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提高原油采收率之碱/活性剂/聚合物（ASP）三元复合驱

石油0906班23号王国顺提高原油采收率的意义

作为一种重要的能源和化工原料，世界范围内对石油的需求仍将持续增长。尤其在我国，一方面国民经济发展对石油需求量的增长速度比以往任何时候都大；另一方面，我国的各主力油田均已进入高含水或特高含水开采期，开采难度增大，产量递减幅度加大，而且后备储量严重不足，石油的供求矛盾日益突出。据预测，按目前的开采水平，到2005年我国进口原油将高达108吨/年（1亿）。这将对我国国民经济发展造成极其严重的影响。

缓解石油供求之间日益突出的矛盾有两条有效的途径：一是寻找新的原油地质储量；二是提高现有地质储量中的可采储量，即提高采收率。寻找新的油田、补充后备储量是原油增产和稳产最直接、最有效的途径。

碱/活性剂/聚合物（ASP）三元复合驱

碱 /活性剂/聚合物三元复合体系驱油是80年代初出现的新技术。三元复合体系是从二元复合体系发展而来的。人们虽然已经意识到了胶束/聚合物驱的特殊效果，但是，经济因素限制了这一技术的商业化推广。而三元复合体系主要是为了用便宜的碱剂来代替价格昂贵的表面活性剂，以降低有效化学剂的成本，这为复合驱的推广应用奠定了基础。

从化学剂效率（总化学剂成本/采油量）来看，复合体系所需要的表面活性剂和助剂的总量，仅为胶束/聚合物驱的三分之一，复合体系的化学剂效率比胶束/聚合物驱要高。

从提高采收率来看，三元复合驱体系能够采出水驱剩余油的80%以上，可以与最好的胶束/聚合物驱相比，并高于一般的二元复合驱。

从驱油机理来看，三元复合驱比二元复合驱有更广的适应范围，并能明显地降低活性剂的吸附滞留。此外，三元复合驱比二元复合驱有更好的资金回收率。ASP驱油机理

ASP复合驱提高采收率的机理是三种效应的综合结果：①降低界面张力；②流度控制；③减少化学剂损失。

1. 降低油水界面张力

与其它驱替体系相比，三元复合体系（ASP）与原油接触后，界面张力能很快降到10-2mN/m以下，而表面活性剂或碱单独与原油之间的界面张力下降的速度要慢得多。当聚合物浓度适中时，ASP三元复合体系比AS二元体系能产生更低的界面张力。这可能是由于聚合物尤其是聚丙烯酰胺能够保护表面活性剂，使其不与Ca2+、Mg2+ 等高价阳离子反应而使活性剂失去表面活性。同时，表面活性剂和聚丙烯酰胺在油水界面上均有一定程度的吸附，形成混合吸附层。部分水解聚丙烯酰胺分子链上的多个阴离子基可使混合膜具有更高的界面电荷，使界面张力降得更低。另外，碱剂推动活性剂前进，趋向于使最小界面张力迅速传播，这样就减少了碱驱替原油的滞后过程，且可保持长时间的低张力驱过程。

2. 流度控制

在碱/活性剂/聚合物复合驱过程中，由于被驱替的原油流度高，在油墙的前面形成了低流度带，从而保证了较高的扫及效率。由于较高的表观粘度，也增加了局部的毛管数，提高了驱油效率。

而且，ASP体系中，表面活性剂和碱有效地保护了聚合物不受高价阳离子的影响。

有的研究认为，加入活性剂可使聚丙烯酰胺的粘度增加10%～25%，加入碱可使聚丙烯酰胺的粘度增加22%～42%。在各种碱剂中，硅酸钠（Na3SiO4）保护聚合物粘度的性能最好，碳酸钠（Na2CO3）次之，氢氧化钠（NaOH）最差。也有研究报导，碱和活性剂的存在，可使部分水解聚丙烯酰胺的增稠能力变差，体系视粘度损失很大（NaOH—活性剂—部分水解聚丙烯酰胺体系）。

3．降低化学剂的损失

与其它的二元驱替相比，ASP驱能明显地降低化学剂的吸附滞留损失，从而使复配体系发挥出更充分的驱油作用。

ASP三元复合驱技术中的几个问题

从机理上看，ASP复合驱应该兼具碱驱、表面活性剂驱、聚合物驱之长，并且具有三种组分之间的协同效应。目前我国在ASP三元复合驱研究中取得的成果和大量矿场试验结果均表明，ASP复合驱的确具有很高的驱油效率，总采收率可在水驱基础上提高20%左右。就提高采收率而言，这的确是一项很具吸引力的技术。但是在矿场试验中也暴露出一些经济与技术上的问题。这些问题如果不解决，将制约ASP复合驱的工业化应用。这也是对我们研究人员提出的挑战，提供的机遇。

1. 表面活性剂的筛选与研制

ASP复合驱在经济上能否过关，关键之一是表面活性剂。ASP复合驱技术工业应用对表面活性剂的要求是即要高效又要廉价，这的确是一个世界级的难题。化学剂费用是影响化学驱经济效益的关键，也是当今世界EOR技术不能工业化推广的重要原因。我国在“八五”、“九五”期间始终将国产化高校、廉价表面活性剂的研究作为重点攻关项目。常用的驱油表面活性剂可分为三类：

① 石油磺酸盐

大多数用于EOR的表面活性剂配方中都含有石油磺酸盐。生产石油磺酸盐是原料润滑油经磺化除去芳香成分生产白油的副产品。由于对润滑油的需求有限，石油磺酸盐的供应短缺、货源不足。

② 合成磺酸盐

这些磺酸盐价格比较高，但驱油效果更好。

③ 氧乙烯基磺酸盐

这类活性剂具有较强的抗盐能力。

2. 减少化学剂的损失

在驱油过程中，化学剂在油藏孔隙中的吸附、滞留，使其中相当一部分损失在注入井附近的无效驱油区内。尤其是表面活性剂的损失更为严重，知致使驱油体系到达有效驱油区后的性能大幅度降低。在“九五”期间，我们针对大庆油田做了大量的研究工作。减少表面活性剂损失的基本思路是：①筛选一种廉价的化学剂（无机物或有机物──钙皂分散剂有机磷酸盐，木质素，磺酸盐）作为牺牲剂，预吸附；②通过对注入方式的优化设计，提高驱油体系中表面活性剂的有效利用率。很有效，但还有很大的改善潜力。

这个问题的进一步改善，有待于理论（化学剂与岩石表面相互作用机理）和技术思路的突破。

3. 抑制复合体系的组分分理（色谱分离）

在室内实验和矿场试验中，都发现复合体系在孔隙介质中运移和驱油过程中发生明显的组分分离。造成组分分离的原因是复合体系中各组分的分子量不同，与孔隙表面的相互作用特性不同。由于组分分离，复合体系的协同效应（起加和效应）肯定会被弱化。目前，对于复合体系在油藏中的组分分离现象已得到了公认，

但是，对于它对驱油效果的影响却仍存在很激烈的争论。

4. 防垢、除垢

在三元复合驱矿场试验中，一个最为突出的问题是采油井井筒结垢，非常严重，检泵周期为一个月左右。如果这个问题不解决，三元复合驱技术就不能进入工业化应用。通过对垢的分析检测，主要成分是 SiO2。这说明，体系中的碱将油藏骨架溶解了，对油藏的伤害不容忽视。

目前，在矿场试验中，除垢问题还没有很好的办法。

5. 采出液处理

三元复合驱采出液乳化严重，而且其乳状液的结构非常复杂，硬化困难，采出液处理的成本高。经过“九五”的科研，现在我国已经开发出了一些高效破乳剂。今后的主攻方向是：即高效又廉价的硬乳剂与方法。