷基芳基磺酸盐+生物表面活性剂)+NaOH∶NaSiO3+西南石油学院生产的NAPS缔合聚合物，其配方中，(烷基芳基磺酸盐+生物表面活性剂)∶复合碱∶缔合聚合物＝0.1～0.6wt％∶0.6～1.5wt％∶0.03～0.1wt％；其中烷基芳基磺酸盐(TD)与生物表面活性剂(RH)的比例为1∶1～5；其中NaOH∶NaSiO3的比例为1∶1～6；上述三元复合驱的岩石孔隙体积∶注入液体积＝100∶30，(0.3PV)；后续保护塞段采用NAPS缔合聚合物，浓度为800mg/L，岩心孔隙体积∶注入液体积＝100∶20，(0.2PV)。
2.一种权利要求1所述的三元复合驱配方优选及降低化学剂用量的方法，其特征在于，所述生物表面活性剂为植物羧酸盐。
全文摘要
一种三元复合驱配方优选及降低化学剂用量的方法，其中三元复合驱的配方为(烷基芳基磺酸盐+生物表面活性剂)+NaOH∶NaSiO
文档编号E21B43/22GK1428394SQ0114477
公开日2003年7月9日 申请日期2001年12月25日 优先权日2001年12月25日
发明者杨林, 廖广志, 田燕春, 鹿守亮, 于佰林, 杨振宇 申请人:大庆油田有限责任公司