弱碱体系三元复合驱采出液分离技术及机理研究

论文摘要

基于碳酸钠的弱碱体系三元复合驱具有对地层伤害低、采出液成分简单、井筒和采出液地面处理设施结垢轻微的优势,近年来驱油剂配方研制和矿藏试验中越来越受到重视。前期开展的有关三元复合驱采出液油水乳化、稳定和油水分离技术的研究主要集中在强碱体系三元复合驱采出液,而对弱碱体系三元复合驱采出液的研究报道较少。因此,对弱碱体系三元复合驱采出液进行油水乳化、稳定和油水分离技术的基础研究具有重要的理论意义和实用价值。本课题针对大庆油田北三西小井距试验区的弱碱体系烷基苯磺酸盐表面活性剂三元复合驱采出液进行理化性质、油水乳化和分离机理的研究,并研制和评价了采出液破乳剂及采出水清水剂。弱碱体系三元复合驱采出液中的碱和表面活性剂通过降低油水界面张力,聚合物通过增大水相粘度使采出液油水乳化程度增大,油珠粒径减小;聚合物对水相的增粘作用使油珠上浮和水膜排液速度降低;表面活性剂和低含量的碱使油水界面负电性、粘度和刚性增强,阻碍了油珠之间的聚集和聚并。ω（表面活性剂）=0.06%时,油水动态界面张力下降至10.2～11.1mN/m。ω（碱）=0.1%,聚合物和表面活性剂含量为0.04%时,油珠粒径中值仅为2.64μm。ω（聚合物）=0.04%、ω（表面活性剂）=0.02%、ω（碱）=0.12%时,含水率为80%的O/W型采出液经过150min静置沉降后的油层上部含水率高达6.93%。未添加聚合物、ω（碱）=0.12%、ω（表面活性剂）=0.03%时,含水率为80%的O/W型采出液经过30min静置沉降后的水相含油量高达1344mg/L。弱碱体系三元复合驱采出原油中的Ba、Na和S元素比水驱原油有所提高,而Fe、Ni、Mg元素的含量则有所下降。弱碱体系三元复合驱采出液相分离过程中水层中悬浮固体颗粒主要是硅铝酸盐和二氧化硅颗粒,粒径分布在1～7μm之间。油水界面张力低（26.1mN/m）,油珠表面负电性强（Zeta电位为-27.7mV）,油珠之间存在明显的静电排斥力,对油珠之间的聚集和聚并有显著的阻碍作用。油水乳化程度高（油珠粒径为1～10μm）,分离速率低,含有阴离子型表面活性剂和聚合物,水相悬浮固体含量高（156mg/L）。低驱油剂含量的采出液中未投加破乳剂的情况下,需要在40℃静置沉降16h才能达到100mg/L的过滤器进水含油量控制指标。将量子化学方法用于破乳剂的分子设计,计算多种官能团与沥青分子中特征官能团和水分子的氢键键能。结果表明,2-甲基丁基磺酸负离子与水的氢键作用能较大（-221.8535KJ/mol）,2-甲基丁基酰胺与水的氢键作用能次之（-109.4827KJ/mol）,而5-氨基萘酚与水的氢键作用能较小（-92.6796KJ/mol）。优选出磺酸基和酰胺基作为破乳剂中的功能基团,进而研制了破乳剂GFD410-8,解决了当前弱碱体系三元复合驱采出液油水分离不达标的技术难题。添加GFD410-8为30mg/L的现场动态条件下,弱碱体系三元复合驱采出液脱除游离水后的含水率在4.4～14.6%之间,分离采出水含油量在490～840mg/L之间,远低于30%和3000mg/L的游离水脱除指标。复合清水剂CF1002对低驱油剂含量的弱碱体系三元复合驱采出水具有良好的清水效果。添加CF1002为757mg/L时,可将处理后弱碱体系三元复合驱采出水的悬浮固体含量降低到8.4mg/L,远低于20mg/L的大庆油田有限公司含聚合物采出水回注高渗透率油藏的悬浮固体含量指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 三元复合驱技术简介及驱油机理
• 1.1.1 提高原油采收率原理
• 1.1.2 碱驱基本原理
• 1.1.3 聚合物驱油基本原理
• 1.1.4 表面活性剂驱油基本原理
• 1.1.5 三元复合驱驱油机理
• 1.2 乳状液的形成及稳定机理
• 1.2.1 表面活性物质在界面上的吸附与界面张力
• 1.2.2 界面剪切流变性
• 1.2.3 扩散双电层与界面电势
• 1.2.4 乳状液的分散相粒径分布和流变性
• 1.2.5 乳状液的稳定性
• 1.2.6 DLVO理论
• 1.3 原油乳状液的物理和化学破乳
• 1.4 化学驱采出液处理技术进展
• 1.5 课题的提出及研究内容
• 2 弱碱体系三元复合驱采出液的成分、结构和分离特性
• 2.1 实验材料及方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 采出水分析
• 2.1.3 原油分析
• 2.1.4 采出液微观结构的观察
• 2.1.5 采出液油水界面性质测试方法
• 2.1.6 现场采出液分离特性评价测试方法
• 2.1.7 游离水静置沉降分离特性测试方法
• 2.1.8 采出水离心分离特性测试方法
• 2.1.9 采出水浮选处理效果测试方法
• 2.1.10 采出水超声波处理效果测试方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 弱碱体系三元复合驱采出液的成分
• 2.2.2 弱碱体系三元复合驱采出液的结构
• 2.2.3 弱碱体系三元复合驱采出液的油水界面性质
• 2.2.4 弱碱体系三元复合驱采出液的分离特性
• 2.3 本章小结
• 3 驱油剂对弱碱体系三元复合驱采出液体相性质和界面性质的影响
• 3.1 实验材料及方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 模拟采出液视粘度和乳状液类型测试方法
• 3.1.3 油相粘度测试方法
• 3.1.4 水相流变性测试方法
• 3.1.5 油水平衡界面张力测试方法
• 3.1.6 油水动态界面张力测试方法
• 3.1.7 油水界面剪切流变性测试方法
• 3.1.8 油水界面扩散双电层Zeta电位测试方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 驱油剂对采出液视粘度和乳状液类型的影响
• 3.2.2 驱油剂对油相粘度的影响
• 3.2.3 驱油剂对水相流变性的影响
• 3.2.4 驱油剂对油水平衡界面张力的影响
• 3.2.5 驱油剂对油水动态界面张力的影响
• 3.2.6 驱油剂对油水界面剪切流变性的影响
• 3.2.7 驱油剂对油水界面扩散双电层的影响
• 3.3 本章小节
• 4 驱油剂对弱碱体系三元复合驱采出液和采出水油水分离特性的影响
• 4.1 实验材料及方法
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 模拟采出液油水分离特性测试方法
• 4.1.3 模拟采出水油水分离特性测试方法
• 4.2 结果及讨论
• 4.2.1 驱油剂对弱碱体系三元复合驱采出液油水分离特性的影响
• 4.2.2 驱油剂对模拟弱碱体系三元复合驱采出水油水分离特性的影响
• 4.3 本章小结
• 5 弱碱体系三元复合驱采出液的乳化和稳定性研究
• 5.1 试验材料及方法
• 5.1.1 实验材料
• 5.1.2 O/W型采出液相分离过程显微观测方法
• 5.1.3 O/W型采出液油珠粒径的测试方法
• 5.2 结果及讨论
• 5.2.1 弱碱体系三元复合驱采出液的相分离过程
• 5.2.2 弱碱体系三元复合驱采出液的乳化行为
• 5.2.3 弱碱体系三元复合驱采出液的稳定机理
• 5.3 本章小结
• 6 弱碱体系三元复合驱采出液处理药剂研究
• 6.1 实验材料及方法
• 6.1.1 实验材料
• 6.1.2 弱碱体系三元复合驱采出液破乳效果的评价方法
• 6.1.3 模拟采出水油珠聚并测试方法
• 6.1.4 模拟采出水静置沉降分离特性测试方法
• 6.1.5 油水界面扩散双电层Zeta电位测试
• 6.1.6 油水界面张力和界面剪切流变性测试
• 6.1.7 水相视粘度测试
• 6.1.8 弱碱体系三元复合驱采出水混凝/絮凝效果测试方法
• 6.2 破乳剂的分子设计
• 6.2.1 计算模型及方法
• 6.2.2 单个分子及其与水的氢键作用能
• 6.2.3 破乳剂与胶质沥青质之间的氢键作用
• 6.3 弱碱体系三元复合驱采出液破乳剂的研制及破乳效果评价
• 6.3.1 破乳剂配方的研制
• 6.3.2 破乳剂的适应性评价
• 6.4 弱碱体系三元复合驱采出液破乳剂的作用机理
• 6.5 弱碱体系三元复合驱采出水清水剂的研制及清水效果评价
• 6.6 弱碱体系三元复合驱采出液破乳剂的现场应用
• 6.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点汇总
• 致谢