三元复合驱技术的驱油机理及改进方向

摘要：介绍了三元复合驱技术的驱油机理，综述了三元复合驱油体系存在的不足，以及在改进方面的研究现状。

关键词：三元复合驱油；采收率；表面活性剂；表面张力

常见的化学驱油剂主要有聚合物、表面活性剂和碱。ASP三元( 碱、表面活性剂和聚合物)复合驱是在综合了单一化学驱优点的基础上建立起来的一种新型的化学驱油体系[1]，具有驱油效率高的显著特点，近年来得到了迅速发展。大庆油田矿场试验[2]表明，聚合物驱比水驱提高原油采收率10％以上，而三元复合驱可比水驱提高原油采收率20％以上。可见对三元复合驱油体系的深入研究具有重要意义。

1、三元复合驱的驱油机理[3]

ASP三元复合驱油体系既具有较高的粘度又能与原油形成超低界面张力, 在扩大波及范围、提高驱替效率的同时, 也提高洗油效率, 能改善水驱的“指进”、“ 突进”和油的“圈捕”,从而增加原油产量和提高采收率。该体系驱油效果之所以明显优于单一化学剂驱。是因为多种化学剂具有各自的作用与优势，且相互之间能发挥协同效应。

(1)聚合物的作用是增稠和流度控制。目前最廉价，应用最成熟的产品是聚丙烯酰胺（HPAM）。HPAM已被普遍用来提高注人水粘度和油层波及系数。HPAM的选择着重要与油藏渗透率、孔喉尺寸、注液速度等相匹配, 分子量越大增粘能力越强，浓度越大水解液粘度越大, 驱油能力越大。

(2)表面活性剂的作用是降低油水界面张力和提高洗油效率, 因温度、矿化度、原油组分等油藏条件的不同, 所使用的表面活性剂结构与性能也不相同。石油羧酸盐、石油磺酸盐是现在普遍采用的驱油表面活性剂, 但石油磺酸盐耐温、耐盐性能比石油羧酸盐好。

(3)碱的作用是与原油中的酸性组分反应就地生成表面活性剂, 与外加表面括性剂协同效应更大幅度地降低油水界面张力并作为牺牲剂改变岩石表面的电性, 以降低地层对表面活性剂的吸附量。应用的主产品为NaOH和Na2CO3或二者混用。

2、三元复合驱目前存在的不足

室内和矿场研究表明[2], 三元复合驱采收率可在水驱基础上再提高20％以上，具有较好的增油降水效果。但在应用过程中也暴露出一些问题[4]：三元驱油体系组成中，应用最广泛的强碱(NaOH)虽能与原油中活性组分反应生成天然表面活性剂，与外加表面活性剂产生协同作用，大幅降低油-水界面张力；以及降低表面活性剂的吸附量，使复合驱成本下降。但强碱使用带来现场施工工艺复杂、采油系统结垢、生产井产液能力下降、检泵周期缩短、采出液破乳脱水困难、聚合物溶液粘弹性降低、以及因地层粘土分散和运移导致地层渗透率下降等系列问题，并最终制约三元复合驱工业化推广应用。因此目前弱碱及无碱复合驱油技术研究已成为发展趋势。

2.1 弱碱三元复合驱油体系

无机弱碱(如Na2CO3，NaHCO3)参与的三元复合驱油体系，在注采能力、采油速度、乳化能力等方面均高于强碱三元复合驱，比水驱提高采收率2O%以上。此外，与普通强碱三元复合驱相比，弱碱三元复合驱可大大减少对地下岩石溶蚀及对油层伤害。袁新强等[5]研究表明，可溶性硅磷酸盐替代NaOH时，该复合驱油体系具有明显缓蚀阻垢作用，同时可得到超低油水界面张力(10-3mN/m)、优于普通(强碱)三元复合体系和聚合物溶液的调剖效果。

中强度(pH值=9)中性及弱碱性缓冲碱(Na2CO3／NaHCO3)既能保证石油皂生成，充分利用石油酸，降低外加表面活性剂浓度，又可与地层SiO2相互作用，防止硅垢的生成，经过现场实践证明[6]，应用中强度缓冲碱代替强碱，在“三采” 中是有利的。

此外，研究表明[7]，应用有机碱(弱聚合物酸性钠盐)代替和改进传统三元复合驱用的无机碱(如Na2CO3，NaHCO3)一样可获超低界面张力，且有机碱不会与二价阳离子(如Ca2+、Mg2+)反应生成沉淀，不会影响水质及驱油效果，在硬水中同样能有效驱油。

2.2 无碱二元复合驱油体系

两性表面活性剂因其形成的聚表二元体系与油的界面张力可达超低而备受关注。夏惠芬等[8]认为聚丙烯酰胺／两性表面活性剂(羧基甜菜碱)二元复合体系可形成超低(10-3mN/m)界面张力，其利用聚合物溶液黏弹性和表面活性剂体系的超低界面张力特性，使采收率大幅提高。吴文祥等人[9]研究表明，无碱的和加入少量Na3PO4作为牺牲剂的聚合物／磺基甜菜碱二元体系与含强碱(NaOH)的常规三元复合体系具有同样的驱油效果，在人造均质和非均质岩心上复合驱采收率增值均在25%以上，该复合体系与模拟大庆采油四厂原油问界面张力达到10-3 mN/m数量级。

近年来，双子表面活性剂／疏水缔合聚合物驱油体系因其协同性好、高的界面活性、独特的流变性而研究活跃。蒲万芬等[10]通过在室内模拟中原油田油藏温度(70℃)条件下双子表面活性剂NNMB与疏水缔合聚合物NAPS二元复合体系与原油的界面张力，认为NAPS对NNMB溶液界面张力值没有明显影响；NNMB／NAPS二元体系中加入一定量氯化钠，可增加表面活性剂降低界面张力的效率；该体系与原油问的最低瞬态界面张力均低至10-3 mN/m，这种新型二元体系对于高矿化度非均质油藏提高原油采收率具有很大应用前景。

3、三元复合驱的发展趋势

三元复合驱由于驱油效率高等显著特点，近年来已得到迅速的发展。但由于其不足，三元复合驱在应用后的结垢和乳化等问题的研究已成为关注的焦点，其次，弱碱或无碱复合驱油体系也成为该体系的改进方向，特别是无碱二元复合驱的优点变得日益突出，开始成为重点研究方向，但此类研究较少，有待更全面更深入的研究。

参考文献

[1]李俊．无碱式二元复合驱油体系的研究与实践．科技创新，2008,1:116～117.

[2]王克亮，廖广志，杨振宇，李建路．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):354.

[3]王伟东，吕振山，邸胜杰，赵明霞，张华．高含水油田化学复合驱油技术研究．科技创新与节能减排，478～479.

[4]赵楠，刘忠运，陆晓锋，汤超，涂军．弱碱及无碱复合驱油技术研究进展．石油天然气学报，2010,2(32）:341.

[5]袁新强，李佰广，赵劲毅.可溶性硅磷酸盐复合体系驱油效果研究[J].油田化学，2008,25(2):l7O～173．

[6]Ganzuo Li，Limin Zhai，Guiying Xu，eta1.Current tertiary oil recovery in China EJ].J Dispersion Sci Technol，2000，21(4):367～408.

[7]宋丽平，易泽勇，马秀伟．应用有机碱改进三元复合驱(ASP)工艺[J]．国外油田工程，2007,23(8):1～4.

[8]夏惠芬，张新春，马文国．超低界面张力的二元驱油体系对水驱残余油启动和运移机理[J]．西安石油大学学报(自然科学版)，

2008,23(6)：65～70．

[9]吴文祥，张武，刘春德等．磺基甜菜碱BS11／聚合物复合体系驱油实验研究[J]．油田化学，2007,24(1):60～62.

[10]杨燕，蒲万芬，刘永兵等．NNMB／NAPS二元体系与原油界面张力研究[J]．西南石油学院学报，2006,28(1):68～70.