ASP三元复合驱机理.docx

ASP三元复合驱机理.docx

《ASP三元复合驱机理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ASP三元复合驱机理.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

ASP三元复合驱机理

油田化学

三元复合驱中各种化学剂的作用及

ASP提高采收率机理

班级：

石工1405

********

学号：

******1107

********

中国石油大学（华东）

2016年10月

三元复合驱中各种化学剂的作用及

ASP提高采收率机理

摘要：

三元复合体系驱油技术，简称三元复合驱，是指在注入水中加入低浓度的表面活性剂、碱和聚合物进行驱油的一种提高石油采收率方法，是20世纪80年代初国外出现的化学采油新动向。

本文分析了三元复合驱各种化学剂的作用及它们之间的协同效应，同时分析了ASP提高采收率的机理。

本文还介绍了三元复合驱的发展历史、现状以及未来需要克服的问题。

关键词：

三元复合驱聚合物表面活性剂碱作用EOR机理现状

引言

在油田开采的历史上，依靠油层自身能量采油的方法曾经历了相当长的一段时期。

在当时，因为油田未开发或开发时间较短、地层压力高，原来溶解于原油中的天然气膨胀而将原油举升到地面，这种方法称为能量衰竭采油法，也称一次采油，采收率一般只能达到10%~15%OOIP（原油地质储量）。

后来，人们开始采用人工注水法采油，即二次采油，这种方法是指在地层原有能量衰竭后，在油层边缘或油层内部，由地面向井内注水，从生产井中采油。

注水的作用是补充油层的驱油能量，可以达到25%~40%的采收率。

随着科学技术的发展和进步，人们开始对二次残余油（也称水驱残余油）进行开采，主要是通过向油层注入化学剂或气体进行第三次开采，称为三次采油（tertiaryoilrecovery）或强化采油（enhancedoilrecovery，EOR）。

EOR技术中的化学驱，目的主要是为了降低油水界面张力，于是三元复合驱这种超低界面张力驱油体系出现了。

三元复合驱，就是将碱、表面活性剂、聚合物混合的驱油体系，其方法的实质是用廉价的碱部分代替价格昂贵的表面活性剂和聚合物，以提高有效化学驱的化学剂效率。

它可以说是一种既能提高驱油效率又能提高波及系数并可能在技术和经济两方面都过关的高效三次采油新技术。

对于我国来说，我们对ASP的研究虽然起步较晚，但发展很快，大庆、胜利、克拉玛依、辽河、南阳等油田先后开展了室内评价研究和矿场实验并取得了巨大的成功。

总之，ASP还有巨大的发展空间。

第一章三元复合驱概述

复合驱是指两种或者两种以上的驱油成分组合起来的驱动。

碱（A）+表面活性剂（S）+聚合物（P）的驱动叫ASP三元复合驱。

由于单一的聚合物驱（提高波及系数但不能提高驱油效率）、碱水驱（改善润湿性及乳化夹带但不能进行流度控制）以及表面活性剂（提高驱油效率但不能提高驱油效率）各有优缺点，它们如果在配伍的条件下混合或者联合使用，那么可以在功能和作用机理上优势互补从而达到最佳的驱油效果。

ASP驱是在碱水驱基础上发展起来的三次采油新方法，重点还是强调碱水驱，其方法的实质是用廉价的碱部分代替价格昂贵的表面活性剂。

这种驱油方法不仅可以大幅度降低表面活性剂的用量，使表面活性剂的有效浓度降低到0.1%~0.3%，而且可以降低表面活性剂和聚合物的吸附滞留损失，特别是价格昂贵的表面活性剂，降低幅度可达到50%以上，另外，碱剂与原油中的天然有机酸反应生成天然的表面活性剂（石油酸皂），可与外加表面活性剂产生有利的协同效应，从而提高原油采收率。

三元复合驱在国内的起步比较晚，但进展比较快。

与其它化学驱相比，三元复合驱提高采油效率比较明显，而且成本也很低。

其过程可见下图：

第二章三元复合驱中各种化学剂的作用

1.碱剂在复合驱中的作用

（1）降低油水界面张力的作用和机理与碱水驱中的基本相同。

由于界面张力的降低，因此可以大幅度提高驱油效率。

（2）溶解坚硬的界面膜以及原油的乳化。

大量的研究表明，水和部分油滴界面处存在坚硬的薄膜结构。

沥青质、胶质和石蜡都是产生坚硬界面膜的组分。

界面膜的存在使油滴相互隔离、缩小孔喉、限制油滴在孔喉中的连续流动。

碱剂可以溶解这些膜，促使原油乳化和聚并。

（3）原油-岩石-地层水系统中岩石表面的润湿性改变。

由于储集层的润湿性决定了残余油的分布特点。

注入碱水后，他不仅可以与边界层中的表面活性组分发生反应、破坏边界层，而且可以改变矿物和岩石的表面特性，使岩石表面由亲油性向亲水性转化，有利于参与油滴的火花和转移。

（4）提高驱油剂的波及效率。

碱剂注入后，与地层水之间的Ca2+、Mg2+发生反应沉淀，也可以和广泛存在的硅物质、岩石、铝硅酸盐矿物等经过长时期作用形成含硅、铝元素的交替或絮凝状物质，随着驱替液流动并在小孔喉处停下，堵塞喉道。

这种现象的出现，虽然降低了岩石渗透率；但又改变了孔隙结构，可以提高驱油体系的波及效率。

（5）降低价格昂贵的表面活性剂和聚合物在油层岩石上的吸附滞留量。

在一定程度上起牺牲剂的作用，大幅度提高表面活性剂和聚合物的有效利用率。

2.表面活性剂在复合驱中的应用

表面活性剂的两亲结构决定了它的作用即降低油水界面张力、降低毛管黏滞阻力和降低残余油滴的渗流张力，从而达到活化残余油滴的作用。

因此可以大幅度提高驱油效率。

当然也有乳化原油、降低注入压力、改变润湿性等作用和机理。

3.聚合物在复合驱中的应用

聚合物在复合体系中的主要作用是增加驱油体系的表观黏度，提高溶液在有层中的波及体系。

此外，聚合物还具有一定的黏弹效应。

可以提高驱油效率。

4.三者之间的协同效应

（1）碱的作用

a）碱与石油酸反应生成的表面活性剂，可将原油乳化，提高驱油介质粘度，因而加强了聚合物控制流度的能力。

b）碱与石油酸反应生成的表面活性剂与合成的表面活性剂有协同效应。

c）碱可与钙、镁离子反应或与粘土进行离子交换，起到牺牲剂的作用，保护了聚合物与表面活性剂。

d）碱可提高砂岩表面的负电性，减少砂岩表面对聚合物和表面活性剂的吸附量。

e）碱可提高聚合物（HPAM）的稠化能力。

f）碱可提高生物聚合物的生物稳定性。

（2）表面活性剂的作用

a）表面活性剂可降低聚合物溶液与油的界面张力，使它具有洗油能力。

b）表面活性剂可使原油乳化，提高了驱油介质的粘度。

乳化的油越多，乳状液的油越多，乳状液的粘度越高。

c）若表面活性剂与聚合物形成络合物结构，则表面活性剂可提高聚合物的增粘能力。

d）补充碱与石油酸反应产生表面活性剂的不足。

（3）聚合物的作用

a）聚合物改善了表面活性剂和碱溶液对油的流度比。

b）聚合物对驱油介质的稠化，可减小表面活性剂和碱的扩散速率，从而减小它们的药耗。

c）聚合物可以与钙、镁离子反应，保护了表面活性剂，使它不易形成地表面活性的钙镁盐。

d）聚合物提高了碱和表面活性剂形成的水包油乳状液的稳定性，使波及系数和洗油能力（按乳化——携带机理）有较大的提高。

第三章ASP提高采收率机理

ASP驱提高原油采收率的主要机理是油水界面间超低界面张力的取得及流度比的改善，从而进一步改善了驱替过程的扫及效率和波及效率，使采收率有较大幅度的提高。

（1）降低油水界面张力即毛管阻力提高驱油效率

由于ASP体系中含有表面活性剂和碱剂，界面张力降低到了10-3mN/m数量级的超低值，因此，大量未被水驱出的残余油滴和油块被活化而流动、粘附在岩石表面的油膜被逐渐剥离而逐渐形成活化了的油滴或油块，随着驱替液一起流动而被驱替出来。

（2）克服指进现象

由于ASP体系中含有聚合物，溶液的表观粘度比单一油相粘度高，因此驱替前缘较均匀，无明显指进现象（两相不混溶流体驱替过程中，由于两相粘度的差异造成前沿驱替相呈分散液束形式，即像“手指”一样，向前推进，这种现象称为粘性指进）。

（3）体系的粘弹效应，可以提高驱油效率和波及效率。

由于聚合物的粘弹效应，喉道凹陷处的油块也可以被驱替出来。

（4）舌形层流提高驱油效率和波及效率。

聚合物的存在可以增大体系在岩石孔喉的流动半径，提高了波及效率。

（5）变形活塞提高驱油效率和波及效率。

（6）乳化夹带提高驱油效率。

表面活性剂和化学碱有乳化能力，与原油发生明显的乳化作用，残余油和油膜会被乳化为颗粒较小的小油滴，然后被夹带驱替出来。

还有一些其他的机理，如汇聚机理、部分膜流动机理、海恩斯跳跃、爬行机理、卡断机理、小孔包围大孔机理、指进机理和绕流机理等等。

第四章ASP驱的优缺点

1、优点：

（1）ASP三元复合驱中的碱比较低廉，它与天然有机酸形成表面活性剂，并且外加了少量的合成表面活性剂以增强其界面活性，其成本比较低。

（2）三元复合驱油剂具有很强的驱油能力，能够驱出水驱难以驱出的重质残余原油，大幅度提高了油井的生产能力。

（3）三元复合驱能够改善油层的吸水界面，并在驱油过程中形成高饱和度的原油富集带，大大提高了油井的生产能力。

（4）降低表面活性剂的吸附量。

2、缺点：

（1）碱：

关于三元复合驱的缺点主要是由碱造成的。

碱会对油层岩石骨架和胶结物有严重的伤害，因此必然对油层造成伤害。

轻者造成油层渗透率增大，注入压力下降，或油水井结垢，清洗油管。

严重的将造成油层坍塌，特别是注入井近井地带油层的坍塌，甚至油层的堵塞，同时也有可能会对设备造成腐蚀。

（2）表面活性剂：

广泛使用的表面活性剂是价格相对较低、来源广且产品性能稳定的石油磺酸盐。

注入的石油磺酸盐（钠）与地层中的多价阳离子如Ca2+、Mg2+发生反应生成二价石油磺酸盐（钙、镁）。

当Ca2+、Mg2+达到一定浓度时，就会发生二价石油磺酸盐沉淀；当石油磺酸盐浓度增加时，沉淀物又会溶解，这样就会出现沉淀-溶解-再沉淀的现象，这将影响表面活性剂在孔隙介质的滞留损失，另外二价石油磺酸盐沉淀不仅严重堵塞油层，而且可加快表面活性剂的消耗速度，使ASP驱的驱油作用过早失效，增加成本。

第五章发展历史、现状及未来展望

1.发展历史

我国的三次采油化学驱的工作开展较晚，1979年，原石油工业部将三次采油列为我国油田开发十大科学技术之一，成立了专项领导小组，开始组织国内有关科研单位和油田着手进行了国内外三次采油技术调研，并组织与国外技术合作，引进先进技术，揭开了我国三次采油高速发展的序幕。

1982年，在对国外5个主要石油生产国l0余种三次采油方法筛选、综合分析的基础上，对我国23个主力油田进行了三次采油方法粗筛选；l984年开始，与日本、美国、英国和法国等国，在大港、大庆和玉门等油田进行聚合物驱油和表面活性剂驱油技术合作，为我国在较短时间内吸收和掌握20世纪80年代国际三次采油先进技术创造了条件；“七五”、“八五”期间连续列为国家重点科技攻关项目，遵循“立足国情，着眼三次采油转化为生产力，加快实现工业化应用步伐”的指导思想，组织了国内中国科学院、大学、石油院校和油田有关科研单位，组成了“产、学、研”大型联合技术攻关，取得了重大的成果圈。

目前，我国三元复合驱技术开展的比较早并已取得较大成果的是大庆油田。

大庆油田的二元复合驱技术经过了“八五”和“九五”期间的攻关，已在三元复合驱的机理研究及矿场试验等方面取得了重要进展。

随着大庆油田化工有限公司东吴公司2万吨和3万吨重烷基苯磺酸盐生产装置投产，标志着大庆油田的三元复合驱技术已经进入到了工业化应用。

2.现状

中国目前适合于三元复合驱的地质储量约为83

108t，仅大庆油田就有近14

108t的储量。

大庆油田是我国三元复合驱技术开展的比较早并已取得较大成果的油田。

大庆油田的二元复合驱技术经过了“八五”和“九五”期间的攻关，已在三元复合驱的机理研究及矿场试验等方面取得了重要进展。

随着大庆油田化工有限公司东吴公司2万吨和3万吨重烷基苯磺酸盐生产装置投产，标志着大庆油田的三元复合驱技术已经进入到了工业化应用。

截止2013年底，大庆油田共开展工业性试验5个，工业化区块6个，共动用地质储量3959

104t；累计产油量突破1000

104t，近五年产油量均在100

104t/a以上。

三元复合驱的全成本分析表明，每桶原油成本在24~35美元时，其经济上是可行的。

目前，在国内外应用量最大的碱通常为无机碱，如NaOH、NaCO3、NaSiO3；表面活性剂一般为烷基苯磺酸钠盐和石油磺酸盐；聚合物主要为部分水解的聚丙烯酰胺。

经研究表明，关于ASP驱有以下发现：

（1）三元复合驱可大幅度降低含水。

（2）复合驱扩大了波及体积，提高了驱油效率，采出了水驱无法开采的原油。

（3）复合驱过程中均出现乳化现象。

（4）三元复合驱注采能力下降，注入能力高于聚合物驱，采出能力低于聚合物驱。

（5）三元复合驱中化学剂不是同时产出，但对驱油效果影响不大。

（6）三元复合驱采油速度高于聚合物驱。

（7）三元复合驱比水驱提高采收率20%OOIP左右。

3.必要性和紧迫性

（1）油田储采不平衡的矛盾日益突出，稳产条件变差。

（2）油田进入高含水开采后期，老井产量递减率加大。

（3）加密调整和外围“三滴油田”开发效果变差，不能弥补老井产量递减。

（4）外围勘探对象不断变差，剩余资源越来少。

5.三元复合驱技术所面临的问题及探索研究方向

（1）存在问题。

三元复合驱技术虽然能大幅度地提高采收率，并逐步开始工业性推广应用，但仍存在着一些问题需要进一步研究解决。

a）化学剂用量大。

在大庆油田的实验表明，三元复合驱过程中，由于体系中的表面活性剂在距注入系统约20％井距内的损失量约达80％，所以在大于20％井距后，驱替体系已不能保持超低界面张力，在到达采出端时，表面活性剂吸附损失程度达到最大值；其次是聚合物在近井地带的粘度下降幅度较大，华北油田射孔孔眼粘度损失可达到40％以上，胜利油田粘度在到达监测井时可损失60％以上，大庆油田粘度损失在距注入井30m处则高达70％。

8无论是表面活性剂的吸附损失，还是聚合物的粘度损失，都会加大化学剂的用量。

b）结垢问题严重。

结垢问题是三元复合驱技术发展应用的一大难题。

在注入系统，碱与二氧化碳的不完全反应产物与污水中的阳离子结合，在泵阀、注入泵、静混器等处结垢，这会使注人压力升高，增加能耗；在采出系统，碱可能会与油藏中的一些岩石矿物质发生化学反应，使采出液的组成变得复杂，导致井筒运行条件变差，会出现抽油杆滞后、卡泵等现象，造成抽油机井检泵周期缩短，严重影响机采井的生产时率。

c）采出液破乳、处理困难。

在应用三元复合驱时，体系中的各种化学剂不可避免地会在采出液中出现，碱、聚合物、表面活性剂含量升高，会使采出液粘度增加，从而悬浮固体颗粒的能力增加，再加之表面活性剂所带来的低界面张力，使得这种悬浮液具有较强的稳定性。

而且这种污水在上浮或下沉时受到的阻力也会很大，致使传统的隔油池、沉降设备处理效率下降，过滤装置的堵塞几率增加。

从而使采出液的破乳、处理难度加大。

（2）探索方向。

三元复合驱体系仍处于工业性试验向工业性推广的过渡阶段，将来的发展方向是成为老油田增产的主导技术。

a）等流度注入，进一步提高采收率。

聚能等流度驱油方法，是针对于非均质油层在驱替过程中所出现的“窜流”现象，通过个性化地设计多轮次多段塞组合的注入方式，来进一步提高采收率的方法。

在注入三元液时，可以采取多轮次多段塞组合的注入方式，即通过改变体系中化学剂粘度的方式，来实现等流度驱替，从而在扩大波及体积的同时，进一步提高驱油效率，使采收率有更大幅度的提高。

b）研究高效的表面活性剂，降低化学剂用量。

从活性剂的结构、性能分析人手进行分子设计，从而研制界面活性更为高效、碱度要求低、原油适应性宽和界面性能优越的表面活性剂，在不影响驱油效果的情况下，减少化学剂用量，为复合驱的工业化应用提供物质基础和技术保证。

c）耐高温、耐盐聚合物的研制。

由于三元液中目前所用的聚合物不能应用于高温、高盐的油层，这使得三元复合驱的大面积工业化应用再次受到限制。

另外，三元复合驱的应用对象可能是二、三类油层，因此，需要研制耐温耐盐的新型聚合物。

d）合理解决结垢、破乳等问题。

对于三元复合驱所暴露出来的结垢严重、采出液破乳处理困难等问题，国内外的学者做了很多有益的研究和探索。

如应用智能提捞抽油机很好地解决了卡泵、杆断等问题，其研究理念很值得借鉴，可以利用类似的理念去解决注入端结垢及破乳等问题。

e）由强碱向弱碱向低碱甚至无碱方向发展，减弱三元复合驱中碱带来的的不足。

f）合成工艺由复杂化向简单化方向发展。

第六章油田实例

1.大庆油田

通过多年的研究与实践，大庆油田突破了其低酸值原油无法形成超低界面张力的技术界限，发明了三元复合体系新配方；研制出了烷基苯磺酸盐表面活性剂，实现了工业化生产；优化确定了适合于三元复合驱的井网井距、层系组合和注入参数；攻克了防垢举升、采出液处理等关键配套技术，整体上达到了工业化应用条件。

现场应用实践表明，三元复合驱可在水驱基础上提高采收率20%以上，比聚合物驱提高采收率多10%（见下图）。

2.河南油田

中石化河南油田特高含水高温油藏IV5-11层系三元复合驱技术，矿场应用取得突破性进展。

截止2015年12月1日，主体区累计增油14.75万t，阶段提高采收率6.90百分点，预测最终提高采收率14.2百分点，油藏采收率达到67.5%，实现先导实验区采收率突破60%的目标。

在河南双河油田IV5-11层系从2013年2月开始三元复合驱，到2015年12月完成复合驱开发方案设计的注入量。

其间，该层系32口注入井累计注入聚合物7379t、表面活性剂11088t、碱11634t。

截至2015年11月底，三元复合驱39口井见效35口，见效率89.7%。

峰值日产油由水驱的38.8t上升到166.3t，增加127.5t，产油量提升4.6倍。

第七章总结

通过以上分析，可以知道三元复合驱是一种比较新型的三次采油技术，是碱（A）—表面活性剂（S）—聚合物（P）组成的复合驱油体系，其中的各种化学剂有着自己的作用也有着协同效应。

其提高采收率的主要原理是能够降低界面张力与改善油水流度比。

三元复合驱有着广阔的发展前景也有着不少的问题需要改善，如果能克服目前存在的问题，那么三元复合驱就能在油田大面积的推广，显著地提高采收率。

参考文献

[1]李华斌.三元复合驱新进展及矿场实验.科学出版社，2007.

[2]赵福麟主编.油田化学（第二版）.中国石油大学出版社，2010.

[3]程杰成吴军政胡俊卿.三元复合驱提高原油采收率关键理论与技术.石油学报，第35卷第二期，2014年3月.

[4]吕秀凤.三元复合体系驱油技术研究及应用进展.鸡西大学学报，第15卷第8期，2015年8月.

[5]石油化工,2016年第45卷.