碱复合蒸汽驱提高高酸值稠油采收率机理研究_吴婷.pdf

第52 卷第2 期 当 代 化 工 Vol.52，No.2 2023年2月 Contemporary Chemical Industry February，2023 基金项目基金项目：国家自然科学基金，基于焦炭沉积机制的燃烧前缘扩展行为研究（项目编号：52174034）；四川省科技计划资助，绿色高效页岩油藏注空气提高采收率关键技术(项目编号：2021YFH0081)。收稿日期收稿日期：2021-01-20 作者简介作者简介：吴婷（1985-），女，山东省东营市人，中级工程师，硕士，2012 年毕业于中国石油大学（华东）油气田开发专业，研究方向：稠油热采开发。E-mail：。通信作者通信作者：李一波（1986-），男，副教授，博士，研究方向：油气田开发。E-mail：。碱复合蒸汽驱提高高酸值稠油采收率机理研究 吴婷1，刘志龙1，王秋霞2，于晓涛1，罗珊1，乔德康1，李一波3（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300280；3.西南石油大学，成都 四川 610500）摘 要：针对新疆油田 J 油藏稠油酸值高的特点，基于酸碱反应原位生成表面活性剂的机理，提出碱复合蒸汽驱提高采收率的方法，通过实验探究强碱和弱碱与高酸值原油反应对界面张力、润湿性及乳化性能的影响，进一步明确了碱与高酸值原油反应的机理和效果及碱蒸汽在多孔介质中的驱油效率。结果表明：质量分数 0.1%的 NaOH 溶液与原油具有最小界面张力；同时质量分数 0.1的 NaOH 溶液改善润湿性效果较好，这是因为碱与原油中的酸反应生成表面活性剂，将岩石由油湿转化为水湿；乳液油水比为 37 时，NaOH 溶液具有最佳的乳化降黏效果。在蒸汽驱过程中，由于原油和蒸汽密度的差异，累积驱油效率仅为 38.94。在碱蒸汽复合驱过程中，注入碱溶液后，乳化降黏效果明显，稠油的流动能力增强，驱油效率提高，含水率降低。达到经济极限时，累积驱油效率达到 54.02%，累积驱油效率提高了 15.08%，具有更好的驱油效果。关 键 词：稠油；高酸值；蒸汽驱；碱溶液；乳化降黏；润湿性 中图分类号：TE357.46 文献标识码：A 文章编号：1671-0460（2023）02-0257-06 Mechanism of Improving Recovery of High Acid Value Heavy Oil by Alkali Assisted Steam Flooding WU Ting1,LIU Zhi-long1,WANG Qiu-xia2,YU Xiao-tao1,LUO Shan 1,QIAO De-kang1,LI Yi-bo3（1.CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.,Tianjin 300452,China;2.Tianjin Branch of CNOOC Limited;Tianjin 300280，China；3.Southwest Petroleum University,Chengdu Sichuan 610500,China）Abstract:In view of the high acid value of heavy oil in J oil reservoir in Xinjiang,based on the mechanism of in situ generation of surfactant by acid-base reaction,the method of improving oil recovery by alkali assisted steam flooding was proposed,the effects of reaction between strong base,weak base and high acid value crude oil on interfacial tension,wettability and emulsifying properties were investigated through experiments,further clarifying the mechanism and effect of alkali and high acid value crude oil reaction and oil displacement efficiency of alkali vapor in porous medium.The results showed that mass fraction 0.1%NaOH solutionhad the lowest interfacial tension with crude oil;while mass fraction 0.1%NaOH solutionimproved the wettability better because the alkali reacted with the acid in the crude oil to form a surfactant,which converted the rock from oil wettability to wet wettability;NaOH solution had the best emulsification and viscosity reduction effect when oil to water ratio of emulsion was 37.In the steam flooding process,the cumulative oil displacement rate was only 38.94%due to the difference between crude oil densityand steam density.In the process of alkali assisted steam flooding,after injection of 0.1%NaOH solution,the emulsification viscosity reduction effect was obvious,the flow capacity of heavy oil was enhanced,the oil displacement rate was increased and the water cut was reduced.When the economic limit was reached,the cumulative oil displacement rate reached 54.02%,and the cumulative oil displacement rate increased by 15.08%,which had better oil displacement effect.Key words:Heavy oil;High acid value;Steam drive;Alkaline solution;Emulsified viscosity reduction;Wettability 随着经济的快速发展，石油、天然气等化石能源的需求不断增加，而传统的石油产量增长缓慢，开发非常规资源已成为满足石油能源需求的重要途径。重油和沥青作为最重要的非常规石油资源之一1-2，这些重油大多为高酸值原油，世界含酸和高酸值原油约占全球原油总供应量的 5%，而且还以每年 0.3%的速度继续增长，而我国高酸值原油资源非常丰富，分布较为广泛，开采的潜力巨大3-4。原油的酸值是指中和 1 g 原油中的酸性组分所消耗的KOH 的毫克数，直接反映了原油中有机酸含量的高低。通常将酸值介于 1.05.0 mgKOHg-1的原油定义为高酸值原油5。通常高酸值原油不仅酸值较高，黏度和密度大，胶质、沥青质和金属等含量也较高3。对高孔高渗的油藏来说，蒸汽驱是较为重要的DOI:10.13840/21-1457/tq.2023.02.048 258 当 代 化 工 2023 年 2 月 一种采油方式，将蒸汽作为承载热量的流体和驱动的介质，降低原油黏度，蒸汽与原油形成混相驱等，通过注入的热量来提高驱油效率6-7。针对高酸值稠油油藏特性，向蒸汽中加入碱，从而碱性物质和原油中的酸性物质发生反应，原位生成表面活性剂，达到降低油水界面张力、乳化原油、改变润湿性的效果，使得原油流动阻力降低，减小流度，增加蒸汽重力，减轻蒸汽超覆8-9。目前科研工作者主要研究了表面活性剂和碱在稠油中的乳化作用、对油水界面张力的影响及微观驱替的效果，但对于碱与高酸值稠油的反应机理鲜有研究，碱复合蒸汽驱的室内研究缺乏10-13。本文详细探讨了碱与高酸值原油的反应机理以及对原油界面张力、乳化作用和岩石润湿性的影响规律，并采用物理模拟实验分析了碱蒸汽复合驱的驱油效果，研究结果为高酸值稠油油藏的开发提供理论依据，具有重要意义。1 实验部分 1.1 材料与仪器 新疆 J 油藏原油，黏度（20）23 670 mPas，相对密度为 0.943 5，API 度为 18.47，四组分质量分数：饱和分 47.1%、芳香分 23.7%、胶质 27.3%、沥青质 1.9%；碳酸氢钠、氢氧化钠，分析纯，成都科龙化工试剂厂。Anton Parr MCR302 型高温高压流变仪，奥地利安东帕公司；Orbitrap Fusion 质谱仪，上海费尔伯恩精密仪器有限公司；SVT20 视频旋转滴张力仪，德国 dataphysics 公司；HARKE-SPCA 接触角测定仪，北京哈科试验仪器厂；DV3TLVTJ0 型黏度计，上海捷沪仪器仪表有限公司；多功能岩心驱替装置，成都岩心科技有限公司；P12L/H 移动式蒸汽发生器，扬州华宝石油仪器有限公司。1.2 实验方法 1.2.1 原油黏度和酸性组分测定 先称取一定量的脱水原油，放入设置一定温度的水浴锅中恒温 45 min，利用 Anton Parr MCR302型高温高压流变仪设定剪切速率为 45 s-1，测定在温度区间 25100 的原油黏度。参照文献14中方法将原油中酸性组分分离，利用色-质联用分析仪对石油酸分子进行了测试。1.2.2 界面张力测定 配制不同质量分数（0.01%、0.03%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）的 NaOH 和 NaHCO3溶液，参照中国石油天然气行业标准表面及界面张力测定方法（SY/T 53701999），利用 SVT20视频旋转滴张力仪，分别测量不同温度梯度（35、50、65、80）下清水、碱液与原油间界面张力，转速为 6 000 rmin-1。1.2.3 润湿性能测定 配制不同质量分数（0.01%、0.03%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）的 NaOH 和 NaHCO3溶液，参照中国石油天然气行业标准油藏岩石润湿性测定方法（SY/T 51532007），使用砂岩岩心模拟油藏岩石，将该砂岩岩心放入 J 油藏原油中浸泡 12 h 后取出，分别浸入不同质量分数（从低到高）的碱液中，将油滴滴至岩心表面，待吸附的油滴形状稳定后，使用 HARKE-SPCA 接触角测定仪观察清水、不同质量分数的碱液对模拟岩心润湿性的影响。1.2.4 乳液的制备与降黏效果测定 以乳液总量为 40 mL 为基准，按照不同油水体积比（73、11、37）配制样品，加入不同质量分数（0.1%，0.2%，0.3%，0.5%）NaOH 和 NaHCO3溶液，在恒温 80 磁力搅拌器转速 700 rmin-1下搅拌 30 min，利用 DV3TLVTJ0 型黏度计测定在温度为 80、剪切速率 7.4 s-1时乳液的黏度。1.2.5 碱复合蒸汽驱物理模拟实验 在先前测试分析的基础上，优选出质量分数0.1%的 NaOH 溶液作为碱驱的碱