三元聚驱复合体系研究

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

摘 要

碱/表面活性剂/聚合物（ASP）三元复合体系驱油技术是一种发展较晚，但在三次采油中较为成熟的一种技术。该技术的驱油机理是利用三元体系中的碱、表面活性剂和聚合物三种化学剂的协同效应驱油。大庆油田矿场实践表明，三元复合驱可以比水驱提高采收率20%左右。

这种方法展示了令人鼓舞的应用前景，受到了人们的普遍重视，然而三元体系驱油的成本相对较高，如何进一步降低其成本提高效益也是该技术能否大规模应用的关键。本文通过对三元复合体系驱油影响因素的研究力求在降低成本进一步提高采收率方面做出有益工作。通过系统的室内物理模拟实验，较为详细的分析了三元复合驱的主要影响因素，考查了体系的粘度比、主段塞的注入方式及注入速度、体系的界面张力、油层变异系数对体系驱油效果的影响。揭示了影响三元复合体系驱油提高原油采收率的主要因素，为矿场成功应用该技术提供了依据。

关键词： 三元复合体系；粘度比；界面张力；驱油；实验

I

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

Abstract

Alkaline/surfactant/polymer(ASP) flooding system is a lately developed oil displacement technique， but it is a mature technique of tertiary oil recovery. Its displacement mechanism: it uses synergistic effect of alkaline， surfactant and polymer in ASP flooding system to displace oil. Field practices in Daqing oilfield express that ASP flood can enhance recovery efficiency 20% or so than water flood.

The method displays an inspiring application prospects and is widely valued by people. However the cost of ASP flood for oil displacement is higher， and how to further lower its cost and increase the benefit is also the key point that the technique can large-scale applied or not. Through the study of oil displacement effect factor of ASP flood， it tries hard for beneficial work on further lowering the cost and enhancing recovery efficiency in the article. Through systematic indoors physical analogy experiments， it analyzes main effect factors of ASP flood in detail and investigates the increment of viscosity ration， main slug injection manner and rate， interfacial tension， formation variation coefficient and main slug residual resistance factor to affect the oil displacement effect of the system. It reveals main factors that ASP flood enhances recovery efficiency and provides the basis for succeeding in applying the technique in the field.

Key words: Alkaline/Surfactant/Poly Flooding System; Viscosity Ratio;

Interfacial tersion; Oil displacement; Experiment

II

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

目 录

第一章 绪 论 ......................................................... 1 1.1本研究工作的意义 ................................................................................................ 1 1.2三元复合驱的演变及发展状况 ............................................................................ 2 1.3本文的主要工作 .................................................................................................... 5 第2章 碱/表面活性剂/聚合物（ASP）三元复合体系 ....................... 6 2.1 ASP三元复合驱中各组分的作用 ........................................................................ 7 2.2 ASP三元复合体系中化学剂的吸附滞留 .......................................................... 12 2.3 ASP三元复合驱油体系各组分的选择 .............................................................. 15 第3章 ASP三元复合体系驱油效果影响因素实验研究 ..................... 17 3.1实验仪器及实验方法条件 .................................................................................. 17 3.2三元复合体系驱油影响因素实验研究 .............................................................. 18 结 论 ............................................................... 28 致 谢 ............................................................... 29 附 录 ............................................................... 30 参考文献 ............................................................ 32

III

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

第一章 绪 论

1.1本研究工作的意义

石油在国民经济中具有举足轻重的地位。1999年我国原油产量已达1.6亿吨，居世界第五位，成为世界主要产油大国之一。然而随着我国国民经济的快速发展，我国石油消费量迅速增长，产量增长低于消费增长。从1993年开始，我国已由石油净出口国变为净进口国[1]。

我们知道石油是不可再生资源，它的开采过程分为一次采油、二次采油和三次采油。一次采油是利用地层天然能量驱动原油，如溶解气驱、气顶驱。这种开采方式由于受到天然能量的限制，产量递减速度快、采油速度慢、原油采收率低，一般只能采出不足地下原油的10%[2]。随着渗流理论的发展，达西定律应用于油田开发，人们认识到油井产量与压力梯度成正比关系，一次采油采收率低的主要原因是油层能量的衰竭，从而提出了人工注水（气），保持油层压力的二次采油方法，使石油采收率提高到30～50%，这是当今世界上油田的主要开发方式，是油田开发技术上的第一次飞跃。然而即使在最理想的储层中，传统的一次采油和二次采油只能采出原油地质储量的30～50%，因此，如何将这些残留在地下的原油采出来，进一步提高采收率，是石油工业发展的当务之急，是众多科学家研究的重要课题之一。

三元复合驱（碱/表面活性剂/聚合物的复合）是80年代国外出现的三次采油新方法，它是在二元复合体系的基础上发展起来的。我国的三元复合驱(ASP驱)技术起步较晚但是发展很快。近十几年来，三元复合驱从化学驱中脱颖而出，成为最具有应用前景的方法之一。这一方面是由我国的特殊油藏条件及各种技术适应性所决定的；另一方面则是因为三元复合驱综合发挥了不同化学剂的协同效应，从而成为大幅度提高石油采收率的重要方法。三元复合驱利用表面活性剂和碱的协同作用，使复合体系/原油形成超低界面张力。碱可以大幅度降低价格昂贵的表面活性剂的用量，它不仅可以部分替代表面活性剂，而且还可以减少活性剂和聚合物在油藏中的损耗。聚合物主要起流度控制作用，减少复合体系指进和扩大波及体积。我国在胜利油田孤东小井距试验区实施了首例ASP复合驱先导试验，结果表明石油采收率明显增加，油井含水显著降低。随后大庆油田室内实验和矿场实验表明，三元体系驱油可比水驱提高原油采收率20%以上[3]。这种方法展示了令人鼓舞的应用前景，普遍受到了人们的重视。然而三元体系驱油的成本相对来说较高，如何进一步降低其成本提高效益也是该技术能否大规模应用的关键，本文

1

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

通过对三元复合驱影响因素的研究力求在降低成本进一步提高采收率方面做出有益工作。

1.2三元复合驱的演变及发展状况

三元复合驱是由碱、表面活性剂和聚合物组成的复合体系驱油方法，它是在碱驱、表面活性剂驱和聚合物驱的基础上发展起来的一项大幅度提高原油采收率的新技术。该技术综合了碱驱和表面活性剂/聚合物驱的优点，不仅能扩大波及体积、提高驱油效率，而且又能较大幅度地降低表面活性剂的用量，使其具有较好的技术经济可行性。

早在1917年，F.Squired[4] 就认识到在注入水中加入廉价的碱剂（碳酸纳、氢氧化钠等）能够使地下油层孔隙中的水驱剩余油进一步降低，从而提高石油采收率。10年后Atkinson[5]在美国申请了碱水驱的第一项专利。人们对碱水驱进行了深入研究是因为碱剂要比表面活性剂便宜得多。在此基础上，对于酸性高的原油发展了碱水驱提高石油采收率的方法。但是，已经进行过的碱水驱现场试验表明，采收率增加值不超过6%～8%，一般在2%左右，主要是由于大量的碱耗以及流度比不适宜，从而引起的低的波及效率和驱油效率。

聚合物驱适用于温度适中、原油粘度中等、非均质比较严重的油藏。同常规注水方法相比，注聚合物驱油可以明显地提高原油采收率。决定聚合物驱的两个主要因素是油层非均质性和油层内流体的流度比[6]。由于该方法机理相对简单、技术上比较成熟以及投资相对少，国内外进行了大量的先导性和工业性现场试验，目前已经在大庆油田进入工业化推广应用阶段，但存在的主要问题是提高采收率幅度有限。

60年代初，人们开始研究在碱水中加入聚合物以提高驱油剂的流度，提高波及系数，被称为聚合物增效碱驱（AP驱）或叫碱增效聚合物驱，即在聚合物溶液中加入碱剂，以综合二者的优势于一体。Tiorco 公司曾在Isenhour油田进行过先导性试验，石油采收率增加值达到26.4%（OOPI）。这主要是聚合物使驱油剂体系的流度降低而碱剂不但同原油中的有机物作用生成表面活性剂降低油水界面张力，而且驱油过程中的损失显著地降低。最早由Dome等几个石油公司开发的碱/表面活性剂/聚合物复合驱油体系（ASP驱）一出现就受到了普遍重视，加入适当类型和浓度的碱到稀浓度的表面活性剂溶液中(浓度低于0.5%），并配以适当浓度的聚合物以保持体系足够的粘度，采用该体系几乎能得到与胶束/聚合物（MP）驱相同的采收率提高幅度，但是表面活性剂的用量却降至千分之几。Terra能源公司最早在美国怀俄明州的West Kiehl油田进行了ASP驱先导试验，可以使石油采收率提高15%（OOIP）以上，且每采出一吨油的成本大幅度降低。80年代初，碱/表

2

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

力降低后主要以两种方式来提高原油采收率：一种是乳化和挟带，油和水间的界面被破坏，形成水包油，随流动的水带出地层；第二种是捕集，油滴聚并成大油滴，进而形成可流动的连续油带，提高油的流度，降低水的流度，从而提高驱替剂驱油能力与波及效率，达到提高原油采收率的目的。可见，碱的加入对降低界面张力有利。

2)改变岩石的润湿性

在油-水-岩石系统中，存在油/水（?wo）、油/岩石（?os）和水/岩石（?ws）三种界面张力，当系统达到平衡时：?os??ws??wocos?。这三个界面张力之间的关系决定了岩石润湿性的特征。碱与岩石反应生成的表面活性剂除聚集在油水界面降低?wo外，部分表面活性剂吸附在岩石表面，改变?os和?ws，使上述平衡遭到破坏，岩石润湿性发生改变。三元复合驱后，岩石润湿性变化的总趋势是向亲水方向转化，三元复合驱中岩石润湿性的变化主要是因为化学剂与地层中二价阳离子、岩石矿物相互作用，改变岩石的表面性质以及碱对吸附在岩石表面的刚性油膜的溶解，使各相之间的界面张力发生变化[26]。

3)溶解坚硬的界面薄膜及原油的乳化[29]

大量研究数据表明水和一些油滴界面处存在坚硬的薄膜结构。沥青质、胶质、卟啉、和石蜡都是产生坚硬界面薄膜的原油成分。该界面膜使油滴相互孤离，缩小孔喉，限制原油在孔喉中的连续流动。而碱水溶液可溶解这些薄膜，促使原油乳化聚并，提高油的流动性和产出量。这个机理可以说与油/水界面张力的降低并不完全独立。乳化现象在含碱剂驱油过程中广泛存在，油/水界面张力越低则薄膜越容易破裂，乳化越容易形成。当乳化液形成后，则可发生油滴的捕集、挟带、聚并，提高水相的粘度，滞留于大孔隙的喉部，降低驱替液的流动能力来提高波及范围和波及效率。

4)碱对表面活性剂的影响

碱可与钙、镁离子反应或与粘土进行离子交换，起牺牲剂的作用，保护表面活性剂；碱也可提高砂岩表面的负电性，减少砂岩表面对表面活性剂的吸附量。碱在调节体系的含盐度方面相当于盐的作用[28]，即通过调整离子强度来调节表面活性剂在油水相中的分布，当表面活性剂在油相和在水相中的分配比较接近一定临界（或平衡）值时，油水界面张力最低。碱与原油中的有机酸反应生成的表面活性剂可与外加的合成表面活性剂产生协同效应，使三元体系与原油间的界面张力很快降到10-2mN/m以下。

Mukerjee等在研究相平衡的影响因素时证明[19]，在低含盐度时随NaOH的加入，表面活性剂的解离程度增加，即表面活性剂变得更加亲水，在高的含盐度下需要较高浓度的NaOH，以增加表面活性剂的解离度，保证中相的形成。在一个特定的

8

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

NaOH浓度（或pH值）下，所有的表面活性剂分子将被解离，起反作用的pH值和含盐度的影响将不再存在，NaOH只起电解质的作用。

5)碱对聚合物溶液粘度的影响

碱通过以下三种方式影响聚合物的粘度。首先，碱向聚合物溶液中提供阳离子，这些阳离子通过电荷屏蔽机理降低聚合物的粘度。其次，碱可以水解聚合物

链上酰胺基，使聚合物的粘度增加。化学方程式如下：

+YNH

CH2－CH +YNaOH n C=O

NH2

CH2－CH NH2 x C=O

CH2－CH z

3

C=O O=Na+

再次，碱通过与钙、镁离子反应或与粘土进行离子交换，起牺牲剂的作用，保护聚合物，碱提供的OH-提高了砂岩表面的负电性能够降低聚合物的吸附滞留损失。碱的浓度对聚合物溶液粘度的影响取决于上面几个因素的综合效应。在碱的浓度比较低时，聚合物溶液的粘度随碱的浓度增大而上升或趋于恒定；当碱的浓度比较高时，存在的高浓度钠离子会通过电荷屏蔽，抵消掉水解作用对粘度的影响，聚合物的粘度降低。在低碱浓度下聚合物的粘度与混合后不同的剪切速率有关[30]，随着混合时间的增加，聚合物的粘度增大，而幂率指数下降，临界剪切速度降低，这些结果表明，聚合物的视粘度与牛顿流动状态随时间增加而发生偏离。存在强碱情况下，部分水解聚丙烯酰胺进一步水解，随着聚合物的水解其侧链上羧基数目增多，因此静电排斥增强、链的尺寸增大，从而体系粘度增大。

2.1.2聚合物在三元复合驱中的作用

聚合物是大量的简单分子（单体）缩聚而成的分子量很大（百万）的天然或人工合成的高分子化合物。聚合物对界面张力的影响很小[11]，在ASP驱中其作用主要是通过提高驱替相粘度，从而降低驱替相与被驱替相的流度比，达到流度控制目的。参考聚合物驱流度比的定义[12]，把ASP复合驱的流度比定义为：

?KKK MASP?ASP?ASP(o?w) （2-3）

?o?w?ASP?o?w式中： MASP—ASP复合驱的流度比；

?ASP、?o?w—分别为ASP复合驱段塞的流度和油水混合带的流度；

KASP、Ko、Kw—分别为ASP复合驱溶液、油相和水相的渗透率；

?ASP、?o、?w—分别为ASP复合驱溶液、油相和水相的粘度。

由上式可见，增加驱替相的粘度、降低驱替相的相渗透率可以达到降低流度比的目的，而水溶性聚合物的特点就是既能增加驱替相的粘度又能降低驱替相的相渗透率，所以能够进行流度控制。驱油常用的聚合物为聚丙烯酰胺（PAM）或部

9

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

分水解聚丙烯酰胺（HPAM），由于分子链上含酰胺基（图2-1），所以HPAM的显著特点是亲水性强，易与水形成氢键，因而易溶于水，水化后具有较大的水动力学体积，可以达到增粘的目的。同时，因为引入了离子基COO-，溶解性高于均聚物，而且由于在主链上所引入的COO之间静电排斥使链更为伸展，因此也可以获得更大的水动力学体积[23]（图2-2），因而可以得到更高的溶液粘度。配成水溶液时，聚合物分子在水中伸展开，把水分子捕获到自己的链间结合，从而把水溶液的粘度增大2～5个数量级，剧烈降低驱替液的流度，减小驱替液和被驱替的油间流度差异，可以防止指进现象，保持实验段塞的均匀推进，把具有降低界面张力的表面活性剂和碱带到水未波及的孔隙，显著提高驱替液的波及效率，从而获得较高的采收率。聚合物溶液流经多孔介质油层时，由于孔隙介质的吸附和捕集引起聚合物分子的滞留，被滞留的聚合物分子与水分子之间的作用较强，对水的阻力很大[24]，对油的阻力甚微，从而导致水相渗透率的降低，因而提高了波及系数。近年来，我国专家研究认为粘弹性聚合物不但能够提高波及效率，而且能够提高微观驱油效率[25]。

CH2－CH x

CH2－CH z

离子化 电荷排斥

-

电荷排斥

C=O NH2

C=O O=Na

+

图2-1 HPAM分子结构示意图

非离子

低水动力学体积

离子化

高水动力学体积

图2-2 PAM和HPAM水动力学体积比较

聚合物对驱油介质的稠化，可减少表面活性剂和碱的扩散速率，从而减少它们的损耗。因为HPAM是一个在羧基上带负电荷的聚电解质，在聚合物和溶剂中的任何阳离子之间发生着强烈的相互作用使其增粘效果降低，特别是在水解度较高时更是如此。聚合物的驱油机理较简单，效果良好，但它在洗油能力方面较差，并且会在多孔介质中发生吸附、滞留及捕集，当压差太大时会发生机械降解，还会发生化学降解和生物降解等，使聚合物失去增粘的作用。

2.1.3表面活性剂在三元复合驱中的作用

表面活性剂的主要作用是作为驱油主剂降低界面张力[28]。表面活性剂的双亲基团结构（亲水基、亲油基）决定了它的性质与作用，表面活性剂本身的活性是

10

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

三元复合驱中影响界面张力的根本原因。表面活性剂溶液注入地下，它的双亲基团会在液/固接触面，液/液界面及体相的溶液中发生定向分布。极性的亲水基团在体相中和水分子结合，在固/液界面上和极性的矿物岩石表面结合；非极性的亲油基团逃离极性的水分子和矿物、岩石颗粒表面，而与非极性的原油分子基团相结合。当极性基团与矿物、岩石的表面结合时就会破坏原油边界层，把边界层中束缚的原油解脱出来，成为可流动的原油，极性的水分子或亲水基团就会占据颗粒表面，从而使矿物、岩石表面由油湿变为水湿，当然也会出现碱剂造成的界面张力降低、润湿性的改变、乳化、聚并等现象，使原油采收率得以提高。

界面张力的降低表现在以下几个力的减小： 1)减小毛细管力

毛细管力是孔隙吼道中非润湿相流体所受到的阻力。毛细管力的减小降低了非润湿相流体—原油的流动阻力，有利于原油流向生产井井底。

pc?2?cos?/r （2-4）

式中： pc—毛细管力；

?—原油/水界面张力；

?—水相润湿接触角； r—毛细管半径。

2)减小原油在岩石表面的粘附力[21]

水中加入表面活性剂后不仅降低了油水界面张力，而且可使润湿接触角变小，即增强水对岩石的润湿作用。润湿角变小与界面张力降低都能导致岩石对原油的束缚能大大减小。原油在岩石表面的粘附力可用Young氏方程来计算： Wa??(1?cos?) （2-5）

式中： Wa—粘附功；

?—原油/水界面张力； ?—水相润湿接触角。 3)减小内聚力[19]

内聚力是原油分子之间的作用力，即将大油滴分散成若干个等径的小油珠所做的功。

A?4?nr2?(1?r/R) （2-6）

式中： A—分散功；

n—油滴数；

R—分散前的油滴半径；

r—分散后的油珠半径；

?—原油/水界面张力。

11

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

正是由于三元复合体系大大地减少了这几个力的作用，使水驱残余油的受力状况改变，才使水驱后剩余的各种形态的残余油被驱替出来。

2.2 ASP三元复合体系中化学剂的吸附滞留

在ASP三元复合体系中，价格较低的碱剂主要是用做牺牲剂，通过与岩石反应改变岩石表面的电荷性质，保护价格较高的表面活性剂和聚合物，减少它们在地层中的吸附损失，使三元体系驱油在经济上可行。

2.2.1表面活性剂的吸附

1)表面活性剂在溶液界面的吸附

正是由于表面活性剂在溶液界面上的吸附使表面活性剂发挥了其降低界面张力作用。表面活性剂在溶液界面上的吸附特性可用两个指标来表示[28]：一是达到饱和吸附时所达到的最大浓度；二是饱和吸附量。前者大致在临界胶束浓度的3/4处[29]，故cmc可体现这一特性。饱和吸附量的大小取决于分子（或离子）自身横截面积和分子（或离子）间的相互作用。支链表面活性剂分子的横截面积一般取决于亲水基的大小。亲水基大的饱和吸附量小。通常支链结构使分子截面积变大；饱和吸附量变小。表面活性剂分子在界面（液—气、液—液）上的吸附能使溶剂的表（界）面张力降低，此乃表面活性的标志。

对表面活性剂活性能力的度量有两种参数[6]：

一是表面活性剂的效率，即表面活性剂使溶剂界面张力降至一定值所需的表面活性剂浓度，记作PC20：

PC20?lg(1/C2)??20??lg(C2)??20 （2-7）

其物理意义是在表面张力降至20mN/m时，对应的表面活性剂浓度，此值接近cmc值。

二是表面活性剂的效能（能力），即表面活性剂使溶剂界面张力降低的最大值。 表面活性剂分子的结构特点决定了水溶液中表面活性剂分子的烷烃极化分子的排斥而在界面上定向排列，其极性基指向水，非极性基指向油相，表面活性剂分子在界面的定向排列便产生了界面同水溶液体相中的浓度差，这种现象称为表面过剩，这一现象可以用Gibbs公式描述：

1d??2??()? （2-8）

RTdlnC2式中： ?—表面（界面）张力；

C2—吸附平衡时表面活性剂的浓度。 2)表面活性剂在岩石矿物上的吸附[20]

12

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

首先决定吸附损失的是岩石矿物静电作用力。组成油层岩石的基本矿物及胶结物产生表面电荷的原因是不同的，一是岩石与溶液接触时固体表面OH-离子解离使其表面带电；二是可溶解矿物由于表面离子溶解、晶体离子破坏并溶入体相溶液、离子吸附、晶格离子替代和晶格缺陷等使其表面带电。

硅酸盐矿物晶体以硅氧配位的四面体（SiOH）-4为主要结构，它与水接触后水解成≡Si-OH，表面电势同pH的关系如下：

OH-

?M(H2O)?MOH??MO??H2O

H+ 在酸性条件下表面带正电，在碱性条件下表面带负电。

矿物表面从溶液中吸附表面活性剂分子的综合作用力，标准吸附自由能为ΔG0ass，由Stern层吸附导出的Stern_Grahame方程是：

0 ???2?10?3?Cexp[??Gads（2-9） /kT]

式中：??—引起吸附表面活性剂的Stern层内吸附的表面活性剂-离子的密度，mol/cm2

r—吸附的表面活性剂分子有效半径，cm

C—表面活性剂离子在体相的浓度，mol/ml

从溶液中吸附时，有若干个作用力单独或相互联合对吸附起作用。能够对吸附过程起作用的主要作用力包括：静电引力，共价键，表面活性剂和界面分子间氢键或非极性键，吸附分子间的范德华力以及吸附质和吸附剂分子的溶剂化或去溶剂化作用。考虑到对吸附过程起作用的各种力，则上式中的?Gads为：

00000 （2-10） ?Gads??Gelec??Gcov??Gc0?c??Gc0?s??Gh??Gsolv0式中：?Gelec—静电相互作用自由能；

0—共价键自由能； ?Gcov?Gc0?c—吸附表面活性剂分子碳链侧向相互作用自由能；

?Gc0?s—表面活性剂分子碳链同固体表面活性剂亲油部位间非极性相

互作用自由能；

0—氢键自由能； ?Gh0—吸附质或任何从表面向溶液中溶解的溶解自由能。 ?Gsolv对具体体系随着其矿物、表面活性剂类型、浓度及溶液物质的性质和浓度等不同，可能是一项或几项对吸附起作用。

3)表面活性剂在多价阳离子溶液中的沉淀[21]

石油磺酸钠表面活性剂与地层水中的多价阳离子、岩石中粘土的可交换多价阳离子相互作用会发生沉淀，反应方程式如下：

13

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

2NaRSO3?CaCl2?Ca(RSO3)2??2NaCl

或 （Mg2?） (Ca(RSO3)2?)

P.Somasundaran[22]的研究发现，在一定磺酸盐浓度下，当溶液中有一定强度的钙离子存在时便有磺酸钙的沉淀物生成，但再增加磺酸盐浓度时，却出现沉淀物的再溶解，继续增加磺酸盐浓度时，又出现沉淀。这种沉淀-溶解-再沉淀的发生同样导致表面活性剂的损失。

2.2.2聚合物在岩石孔隙中的滞留损失

聚合物通过多孔介质后所产生的损失总称为滞留。引起聚合物滞留的主要原因是在岩石上的吸附和在小孔隙中的捕集以及流体动力学捕集。

聚合物的吸附主要是组成岩石矿物的粘土（高龄石、蒙脱石、绿泥石、依利石等）的相互作用，因粘土矿物具有很大的表面，而且由于晶格缺陷或离子取代使粘土晶层侧面带正电。因此，水溶液中带负电的部分水解聚丙烯酰胺分子在库仑力的作用下产生吸附，吸附量与粘土的含量、类型以及聚合物的相对分子质量、水解度和浓度有关。

聚合物的机械捕集是由于油层岩石孔隙结构的非均质性使较大的聚合物分子未能通过狭窄的流动通道，而堵塞在其中造成了聚合物在多孔介质中的滞留。简单地说，机械捕集类似于过滤，即一些较大的聚合物分子被较小的孔隙所“滤出”。机械捕集主要发生在那些入口端大（足以使聚合物分子进入）而出口端小（聚合物分子不能流出）或出口端封闭的孔道。当聚合物分子进入上述孔道后，流动就受到了限制，但水仍可以在这些孔道内流动。由于水在这些孔道内缓慢流动，使得聚合物分子在孔道的出口端被逐渐地压紧。由于聚合物分子在狭窄的流动通道被捕集造成堵塞，从而使后续的更多的聚合物分子被捕集。

聚合物的流体动力学捕集[13]的概念是人们根据实验观察到的现象提出来的。人们在实验中发现，当流速增大时，聚合物的滞留量也增加；当流速降低或停止流动一定时间之后再恢复流动，一部分滞留的聚合物又会重新流出孔道，使聚合物的滞留量下降。由此可见，聚合物在岩心中的滞留与流速有关，换言之，滞留的聚合物中有一部分是由于流体动力学效应产生的。

2.2.3碱的吸附损失

碱剂的吸附损失[6]主要是碱同岩石的相互作用。在碱水通过多孔介质驱油时一个重要的过程是碱同岩石的相互作用，该过程主要是阳离子交换过程、碱对岩石的溶解过程以及同二价离子反应形成水不溶物的过程。

1）阳离子交换过程

碱同岩石的反应中最重要的是同岩石胶结物—粘土的反应，即粘土上的Na+、

14

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

H+及Ca2?（或Mg2+）等阳离子与碱溶液中的Na+离子处于交换平衡之中，碱剂

NaOH?Na??OH?

在水溶液中解离：

碱剂水中的Na+与吸附在粘土负电位上的H+的离子交换按下式进行：

M?H??Na??MNa??H?粘土吸附一克当量的Na+离子，相当于碱溶液中失去一克当量的碱，引起碱耗。 岩心上束缚于负电位上的Ca2+（或 Mg2+）与溶液中Na+离子进行交换。 MCa?2Na??2MNa?Ca2? 其中M代表一个可被交换的矿物质点（位）。 2）碱同二价离子的沉淀反应

岩石中的石膏（CaSO4）等含二价离子的矿物以及水中的和从粘土中交换到水中的Ca2+、Mg2+离子也同碱发生不同成分的溶解反应生成不溶性物质而沉淀。

CaSO4(固）?2NaOH?Ca(OH)2??Na2SO4

Ca2??2OH??Ca(OH)2? 或 (Mg2?) Mg(OH)2?

4Ca(OH)2?CO2?Ca2CO3??4H2O 上述反应同样消耗了碱而使碱液在推进过程中引起pH值降低。 3）碱对岩石的溶解反应

碱水溶液也与岩石中的碳酸岩、粘土等反应生成可溶性硅、铝酸盐化合物，使pH值降低，引起碱耗，同时，这些反应物同羧基反应生成不可逆性溶解物而引起pH值变化。它们的反应方程如下：

2? SiO2?2OH??H2SiO4

2?? 或 OH??H2SiO4?H3SiO4?H2O

?2?OH??H2SiO4?H2SiO4?H2O

碱与SiO2反应生成物与二价金属离子反应生成不溶物硅酸盐垢。

2?Ca2??SiO4?CaSiO4? (Mg2?) (MgSi4O)?

上述诸多反应引起碱损耗，同时形成复合驱中的碱垢。但碱的损耗也有积极的一面，即作为牺牲剂保护表面活性剂和聚合物降低昂贵的表面活性剂和聚合物的吸附量。

2.3 ASP三元复合驱油体系各组分的选择

碱/表面活性剂/聚合物三元复合体系中各组分在驱油过程所起的作用以及它们相互间的协同作用决定了在选择其作为三元组分驱油时应考虑的问题。除了价格成本因素外，在选择ASP复合驱油剂时还应考虑如下诸多方面的要求：

15

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

2.3.1表面活性剂的选择

表面活性剂作为三元复合驱体系中降低界面张力的主剂在选择时大致应遵循以下原则：

a.应在较宽的碱浓度和离子强度范围内与原油的界面张力最低； b.分子量分布应适当地宽；

c.尽量避免不同类型表面活性剂的混配，以避免体系在油层推进过程中产生色谱分离；

d.对多价离子有高的容忍能力和在岩心中吸附滞留低。

2.3.2聚合物的选择

聚合物是三元复合驱油体系中解决流度控制问题的主剂，在选择时大致应遵循以下原则：

a.具有水溶性，能在常用驱油剂（水）中溶解。为了优化聚合物的某些性质，如水溶解度、粘度和滞留情况要选择其水解的程度。如果水解作用太小，聚合物将不溶于水，如果水解度太大，它的各种性质对含盐量和硬度反应又会太敏感；

b.具有明显的增粘性，加入少量的聚合物就能显著地提高水的粘度，从而改善流度比；

c.化学稳定性和剪切稳定性好，对碱剂的敏感在允许范围内； d.抗吸附性，防止因吸附而使溶液的粘度降低，影响驱油效果； e.在多孔介质中具有良好的传输性。

2.3.3碱剂的选择

ASP体系中碱剂的类型和浓度的选择要根据原油中有机酸的含量及地层水矿化度、硬度进行筛选，一般应遵循如下原则：

a.最大限度地满足将原油中的有机酸转化为石油酸皂； b.优化把原油中石油酸就地转化为石油酸皂的pH 值；

c.在较宽的碱浓度和适当的盐浓度范围内保持体系与原油的界面张力超低； d.体系与原油超低界面张力对应的含盐度范围应尽量保持在注入水和地层水矿化度之间的范围；

e.碱在岩石中的损耗以及对地层的伤害不应超过许可的范围； f.对聚合物增粘效应的负贡献应保持在最低值。

16

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

第3章 ASP三元复合体系驱油效果影响因素实验研究

3.1实验仪器及实验方法条件

1)实验仪器

a.界面张力仪 ：TEXAS-500；产地为美国德克萨斯大学

b.天平 ：PB3002-E； 产地为梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司 c.天平 ：AB204-S； 产地为梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司 d.布氏粘度计 ：BROOK-II； 产地为美国Brookfidd公司 e.岩心驱替装置：DY-I； 产地为江苏海安华达石油仪器厂 f.平流泵 ：LP-20C； 产地为北京星达技术开发公司 g.搅拌器 ：JJ-1； 产地为江苏金坛大地自动化仪器厂 2）实验步骤 a.岩心管填砂。

b.将岩心抽空后饱和水，测定孔隙体积VP，建立束缚水饱和度。 c.饱和油，饱和2PV以上，直到出口端不再有水流出。 d.进行水驱至模型出口含水98%以上，注入体积2PV以上结束。 e.进行化学驱，按实验方案设计注入化学剂。 f.后续水驱，水驱至模型出口含水98%以上结束。 g.整理资料，计算各阶段采收率及总采收率。 3)实验模型

模型的设计力求体现油田的地质特征，并且尽量做到物性及几何相似。由于大庆油田主力油层为正韵律油层，将模型设计为自上而下低渗、中渗、高渗三层，各层渗透率设计与并联模型相似。变异系数VK=0.59的高渗透层渗透率设计为1.575μm2，中渗为0.6μm2，低渗为0.30μm2。模型的孔隙特征主要考虑孔隙度及润湿性与砂子的粒度，胶结剂含量和施加的压力。对孔隙的润湿性处理时，将模型总砂量的30%采用取自油层的油砂，可使驱油模型获得弱亲油的润湿性，与大庆油田油层润湿性相似。根据相似准则，选用两维纵向非均质正韵律人造物理模型，实验选用了变异系数为0.59的模型，其参数见表3-1。

4)界面张力的测量

许多技术都可以用来测量界面张力，三次采油中主要用旋滴法测量界面张力。三次采油技术要求原油/水体系的界面张力降低到10-3mN/m以下，而旋滴法可测量低达10-6mN/m的界面张力。

17

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

表3-1 实验用物理模型参数表

参数 类型 变异系数 渗透率 ×10μm 300 600 1575 600 -32模型尺寸 300×30×30mm 300×30×30mm 备注 0.59 正韵律模型 0.72 模型分上、中、下三层，每层厚10mm 900 1300

40年代，Vonnegut[24]发展了测定界面张力的旋滴法，60年代用此法成功地测定了10-6mN/m的界面张力。旋滴法的基本原理[26]是根据Bashforth-Adams方程从滴的形状和尺寸求出界面张力，所不同的是通过旋转使液滴处于一定的离心力场之中，调节转速可改变液滴的平衡形状以便于测量。测定的方法是在样品中加入形成界面的两液相，再使管以一定的角速度自转，在离心力、重力及界面张力的作用下，较轻的液体在较重的液体中形成一长椭球形或圆柱形液滴。根据Bashforth-Adams方程得

?d?2Y03 ?? （3-1）

4实验中测定了转速?，两液相密度差?d及圆柱体的宽度（=2Y0），按上式可计算出界面张力?。测量过程中一般应用的转速为1200～24000r/min，可测量低达10-6mN/m的界面张力。

3.2三元复合体系驱油影响因素实验研究

3.2.1 三元复合体系主段塞中聚合物用量对驱油效果的影响研究

实验条件 1)实验用水

实验用水有两种：一种是实验室配制的模拟地层水（表3-2），矿化度为7000mg/L左右，用于模型饱和水，模拟原始地层水矿化度；另一种为油田注入污水，取自采油三厂、四厂注水站（表3-3），用于样品配制和实验驱替。

表3-2 模拟地层水配制表

项目 用量

NaCl 3977 CaCl2 28 MgCl2.6H2O 46 18

Na2SO4 93 NaHCO3 2634 总矿化度 6778

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

表3-3 采油三厂、四厂注水站注入污水水质分析结果表

项目 Cl- Ca2+ Mg2+ SO42- CO32- HCO3- Na+&K+ 总矿化度 3722 3509 三厂 567.20 16.03 6.81 20.17 105.92 1873.01 1133.18 四厂 584.93 31.66 16.4 69.17 71.71 1696.08 1039.83 *表内数据单位：mg/L

2)实验用油

实验用油是根据地下原油的粘度自行配制的模拟油。模拟油是以取自采油三厂、四厂的外输脱气、脱水原油与航空煤油按一定比例配制而成，粘度为9-10mPa.s。同时，进行了三元体系与原油和配制模拟油间界面张力对比实验，结果表明，模拟油与三元体系间的界面张力可以达到10-3 mN/m数量级（见附图3-1、3-2），符合实验要求。

3)化学试剂

实验用表面活性剂均为大庆石油管理局实业公司生产的产品。实验用聚合物选用两种不同分子量的聚合物：大庆油田化工总厂生产的中分子量聚合物（分子量1200万）；北京恒聚油田化学有限公司生产的超高分子量聚合物（分子量2000万）。NaOH、NaCl、CaCl2、MgCl2.6H2O、Na2SO4、NaHCO3为分析试剂固体。 3.2.1.1三元复合体系与原油不同粘度比条件下驱油实验研究

为了考察在很宽的参数变化范围内，各种碱、表面活性剂对水溶液粘度的影响，进行了实验研究。一般说来，在低剪切速率下粘度-剪切速率关系呈现牛对流体性质，在高剪切速率下呈现幂律特点。碱对聚合物溶液的影响比较复杂，因为它们在物理上（电荷屏蔽作用）和化学上（水解作用）都对聚合物链产生影响。对于碱/聚合物溶液，发现粘度是碱类型、浓度和开始混合后经历时间的函数。加入低浓度的阴离子表面活性剂会轻微降低碱/聚合物溶液的粘度；但在较高的表面活性剂浓度下，发现在一个较窄的碱浓度范围内使碱/聚合物溶液粘度明显升高。

选择变异系数为0.59的人造非均质岩心，进行了粘度比（三元复合体系粘度与原油粘度之比）对驱油效果影响实验。不同实验条件下表面活性剂和碱的用量不变，只改变聚合物的用量。三元体系配方：表活剂用量0.3wt%、碱用量1.0wt%、聚合物用量分别为900、1450、1700、2000、2280、2680mg/L，注入方案为三元体系主段塞0.3PV，聚合物保护段塞为0.2PV。三元体系粘度与模拟油粘度的比分别为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、7:1。实验过程中注入速度为18ml/h。实验结果见表3-4及图3-3。

19

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

表3-4 三元复合体系与原油不同粘度比条件下驱油实验结果

序模型编号 1 2 3 4 5 6 号 K59-1 K59-2 K59-3 K59-4 K59-5 K59-6 气测渗透率 水驱 采收化学驱 采收率提高幅度 （%） 16.8 20.3 22.9 24.0 24.6 25.0 总采收率 （%） 49.3 51.9 55.4 57.0 58.1 57.8 粘度比 1：1 2：1 3：1 4：1 5：1 7：1 备注 ×10-3μm2 率（%） 841 846 850 839 843 842 32.5 31.6 32.5 33.0 33.5 32.8 非均质物理模型的变异系数为0.59 2725232119171501234567粘度比8采收率（%）

图3-3 不同粘度比与复合驱采收率提高幅度的关系曲线

实验结果表明，体系粘度比对三元复合驱驱油效果产生较显著的影响，主要原因在于聚合物溶液的粘度是改善流度比和调整吸水剖面的关键因素。只有保证粘度比在2:1以上，驱油效率才能达到20%以上。影响聚合物驱的主要因素是油层的非均质性和油层内流体的流度比。聚合物还可以碱小复合体系的指进现象。但随着粘度的增加，聚合物用量增加，成本增加。基于技术和经济效果综合考虑，应控制体系的粘度比在2:1-4:1范围内，对应的聚合物浓度范围为1450-2000mg/L(地层水矿化度变化时，该数值也随之变化)。产生这种结果的主要原因在于，聚合物溶液的粘度是改善流度比和调整吸水剖面的关键因素。而水溶性聚和物的特点就是既能增加驱替相的粘度又能降低驱替相的相渗透率，所以能够进行流度控制。

3.2.1.2不同分子量聚合物配制的复合体系驱油效果实验研究

选取两种分子量（1200万、2000万）的聚合物，采用目前油田矿场试验的注入方式进行室内物理模拟驱油实验，实验结果见表3-5。

20

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

表3-5 不同分子量聚合物配制的复合体系驱油实验结果

序号 模型编号 气测渗透率 （×10-3μm2） 1313 1343 1386 水驱 （%） 46.85 45.00 45.21 化学驱 度（%） 22.46 23.73 25.93 总采收率 （%） 69.31 68.73 69.14 1200万 2000万 备注 采收率 采收率提高幅1 Kf72-20 2 3

Kf72-9 Kf72-6 实验1注入三元体系0.3PV（表活剂 0.2 wt％；碱 1.0 wt％；聚合物1500mg/L） 实验2注入三元体系0.3PV（表活剂 0.2 wt％；碱 1.0 wt％；聚合物800mg/L） 实验3注入三元体系0.3PV（表活剂 0.2 wt％；碱 1.0 wt％；聚合物1600mg/L）

实验1选用分子量为1200万的聚合物，实验2选用分子量为2000万的聚合物。从两个驱油实验结果可以看出，在相同的条件下（碱和表面活性剂用量相同、注入方式相同），保持三元体系粘度基本一致的前提下，选用超高分子量聚合物和中分子量聚合物的驱油效果接近。因为聚合物相对分子质量越高，达到等效增粘同样的驱油效果所需聚合物的用量越少，所以在注入压力允许的情况下，只要是聚合物相对分子质量和油层的渗透率匹配，三元体系中应最大限度地采用超高分子量聚合物代替中分子量聚合物，这是降低聚合物用量的有效途径。

实验2、3选用的聚合物分子量为2000万。从实验结果可以看出，碱和表面活性剂用量相同，注入方式相同的条件下，三元体系中聚合物用量增加化学驱采收率提高幅度也随之增加，表现出与中分子量聚合物相同的规律（见图3-4、3-5、3-6）。

100含水(%),采出程度(%)0.1采出程度(%)含水(%)压力(Mpa)0.040.02060402000120.063注入体积(PV)456压力(mPa)800.08

图3-4 kf72-20采出曲线

21

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

1000.1含水(%),采出程度(%)604020000.511.522.5注入体积(PV)33.54采出程度(%)含水(%)压力(Mpa)0.060.040.0204.55压力（mPa）800.08

图3-5 kf72-9采出曲线

1008060402000123注入体积(PV)45采出程度(%)含水(%)压力(Mpa)含水(%),采出程度(%)0.20.10.050压力（mPa)0.15

图3-6 kf72-6采出曲线

众所周知，聚合物驱油中，聚合物分子量的大小和浓度决定着体系粘度的大小，使用大分子量的聚合物替代小分子量聚合物能够大量节省用量。同样，三元体系的粘度取决于聚合物分子量的大小和浓度，而且矿场试验数据也表明[15]，高分子量聚合物的剩余粘度和分子量均高于低分子量聚合物，因此三元体系中采用超高分子量聚合物代替中分子量聚合物，是降低聚合物用量的有效途径。

总之，三元复合驱必须具备两个基本条件：适宜的三元体系粘度，使其具有扩大波及体积的能力；三元体系与原油间可形成超低界面张力，使其具有高效洗油能力。两者协同作用的结果可使化学驱采收率提高幅度增加。

本实验结论:

1）只有保证三元复合体系与原油的粘度比在2:1以上，驱油效率才能达到20%以上。

2）保持三元体系粘度基本一致的前提下，选用超高分子量聚合物和中分子量聚合物的驱油效果接近。因此，三元体系中应最大限度地采用超高分子量聚合物代替中分子量聚合物，这是降低聚合物用量的有效途径。

3.2.2 主段塞浓度及注入速度对三元复合体系驱油效果的影响研究

实验条件同上个实验。

22

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

3.2.2.1.三元复合体系主段塞中表面活性剂浓度对驱油效果的影响研究

在不同粘度比驱油实验研究的基础上，选取化学驱采收率在20%以上的最低粘度比2：1和化学驱采收率增幅最小的5：1两种粘度比，在变异系数为0.59的非均质岩心上进行三元复合体系驱油实验（见表3-6），研究表面活性剂用量对驱油效果的影响，优化活性剂用量。

表3-6 三元体系不同表活剂浓度驱油实验结果 气测渗透率 水驱采收化学驱 总采收序模型编（×10-3μ率 采收率提高幅率 粘度比 号 号 m2） （%） 度（%） （%） 1 2kf59-1 846 32.6 18.1 50.7 2 2kf59-2 840 33.4 20.5 53.9 2:1 3 2kf59-3 835 34.0 23.2 57.2 4 2kf59-4 845 32.8 24.5 57.2 5 2kf59-5 817 33.8 22.8 56.6 6 2kf59-6 806 33.7 24.3 58.0 5:1 7 2kf59-7 813 33.5 26.0 59.5 8 2kf59-8 806 34.2 26.8 61.0

实验1-4是在三元体系粘度与实验用油粘度比值为2：1的条件下进行的实验。采用相同的注入方式和相同的注入PV数，同时碱和聚合物用量保持不变，表面活性剂的用量分别为0.15、0.3、0.45、0.60wt%，化学驱提高采收率分别为18.1、20.5、23.2、24.5%。

实验5-8是在三元体系粘度与实验用油粘度比值为5：1的条件下进行的实验。采用相同的注入方式和相同的注入PV数，同时碱和聚合物用量保持不变，表面活性剂的用量分别为0.15、0.3、0.45、0.60wt%，化学驱采收率增值分别为22.8、24.3、26.0、26.8%。

从实验结果可以看出，在非均质岩心上，粘度比固定时，三元复合驱的采收率随着表面活性剂用量的增加而增加。

从图3-7上可以看出，在非均质岩心上进行的两种不同粘度比的三元体系驱油实验，在注入方式、注入PV数、表面活性剂用量均相同时，体系粘度比低的（2：1）曲线的斜率比粘度比高的（5：1）大。这说明体系粘度较低时，活性剂用量的增加对采收率的影响较大（活性剂用量由0.15wt%增加到0.6wt%，采收率增幅为6.4%）。而体系粘度较高时，活性剂用量的增加对采收率的影响较小（采收率增幅为4.0%）。造成两者差异的原因是体系粘度越高，波及能力越强，波及体积越大，从而洗油面积增大，此时，表面活性剂的作用相对来说减弱，但总的化学驱采收

23

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

率越高。

总之，三元复合驱配方中表面活性剂用量与聚合物用量有一定的依赖关系。在较高聚合物用量的条件下，可以在一定范围内降低表面活性剂用量；反之，降低表面活性剂用量受到一定限制。

30化学驱采收率提高幅度(%)252015100.10.20.30.40.50.6活性剂浓度,wt%粘度比2:1粘度比5:10.7

图3-7 化学驱采收率提高幅度与活性剂浓度的关系

3.2.2.2.三元复合体系主段塞浓度对驱替效果的影响研究

三元体系高浓度小段塞和低浓度大段塞驱油实验，选取了两种分子量（1200万、2000万）的聚合物，采用目前油田矿场实验的注入方式，进行的一组实验，并将二者驱油实验结果进行对比（见表3-7），找出两者的差异及规律性，给出两者驱油效果的优劣，为今后室内实验及现场试验提供依据。

表3-7 三元体系高、低浓度，大、小段塞驱油实验结果对比

序号 1 2 3 4

模型编号 气测渗透率 （×10-3μm2） 1313 1328 1386 1280 水驱采收率 （%） 42.85 42.00 43.21 42.11 化学驱 采收率提高幅度（%） 23.84 22.67 25.93 23.68 聚合总采收率 （%） 66.69 64.67 69.14 65.79 物 分子量 1200万 2000万 Ks72-20 Kf72-14 Kf72-6 Kf72-15 实验1三元体系〔表活剂，0.2 wt％；碱 1.0 wt％；聚合物 1500mg/L〕0.3PV（高浓度小段塞）

实验2三元体系〔表活剂，0.1 wt％；碱 0.6 wt％；聚合物 800mg/L〕0.6PV（低浓度大段塞）

实验3三元体系〔表活剂，0.2 wt％；碱 1.0 wt％；聚合物 1600mg/L〕0.3PV

24

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

（高浓度小段塞）

实验4三元体系〔表活剂，0.1 wt％；碱 0.6 wt％；聚合物 800mg/L〕0.6PV（低浓度大段塞）

实验1、2使用分子量为1200万的聚合物，实验结果表明，高浓度小段塞的采收率比低浓度大段塞高（见图3-8、3-9）。

含水(%),采出程度(%)10080604020000.511.522.5注入体积(PV)0.1

含水(%)压力(Mpa)0.060.040.02033.544.55图3-8 高浓度小段塞驱油实验采出曲线(1200万）

100含水(%),采出程度(%)80604020000.511.50.060.040.02022.5注入体积(PV)33.544.55

图3-9 低浓度大段塞驱油实验采出曲线（1200）

实验3、4使用分子量为2000万的聚合物，实验结果同样显示出，高浓度小段塞的采收率比低浓度大段塞高（见图3-10、3-11）。

25

压力(mPa)采出程度(%)含水(%)压力(Mpa)压力(mPa)0.10.08

采出程度(%)0.08

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

100含水(%),采出程度(%)0.2604020000.511.5含水(%)压力(Mpa)0.10.05022.5注入体积(PV)33.544.55压力(mPa)80采出程度(%)0.15

图3-10 高浓度小段塞驱油实验采出曲线（2000万）

100含水(%),采出程度(%)0.2604020001含水(%)压力(Mpa)0.10.0502注入体积(PV)345压力(mPa)80采出程度(%)0.15

图3-11 低浓度大段塞驱油实验采出曲线（2000万）

总之，在化学剂用量相近的条件下，高浓度小段塞的采收率比低浓度大段塞高，造成两者差异的主要原因高浓度小段塞体系粘度比低浓度大段塞高，波及能力强，波及体积大。同时高浓度小段塞中的聚合物浓度比低浓度大段塞的聚合物浓度高，抗稀释能力强。而且高分子量聚合物驱比低分子量驱效果的差别更明显。 3.2.2.3.三元复合体系不同注入速度驱油实验研究

采用相同的三元复合体系，以四种不同的注入速度（18、36、54、72ml/h），进行室内驱油实验，找出在不同注入速度下的水驱及化学驱采收率的变化规律，实验结果见表3-8。

气测渗透率 模型编号 （×10-3μm2） 3kf72-4 3kf72-10 3kf72-11 3kf72-3 1355 1346 1295 1334 化学驱采收率提高幅度 （%） 16.22 16.38 18.18 20.40 表3-8 三元复合体系不同注入速度驱油实验结果

序号 1 2 3 4

水驱采收率 （%） 42.19 43.24 43.51 44.00 26

注入速度 （ml/h） 18 36 54 72

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

实验1-4采用相同的三元体系配方（表活剂，0.2 wt％；碱 1.0 wt％；聚合物 1500mg/L）、段塞组合及注入方式，选用不同的注入速度。

通过实验可以看出，增加注入速度可以改善驱油效果，水驱阶段在注入速度相对较

低的条件下，随着注入速度的增加水驱采收率增加，当达到一定速度后，注入速度的增加水驱采收率增幅很小；化学驱阶段随着注入速度的增加采收率增加，驱替液不能驱替到的中、低渗透层，当注入速度相对提高时，驱替液就能够达到原来驱替不到的部位，从而表现出采收率增加。

本实验结论:

1）三元复合驱中表面活性剂的用量与聚合物的用量有一定的依赖关系，体系粘度较低时，活性剂的用量对采收率的增加影响较大（活性剂用量由0.15wt%增加到0.6wt%，采收率增幅为6.4%），粘度较高时，活性剂的用量的增加对采收率的影响较小（采收率增幅为4.0%）；

2）不同分子量聚合物的驱油实验结果都表明高浓度小段塞比低浓度大段塞的驱油效率高，而且高分子量聚合物驱比低分子量聚合物驱效果的差别更明显；

3）增加注入速度可以改善驱油效果，但矿场应用时受地层条件的限制。

27

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

结 论

1.只有保证三元复合体系与原油的粘度比在2:1以上，驱油效率才能达到20%以上。

2.保持三元体系粘度基本一致的前提下，选用超高分子量聚合物和中分子量聚合物的驱油效果接近。因此，三元体系中应最大限度地采用超高分子量聚合物代替中分子量聚合物，这是降低聚合物用量的有效途径。

3.三元复合驱中表面活性剂的用量与聚合物的用量有一定的依赖关系，体系粘度较低时，活性剂的用量对采收率的增加影响较大（活性剂用量由0.15wt%增加到0.6wt%，采收率增幅为6.4%），粘度较高时，活性剂的用量的增加对采收率的影响较小（采收率增幅为4.0%）。

4.不同分子量聚合物的驱油实验结果都表明高浓度小段塞比低浓度大段塞的驱油效率高，而且高分子量聚合物驱比低分子量聚合物驱效果的差别更明显。

28

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

致 谢

本论文是在导师王克亮老师的悉心指导下完成的。从论文的选题到论文的撰写每一步都倾注着导师的心血。王老师严谨塌实的治学态度、敏锐的学术思想和勤奋刻苦的钻研精神，给我留下了深刻的印象，使我深受鼓舞、终生受益，在此真心地感谢导师在论文的完成过程中给予的批评指正和深刻的教导。此外，对在此过程中给我帮助的其它老师和同学也一并表示我诚挚的谢意。

29

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

附 录

活性剂浓度对界面张力的影响界面张力 ，mN/m0.1NaOH=1.0wt%三厂油、水0.010.0010.000100.050.10.150.20.250.30.35活性剂浓度 ，wt%

碱浓度对界面张力的影响(TD-3)界面张力 ，mN/m0.10.01TD-3=0.1wt%三厂油、水0.0010.000100.20.40.60.811.21.4碱浓度 ，wt%

图3-1 三厂联合站油界面张力图

30

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

活性剂浓度对界面张力的影响(TD-3)界面张力 ，mN/m0.01NaOH=1.0wt%三厂模拟油、水0.0010.000100.050.10.150.20.250.30.35活性剂浓度 ，wt%

碱浓度对界面张力的影响（TD-3)界面张力 ，mN/m0.010.001TD-3=0.1wt%三厂模拟油、水0.000100.20.40.60.811.2碱浓度 ，wt%1.4

图 3-2 三厂模拟油界面张力图

31

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

参考文献

[1] 陈淦.发展三次采油的战略意义及政策要求.油气采收率技术，1997，4(4)：2～

4

[2] 程杰成，廖广志等.大庆油田三元复合驱矿场试验综述.大庆石油地质与开发，

2001，20（2）：46

[3] 杨承志等著.化学驱提高石油采收率.石油工业出版社，1999：155～175 [4] 康万利，胡靖邦等．二元复合体系／大庆原油间的动态低界面张力研究．化

学与粘合，1997(4)：202

[5] Rosen M.J. Surfactant and Interfacial Phenonena. John Wiley & Sons Inc. New

York: 229～235

[6] K.S.Chan,D.O.Shah著，杨承志译.在油-盐水界面上产生超低界面张力必需的

物化条件.化学驱提高石油采收率.石油工程出版社，1998：43～47 [7] 杨金华，曹亚等.高分子表面活性剂与原油形成超低界面张力的研究.精细化

工，1999(1):32

[8] 杨振宇．三元复合驱驱油机理研究取得了重要突破．大庆石油地质与开发，

2001，20(2)：94

[9] Pitts M.J. Alkaline-Surfactant-Polymer Flooding Prepared for Daqing Petroleum

Institute, June 1999

[10] 高永利，何秋轩等.砾岩油藏复合体系驱油机理研究—以克拉玛依砾岩油藏

为例.石油勘探与开发，1998，25(2)：65～67

[11] 杨清彦，宫文超等.大庆油田三元复合驱驱油机理研究.大庆石油地质与开

发，1999，18(3)：24～26

[12] 刘中春，岳湘安等.聚合物及三元复合体系驱替盲端油的微观机理.油气地质

与采收率，2002，9(6)：58～61

[13] 刘建军，宋义敏等.ASP三元复合体系驱油微观机理研究.辽宁工程技术大

学报，2003，22(3)：236～238

[14] 李华斌，吴文祥.ASP三元复合驱油层适应性研究.西南石油学院学报，2000，

22(4)：48～50

[15] 王克亮，廖广志等．三元复合和聚合物驱油液粘度对驱油效果影响实验研

究．油田化学，2001，18(4)：356

[16] 赵明国.大庆油田三元复合驱中岩石润湿性的变化.大庆石油地质与开发，

32

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

2000，19(2)：34～36

[17] 廖广志，杨振宇，刘奕.三元复合驱中超低界面张力影响因素研究.大庆石油

地质与开发，2001，20(1)：40～42

[18] 李华斌，隋军，杨振宇.大庆油田三元复合驱注入程序及段塞优化设计.西南

石油学院学报，2001，23(5)：46～48

[19] 侯吉瑞，刘中春等．三元复合体系的粘弹效应对驱油效率的影响．油气地质

和采收率，2001，8(3)：62～64

[20] 卢祥国，戚连庆．低活性剂浓度三元复合体系驱油效果实验研究．石油学报，

2002，23（5）：63～65

[21] 翟瑞滨，曹铁，鹿守亮.三元体系中化学剂浓度对驱油效果的影响.大庆石油

地质与开发，2002，21(4)：65～67

[22] 夏惠芬，刘春泽等．三元复合驱油体系粘弹性及界面活性对驱油效率的影

响．油田化学，2003，20（1）：63

[23] 侯吉瑞，刘中春.低碱ASP三元复合驱技术的适用界限分析.石油大学学报(自

然科学版)2003，27(3)：46～48

[24] 王德民．发展三次采油新理论新技术，确保大庆油田持续稳定发展．大庆石

油地质与开发，2001，20（4）：1～2

[25] 陈忠，罗蛰潭等.三元复合驱强化采油技术.西南石油学院学报，1997，19(4)：

44～46

[26] Wang Demin, Zhang Zhehua, A Pilot for Polymer Flooding of Saertu Formation S

Ⅱ 10-16 in the North of Daqing Oil Field, SPE 37009

[27] Schuler P.J., Lerner R.M. and Kuehne D.L. Improving Chemical Flood

Efficiedcywith Micellar/Alkali/Polymer Processes SPE/DOE 14934, 1986 [28] 杨承志，韩大匡等.化学驱油理论与实践.石油工业出版社， 1996：94 [29] Sheu J , Perricone A C. Design and Synthesis of Shale Stabilizing Polymers for

Water-Based Drilling Fluids. Paper SPE 18033 presented at the 63rd Annual Technical Conference and Exhibition of Society of Petroleum Engineers held in Houston, T, October2～5, 1988

[30] WangDemin, ChengJiecheng, etal.Viscous-elastic polymer can increase

microscale displacement efficiency in cores[C]. SPE63227, 2000:1～10

33

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

34

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hp15.html