（油气田开发工程专业论文）稠油热化学驱油技术研究.pdf

叩 蕊 t p s t u d y o fh e a v yo i lt h e r m a l c h e m i c a lf l o o d i n g at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：l ij i n c h a o s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n g g u i c a i p r o f g ej i j i a n g c o l l e g eo f p e t r o l e u me n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s tc h i n a ) 一b ，声 l p 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均己在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期：沙年月官日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部f - j ( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文亲者签名：丝继 指导教师签名：子7 铲 日期：2 , , 4 年月1 2 r 日 日期：弘年月? 日 f 童 埘j l ， p 摘要 针对孤岛三区原油对稠油热化学驱用表面活性剂w t 进行了基本性能评价，研究 表明，7 0 c 条件下w t 溶液与原油质量比3 ：7 和2 ：8 混合，降粘率都在8 5 以上。耐温 性能证明，其在1 5 0 和2 0 0 下均具有很好的耐温性能，浓度半衰期大于3 0 天。7 0 。c 和9 0 。c 条件下，其在石英砂上饱和静态吸附量分别为3 6 1 8 5 m g g 和2 3 3 3 m g g 。另外测 定了w t 的起泡能力，随着温度的升高，体系的起泡体积增大，但泡沫的稳定性能减弱。 表面活性剂w t 溶液与孤岛三区原油之间的动态界面张力为1 0 j m n m 数量级，将w t 与n a o h 复配后，当n a o h 浓度大于o 5 时，可达到超低油水界面张力。 通过室内稠油热化学驱物理模拟实验，对比不同驱替条件下原油采收率，蒸汽驱比 相同温度下的热水驱采收率提高大约6 o ；热表面活性剂驱采收率比热采提高 7 1 2 ，热水表面活性剂驱采收率随着表面活性剂浓度的增大而升高，但是当活性剂 浓度大于o 3 时采收率提高幅度减小，因此，活性剂使用浓度应小于o 3 ：热 0 5 n a o h 复合驱驱采收率比单纯热采提高6 1 2 ；热水表面活性剂碱驱采收率比 相同浓度下热水表面活性剂提高1 2 1 5 ，说明碱与表面活性剂具有很好的协同效应。 相对渗透率曲线影响研究表明，升高温度可以提高油水相对渗透率，增大束缚水饱 和度，减小残余油饱和度。热水表面活性剂驱水相相对渗透率总体高于单纯水驱，随 着界面张力的降低，油相相对渗透率呈增大趋势，束缚水饱和度和残余油饱和度都呈减 小趋势。 关键词：表面活性剂，提高采收率，稠油，热化学驱，相对渗透率 j，蔓 ，i 鼻 | 、 ， s t u d y o fh e a v yo i lt h e r m a l c h e m i c a lf l o o d i n g l ij i n c h a o ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f iz h a n gg u i c a i p r o f g ej i j i a n g a b s t r a c t p r o p e r t i e so fo n e s u r f a c t a n tf o rt h e r m a lr e c o v e r ya r es t u d i e de x p e r i m e n t a l l y w h e nw t s o l u t i o na n dc r u d eo i lw e r em i x e di nt h em a s sr a t i oo f3 7a n d2 8a t7 0 c ，o i lv i s c o s i t yc a nb e d r a m a t i c a l l yd e c r e a s e db ym o r et h a n8 5 b e s i d e s ，w th a sg o o dt e m p e r a t u r er e s i s t a n c ea t 15 0 ca n d2 0 0 。c ，i t sh a l ft i m ei sl o n g e rt h a n3 0d a y s s t a t i ca d s o r p t i o nr e s u l ts h o w st h a tt h e m a x i m u ma d s o r p t i o no fw to nq u a r t zs a n da t7 0 ca n d9 0 。ci s3 6 18 5 m g ga n d2 3 3 3 m g g r e s p c t i v e l y h i g ht e m p e r a t u r ec a ng r e a t l yr a i s et h ef o a mv o l u m e ，h o w e v e rd e c r e a s e st h ef o a m s t a b i l i t y t h ei n t e r r a c i a lt e n s i o n ( i f t ) b e t w e e nw t s o l u t i o na n dc r u d eo i lf r o mg u d a ot h i r d b l o c ki sa b o u t10 q m n m u l t r a 1 0 wi f tc a nb ef u r t h e ra c h i e v e dw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no f n a o hm o r et h a n0 5 w a sa d d e d h e a v yo i lt h e r m a l c h e m i c a lf l o o d i n gt e s t si n d i c a t et h a tt h eo i lr e c o v e r y o fs t e a mf l o o d i n g i sa b o u t 6 0 h i g h e r t h a nt h a to fh o tw a t e rf l o o d i n gw i t ht h es a m et e m p e r a t u r e ； t h e r m a l s u r f a c t a n tf l o o d i n gi s6 5 一12 h i g h e rt h a nt h a to ft h e r m a lf l o o d i n g ，b u t ，t h e c o n c e n t r a t i o no fs u r f a c t a n ts h o u l dn o tb em o r et h a n0 3 w t ，w h e nh o tw a t e r s u r f a c t a n t f l o o d i n g ；t h ei n c r e m e n t a lo i lr e c o v e r yo ft h e r m a lf l o o d i n gb ya d d i t i o no f0 5 w t n a o hi s 6 0 一12 t h a nt h e r m a lf l o o d i n g ；h o tw a t e r a l k a l i s u r f a c t a n tf l o o d i n gh a st h eh i g h e s to i l r e c o v e r y , t h eo i lr e c o v e r yi s 12 一15 h i g h e rt h a nt h a to fh o tw a t e r s u r f a c t a n tf l o o d i n g ， e x h i b i t i n gg o o ds y n e r g i s t i ce f f e c tb e t w e e nn a o ha n d 蹄z t h ee f f e c t so ft e m p e r a t u r ea n di n t e r r a c i a lt e n s i o no nt h er e l a t i v ep e r m e a b i l i t yo fg u d a o h e a v yo i lw e r es t u d i e d ，t h er e s u l ts h o w st h a tt e m p e r a t u r eh a sg r e a ti n f l u e n c eo n t h er e l a t i v e p e r m e a b i l i t yc u r v e w h e nt h et e m p e r a t u r eg o e su p ，t h eo i la n d w a t e rr e l a t i v ep e r m e a b i l i t ya n d t h ei r r e d u c i b l ew a t e rs a t u r a t i o ni n c r e a s e ，w h i l et h er e s i d u a lo i ls a t u r a t i o nd e c r e a s e s t h es t u d y o fd i s p l a c e m e n ts y s t e m sw i t hd i f f e r e n ti n t e r f a c i a lt e n s i o ns h o w st h a t t h eo i l r e la t i v e p e r m e a b i l i t yp r e s e n t sa ni n c r e a s i n gt r e n d w i t ht h ed e c r e a s eo fi n t e r f a c i a lt e n s i o n w a t e r 人4 ；毒 r e l a t i v ep e r m e a b i l i t yi sh i g h e rt h a nt h a to fw a t e rf l o o d i n ga saw h o l e t h ei r r e d u c i b l ew a t e r s a t u r a t i o na n dr e s i d u a lo i ls a t u r a t i o ns h o war e d u c i n gt e n d e n c yw i t ht h ed e c r e a s eo fi n t e r r a c i a l t e n s i o n k e yw o r d s ：s u r f a c t a n t ，i m p r o v eo i lr e c o v e r y , h e a v yo i l ，t h e r m a l c h e m i c a lf l o o d i n g ， r e l a t i v ep e r m e a b i l i t y ，立 o i 、 一 目录 第一章文献综述1 1 1 稠油的分类1 1 2 稠油的开采方法一l 1 2 1 化学驱技术1 1 2 2 蒸汽吞吐技术2 1 2 3 蒸汽驱技术2 1 2 4 蒸汽辅助重力泄油技术( s a g d ) 一2 1 3 稠油热化学驱油技术研究现状3 1 3 1 提高热采波及体积的热f 化学方法一3 1 3 2 提高热采洗油效率的热化学方法一4 1 3 3 降低原油粘度的热化学方法一5 1 4 本文研究的背景9 1 5 本文研究的内容9 第二章表面活性剂静态性能研究1 0 2 1 实验仪器与材料1 0 2 2 实验方法1 1 2 2 1 表面活性剂原油之间界面张力测定l l 2 2 2 表面活性剂静态吸附性畿评价1 4 2 2 3 表面活性剂耐温性能评价1 4 2 2 4 表面活性剂降粘率测定1 5 2 2 5 表面活性剂起泡性能评价1 5 2 3 实验结果与讨论1 6 2 3 1 表面活性剂原油之间界面张力测定1 6 2 3 2 表面活性剂静态吸附性能评价1 9 2 3 3 表面活性剂耐温性能评价2 3 2 3 4 表面活性剂降粘率测定2 5 2 3 5 表面活性剂起泡性能评价2 6 2 4 本章小结3 l 第三章稠油热化学驱物理模拟研究3 2 3 1 实验仪器与材料3 2 3 2 实验装置和程序3 3 3 3 实验结果与讨论3 6 3 3 1 稠油热采物理模拟3 6 3 3 2 稠油热表面活性剂驱物理模拟3 9 3 3 3 稠油热碱驱物理模拟4 4 3 3 4 稠油热表面活性剂碱驱物理模拟4 8 3 4 本章小结5 4 第四章温度与界面张力对相对渗透率的影响研究5 6 4 1 实验仪器与材料5 6 4 2 实验方法与流程5 6 4 3 实验结果与讨论5 8 4 3 1 相对渗透率的影响因素5 8 4 3 2 温度对油水相对渗透率的影响6 0 4 3 3 界面张力对油水相对渗透率的影响一6 3 4 4 本章小结6 5 结论6 7 参考文献6 8 攻读硕士学位期间取得的学术成果7 3 驾【 谢7 4 一；峨 po；j， 0 t 一 中国石油人学( 华东) 硕士学位论文 第一章文献综述弟一早义陬琢迎 稠油在世界油气资源中占有很大的比重。据数据统计，世界稠油和天然沥青的储量 约为1 0 0 0 x 1 0 8 t 。稠油资源丰富的国家有加拿大、委内瑞拉、美国、俄罗斯、中国等。 我国稠油资源丰富，主要分布在胜利油田和辽河油田等【1 1 。 1 1 稠油的分类 稠油是指粘度很高、密度较大、胶质和沥青质含量较高的重质原油。为了便于对稠 油进行评价和描述，利用合适的开采技术进行开发，国内外有几种分类标准。目前都倾 向于联合国研究开发署以粘度和密度为依据的分类标准( 见表1 1 ) ，作为试行标准执 行2 1 。在标准中，粘度为第一指标，如果粘度超过分类界限而密度未达到，仍按粘度分 类。 表1 1 稠油分类标准 t a b l e l - 1t h ec l a s s i f l c a t i o nc r i t e r i ao fv i s c o u sc r u d e 1 2 稠油的开采方法 目前开采稠油主要方法有冷采和热采两类技术。冷采是指在稠油开发过程中不是通 过升温来降低原油的粘度，提高其流动性能，而是通过其他不涉及到升温的方式，有效 利用油藏的特征，运用适宜的工艺方法来达到降低粘度的开采方法。热采技术主要包括， 热水驱、蒸汽驱、蒸汽吞吐、火烧油层等技术。下面介绍几种主要的稠油开采技术。 1 2 1 化学驱技术 稠油化学驱是指在稠油开采过程中向驱替介质中加入一定化学剂的开采技术。加入 的化学剂可以是表面活性剂、碱、聚合物等单一化学剂或表面活性剂碱、表面活性n 碱聚合物等二元或三元化学复合驱。稠油化学驱主要通过提高波及系数和洗油效率来提 高原油采收率。 第一章文献综述 稠油聚合物驱提高采收率机理主要是通过降低水油流度比来增大波及数，从而起到 提高原油采收率。有些聚合物还可以通过其本身的粘弹性来产生粘滞作用来提高油藏微 观驱油效率【3 卅。 稠油碱驱是最先提出的稠油化学驱技术，但是，稠油碱驱机理较为复杂，应用条件 限制多。此技术并没有得到广泛的应用。因为碱驱成本比较低，工艺简单，还是吸引了 大量石油开发者的关注。 稠油碱驱的机理主要是碱和原油中的酸性物质反应，形成表面活性剂，降低油水界 面张力。对于酸值较大的稠油，碱驱很容易乳化原油，并且还可以有效改变岩石润湿性， 这些作用对稠油开发都是有利的【7 1 0 】。 稠油表面活性剂驱是指在驱替介质中加入表面活性剂来降低油水界面张力提高原 油洗油效率，从而提高原油采收率。目前驱油用的表面活性剂主要是阴离子型表面活性 剂，常见的是磺酸盐及其改性类活性剂。 另外一些化学复合驱技术主要利用各种化学剂之间的协同效应来提高稠油采收率， 经矿场应用证明可以很好的提高稠油采收率。 1 2 2 蒸汽吞吐技术 蒸汽吞吐技术是目前应用比较成熟和工艺相对简单的稠油开采方法。此技术在国外 得到了广泛应用，国内辽河油田和胜利油田部分区块也大规模的开展了此项技术。其主 要机理是通过往井内注入蒸汽来加热近井地带的原油，使其粘度降低，提高其流动能力 来开采稠油。 1 2 3 蒸汽驱技术 蒸汽驱是目前开采稠油的主要方法之一。其主要是在蒸汽吞吐后进行应用来提高稠 油采收率，这主要由于蒸汽吞吐时只能开采出油井附近的原油，各个井间还有大量的原 油不能被采出，这样可以使原油采收率提高1 5 一2 5 。蒸汽驱作用机理主要是降低原油 粘度，提高稠油的流度。 1 2 4 蒸汽辅助重力泄油技术( s a g d ) 蒸汽辅助重力泄油技术的采油机理主要是：蒸汽通过油藏上部的水平井注入，原油 受热后靠重力泄油进入到下方的水平井。水平井在稠油开采中可增加井筒与油藏的接触 面积和渗流面积，提高油井的吸汽能力和生产能力，扩大被加热的油层体积，提高蒸汽 的驱扫效率，可以防止蒸汽超覆和气窜现象，减少热量损失，提高油气比。随着向下排 2 移 l 专 l 瞑 尹 中国石油人学( 华东) 硕上学位论文 泄，蒸汽在储层内不断扩大其加热体积，形成一个有效的加热体系，使原油在下泄过程 中一直保持着受热，从而可提高原油采收斟1 1 1 ，s a g d 技术的的横向剖面图如下所示。 向蒸汽室持续 蒸汽室扩展过程中的纵截面 图1 - 1s a g d 概念图 f i g l - 1t h ec o n c e p t u r a lg r a p ho fs a g d s a g d 技术实施的关键是：( 1 ) 开发过程中有足够的举升能力，保证重力的驱动 力作用足够大；( 2 ) 防止汽窜发生，有利于蒸汽与油层充分接触；( 3 ) 防止出砂导致 地层受到伤害；( 4 ) 减少来自油藏边水的入侵。 1 3 稠油黼化学驱油技术研究现状 在蒸汽开采方法中，由于稠油的密度和粘度与蒸汽相差很大，蒸汽重力超覆和汽窜 现象严重，导致蒸汽开采波及面积的降低。另一方面，由于受岩石原油水体系界面性 质的影响，在蒸汽所波及的区域，岩石表面的原油也不会完全被剥离下来，降低了原油 的最终采收率【1 2 】。为解决上述问题发展了热化学驱油技术，本技术可以分为稠油开采 直接应用技术和其他方式采油后的接替技术。 1 3 1 提高热采波及体积的热化学方法 1 3 1 1 热聚合物复合驱技术 热聚合物稠油开采技术是为提高稠油采收率而发展较晚的一种稠油开采接替技 术。由于蒸汽采油后还有大量的稠油不能被采出，此技术可以用于热力驱后的稠油油藏。 此技术的开采机理主要是聚合物分子可以封堵大孔喉，改善注入蒸汽效果，调整吸汽剖 面，提高稠油采收率。 3 第一章文献综述 为提高稠油开采经济效益，上世纪末，库克等人【1 3 】开发出一种适用于高温油藏且成 本较低的聚合物表面活性剂体系，在日落岛油田进行了矿场试验，结果表明蒸汽窜流和 超覆现象得到了有效改善，提高了经济效益，采收率提高幅度明显。 俄罗斯某油田也将热聚合物驱技术进行了部分井的矿场试验，7 年的时间内每年增 产原油1 0 万吨，比单纯聚合物驱生产成本降低了1 3 m 】。 中国石油大学【1 5 】在1 9 9 7 年首次用计算机对此技术进行了数值模拟，通过计算结果 知道，热聚合物驱可以应用于热驱后的油藏，能有效提高采收率。2 l 世纪初期，辽河 油田【1 6 】利用聚合物活性剂复合驱油剂，做为蒸汽吞吐添加剂取得了很好的效果，泡沫 体系因为聚合物的存在而提高了稳定性，改善了蒸汽吸入剖面。 1 3 1 2 热泡沫复合驱技术 1 9 8 2 年，国外开始将蒸汽泡沫复合驱技术进行了现场试验。泡沫体系可以过岩石 孔喉处产生贾敏效应，通过改善复合驱波及体积而提高原油采收率。蒸汽泡沫复合驱技 术稠油开采初期和稠油热力驱后都可以进行使用，其增产效果很好。 壳牌公司【1 刀在加州k e r nr i v e r 油田进行了此技术矿场试验。历时一年零3 个月原油 产量提高了4 0 0 0 吨。 利用数模和物模对蒸汽泡沫复合驱进行研究【1 8 1 9 】得出：这种技术可以使蒸汽超覆现 象大大降低，大量蒸汽窜流通道可以被有效的堵塞，增大了蒸汽波及系数，提高原油采 收率。中石化胜利油田【捌在矿场利用一种高温泡沫体系w a y 进行了试验，结果证明， 泡沫体系可以有效的改善蒸汽窜流通道，提高了蒸汽吞吐进行稠油油藏开发效果。 1 3 2 提高热采洗油效率的热化学方法 1 3 2 1 热碱复合驱技术 碱驱的概念最早是欧美国家学者提出的。热碱复合驱的机理比较复杂，目前世界上 比较公认的提高采收率机理主要有：碱的存在可以有效增加蒸汽的重力，降低水油流度 比，蒸汽窜流和超覆的时间得到推迟；原油中的石油酸可以与注入的碱发生化学作用， 生成了具有降低油水界面张力的表面活性剂物质，并且活性剂还可以改变岩石润湿性。 热碱复合驱经济消耗较低而现场施工简单，进行了较早的现场试验。国外学者【2 l 】报道 了蒸汽碱复合驱在俄罗斯中途岛油田进行了现场试验，除个别试验井没有效果外，大部 分试验井提高了原油产量。特伯等人【2 2 1 研究了钠碱蒸汽驱实验，达到降低储层较低部 位的残余油饱和度。最终结果显示，此种方法能够使稠油的粘度得到降低，提高其流动 4 产 童 冬 糜 l ， 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 能力，有效的提高了稠油采收率。较低浓度的碱和蒸汽复配也可以得到较好的效果。 张现德【2 3 1 进行了以无机碱做为蒸汽添加剂进行了室内研究，采收率提高幅度大于 1 0 。齐齐哈尔油田例4 口井进行了黑液驱油剂做为蒸汽吞吐添加剂进行现场试验，两 口井半年增产原油近4 0 0 吨。 虽然热碱复合驱效果较好，但是也存在一些问题：( 1 ) 由于碱的注入，地层会被造 成伤害，井筒和管线结垢严重、产出液破乳较难等问题；( 2 ) 高温下碱的消耗很大， 降低了经济效益；( 3 ) 热碱复合驱机理非常复杂，现场试验成功率很低。鉴于上述问 题，此技术还没有得到有效的现场推广，随着科学技术的发展和环保要求的提高，低碱、 有机碱、甚至无碱的驱油体系必将成为未来开采稠油的有效方法。 1 3 2 2 热表面活性剂复合驱技术 热表面活性剂复合驱机理比较多，其综合了稠油热采和表面活性剂驱两大采油技术 的机理。主要有：降低原油粘度，提高其流动能力；降低岩石油水之间的界面张力， 增加毛管数，降低残余油饱和度；生成的水包油型乳状液可以携带、捕集、聚并剩余油 滴；提高岩石水湿程度，降低水相相对渗透率和提高油相相对渗透率：乳状液内相颗粒 可以封堵大的孔喉，降低高渗透层绝对渗透率，储层的非均质性可以很好的改善，提高 稠油采收率【2 5 】。 热表面活性剂复合驱中因为表面活性剂的存在，可以降低油水界面张力，稠油乳化 降粘等作用可以提高洗油效率。但是对所用表面活性剂也有严格的要求：高温下稳泡效 果好；很好的高温稳定性；在岩石表面吸附量较小；与地层流体配伍性较好；有效降低 蒸汽流度；经济成本低。 目前热采使用的主要是阴离子型表面活性剂，其中磺酸盐型最多。这是因为它成 本较低，吸附量小，很好的耐温性能，有效降低油水界面张力。以较长碳链长度的重烷 基苯，等为原料，通过一系列化学反应过程，可以合成出具有新型结构和性能的耐高温 表面活性剂2 6 1 。 2 l 世纪世晃各国对研发新型耐高温表面活性剂有着浓厚的兴趣，其中生物和高分子 表面活性剂等将会更多的应用到石油开采中，随着石油开采的不断深入，尤其是对稠油 开发力度的加大，廉价的、耐高温表面活性剂必将是未来研究的方向。 1 3 3 降低原油粘度的热化学方法 1 3 3 1 热稠油降粘剂复合驱技术 5 第一章文献综述 高分子表面活性剂中有一种非离子型的称为薄膜扩散剂，原来的油水界面上由胶质 和沥青质形成的高粘度粘稠厚膜，很容易由薄膜扩散剂形成一层易流动的且粘度较低的 表面活性剂薄膜而替代，还可以有效的抑制油水发生乳化现象。 上世纪8 0 年代初美国加利福尼亚州口7 悃一种非离子高分子表面活性剂做为蒸汽添 加剂与蒸汽混合注入四口井内，可以发现岩石表面形成一层此种表面活性剂薄膜，破乳 现象明显，有效改善油藏绝对渗透率。四口井共增产原油1 8 6 0 0 吨。国内河南油田，西 部克拉玛依油田，中石化的胜利油田，均进行了该类现场试验并取得了很好的效果。 进入9 0 年代发展了一种新的降粘剂【2 8 1 ，此种降粘剂耐高温并且可以有效改善稠油 流动性：具有代表性的有乳化降粘剂和破乳脱水剂。在胜利油田与蒸汽混合注入进行了 多井次矿场试验，增产原油达到1 0 万吨。 进入2 1 世纪以来，石油工作者加快了对稠油降粘剂的研究。郎宝山【2 9 1 开发出了以 烷基芳基磺酸盐为主剂，可以与有，无机辅剂进行复配的稠油热采添加剂，此类添；g r i n 对辽河超稠油具有很好的选择性，分别在馆陶层和辽河杜8 0 区块超稠油油藏进行了多 井次矿场试验，增产原油近6 0 0 吨，可以延长生产时间4 1 天。王玉斗等【1 2 】对两种阴离 子磺酸盐类表面活性剂进行了性能评价，两中活性剂作为蒸汽添加剂可以有效提高稠油 流动性并最终提高稠油采收率。目前这种技术在国内外很多油田得到大面积推广并取得 不错效果，具有很好的应用前景。 由于表面活性剂价格大都比较昂贵，而稠油价格相对轻质油较低廉，单纯利用热 表面活性剂复合驱会增加稠油开采成本。因此，为提高稠油开采经济效益，热表面活性 n 有机碱复合驱在稠油开采中具有广阔的应用前景。 1 3 3 2 水热催化裂解技术 在蒸汽驱过程中，水和热的综合作用使原油发生物理变化的同时也发生化学反应。 地层原油在水蒸汽的作用下发生的水煤气转换等一系列反应称为水热裂解反应【3 0 1 。此技 术可以改善稠油热采效果，水热裂解过程中产生一定量的可以改善地层原油的质量和黏 度的轻质组分。 ( 1 ) 水热裂解反应机理 2 0 世纪9 0 年代美国学者最早提出，在水热裂解反应中存在于稠油重质组分中的有 机硫成分起到关键作用。总的化学反应过程可以用下列反应式表剥3 。 r c h 2 c h2 9 c h 3 + 2 h 2 0 6 r c h 3 + c 0 2 + h2 + h 2 s + c h 4 ( 1 1 ) ， t ，鹭 l 0 蠢 弋 属 ， ， 中国石油大学( 华东) 硕_ 上学位论文 h y n e 等人对稠油水热裂解的研究证明，稠油中有机硫化合物的裂解反应需要经过 酸聚合，低温氧化和水汽转化等一系列反应过程。通过研究金属离子对水热裂解的催化 作用【3 2 1 ，得到以下反应机理：金属离子在加氢裂解或加氢脱硫和水气转换等反应中起到 催化作用；金属离子可以使稠油中的c s 键发生断裂，降低胶质和沥青质的含量或平均 分子量，提高稠油流动能力；反应中生成的醇会转变为醛，而醛分解产生的一氧化碳和 水在催化剂的作用下可以促进水气转换反应的发生，生成使加氢脱硫反应得以顺利进行 所必须的h 2 。因此，在蒸气吞吐和蒸汽驱时。由于水热裂解反应的存在，稠油中的胶 质和沥青质含量降低，表现为稠油平均分子量减小，流动性增强以及硫含量降低，可以 降低稠油的开采难度。 j ( 2 ) 水热裂解研究应用进展 有学者研究表明【3 3 】，在油层矿物和水蒸气的综合作用下，稠油水热裂解反应的速度 可以得到提高，使采出油的质量改善。通过研究2 以下时的稠油水热烈解反应 3 2 1 ， 发现低温氧化等反应可以使稠油中的芳香烃组分转化为胶质和沥青质。而稠油高温热采 技术，能够产生可以改善原油质量的热裂解或有水参与的水热裂解反应。 刘永建等人针对辽河油田研究了水热裂解反应及影响因素，对现场两口井试验1 个月，共增产原油1 0 0 0 吨，产出原油降粘率超过5 0 。辽河油田现场试验证明【3 5 1 ，合 适的催化剂对原油水热裂解反应起着重要的作用。用金属钼做为催化剂对辽河稠油进行 水热裂解室内研究【3 6 1 ，结果表明，在2 4 0 c 时，原油降粘率可以超过9 0 。齐一1 0 8 区块 进行了现场试验，原油粘度降低近8 0 ( 5 0 c ) 且组分得到了很好的改善。宋向华掣3 7 】 对胜利油田孤岛稠油井下乳化催化水热裂解和催化水热裂解降粘效果进行了研究，5 0 天后原油粘度下降超过5 0 。 水热裂解反应的最重要特征是氢可以由水中向油相转移，可以使稠油中含硫有机化 合物发生加氢脱硫反应，从而改善稠油质量。 综上所述，该技术具有很高的应用潜在价值，如利用与蒸汽配伍性好、没有污染和 腐蚀、施工比较简单、操作安全等优点的水溶性金属盐作为反应催化剂。为未来高效开 采稠油提供了新途径。水热裂解可以改善稠油的品质从而可以带来较高的经济利润。 1 3 3 3 稠油井下改质技术 ( 1 ) 稠油井下加氢改质技术 井下加氢改质是目前世界上研究较多的一种方法，在油层中生产井附近，通过压裂 等方式将固体催化剂放置进去，通过就地燃烧原油产生就地改质需要的温度，同时向地 7 第一章文献综述 层中注入供氢剂，使油气流过加热的催化剂而开采，其就等于在地下建立一个炼油厂。 重质油的转化是按照裂解和缩合两个相反的方向进行，属于自由基链反应。但是缩 合反应会因为氢的存在而使得到抑制，沥青质相的沉积时间会变得延长。氢对缩合反应 的抑制机理主要包括两个方面，一方面提供了由重组分向轻组分转化所必需的氢。至于 氢是如何被活化的，至今还没有统一的说法；另一方面从热力学看，环烷芳香结构脱氢 反应形成多环芳香结构会被抑制【3 8 1 。理论上讲，供氢体能有效地用于重油、减压渣油及 重质石油加氢催化改质，也应该能用于稠油井下水热裂解加氢催化改质。 目前井下加氢改质技术还没有现场应用报道，仅限于实验室研究，主要原因可能是： 一方面催化剂效果不好或没有足够的供氢体等原因；另一方面供氢体或催化剂不厅匕e , ，4 e k l 好 的与地下原油接触。 国内外学者已经开发了很多供氢体，一类为无机供氢体，主要包括氢气，水和一氧 化碳，水等。另一类是有机供氢懒主要包括甲烷，环烷基芳烃化合物( 国内外介绍最 多的一种供氢体是四氢萘) ，其他有机供氢体。 ( 2 ) t h a i 水平段注空气技术 t h a i ( t o e t o h e e la i ri n j e c t i o n ) 水平段注空气技术【3 9 】是一项重力辅助的火烧油层 工艺。此技术解决了气体重力超覆现象。它结合水平井先进技术而获得潜在的、很好的、 极高的稠油采收率；地下稠油通过热裂化反应实现就地提高原油品位、开采出改质的原 油。 在燃烧前缘形成一个流动油地带是t h a i 技术最重要的特征，流动油地带会因为这 种独特的工艺而安全有效的得到控制，此技术能够大大降低对储层非均质性的综合敏感 性。比其他稠油丌采技术具有更大的优势，其能够在稠油原位生成可以为原油改质提供 必需的氢源；另外可以使产出油中的硫，氮以及重金属元素含量降低，对环保具有重要 意义。 通过对w o l f l a k e 稠油进行三维燃烧室室内实验【删，结果表明，原油改质开始发生 于燃烧前缘刚到达水平井时，可以使产出油运动粘度明显下降。 用t h a i 技术通过三维物理模拟对a t h a b a s c a 的沥青砂进行试验，其结果表明，采 j 出油的粘度与单纯注蒸汽相比降低4 个数量级，氮、硫及重金属元素的含量显著降低从 而油质得到改善【4 。 由于技术水平和外部条件的限制，目前稠油井下改质技术还没有得到成功的现场应 用，但为稠油开采提供了新的思路方法，随着科学技术的发展和对稠油井下改质技术的 r j ； - i 声 t l ， ， 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 深入研究，此种技术必将具有很大的应用前景。 1 4 本文研究的背景 胜利油田经过3 0 多年勘探和开发，先后在金家油田、单家寺油田、孤岛油田、孤 东油田、王庄油田、陈家庄和罗家深层稠油等1 1 个油田。2 0 0 7 年胜利分公司稠油产量 3 1 5 x 1 0 4 t ，占胜利油田总产量的1 1 4 ，对胜利原油产量的稳定起着重要作用。 胜利稠油按水体能量和原油粘度可分为弱边底水、活跃边底水和超、特超稠油油藏， 其中弱边底水稠油油藏储量1 7 4 亿吨，占总储量的3 7 ，其中9 6 4 的产量来自注蒸汽 吞吐，开发方式单一。该类油藏采收率仅为1 8 2 ，采收率低，如何提高这部分储量采 收率对胜利稠油产量稳定具有重要作用。因此，考虑用热化学驱油技术来提高稠油采收 率，本文针对胜利油田孤岛三区进行室内热化学驱物理模拟。为矿场实验提高依据。 1 5 本文研究的内容 ( 1 ) 研究高温驱油剂w t 的静态性能，主要包括，与孤岛三区原油之间的界面张 力和降粘率，静态吸附量，耐温性能，起泡性能及与碱复配后的一些性质等。 ( 2 ) 热化学驱物理模拟实验，主要有热水驱，蒸汽驱，热表面活性剂驱，热碱 驱，热表面活性剂碱复合驱，比较不同驱替方式的采收率。可以对现场实施提供参考 价值。 ( 3 ) 研究温度和界面张力对稠油相对渗透率的影响。主要考察温度和界面张力对 束缚水饱和度，残余油饱和度，相对渗透率曲线的变化趋势 9 第二章表面活性剂静态性能研究 第二章表面活性剂静态性能研究 目前开采稠油的主要方法是蒸汽吞吐和蒸汽驱，但由于稠油的密度和粘度与蒸汽相 差很大，蒸汽重力超覆和汽窜现象严重，导致蒸汽开采波及面积的降低。另一方面，由 于受岩石原油水体系界面性质的影响，在蒸汽所波及的区域，岩石表面的原油也不会 完全被剥离下来，降低了原油的最终采收率，为解决上述问题发展了稠油热化学驱油技 术。 ，一稠油热化学驱对表面活性剂的性能要求比较高，其必须具有高温下稳泡效果好；很 。、 - _ - 一 - i 好的高温稳定性；在岩石表面吸附量较小；与地层流体配伍性较好；有效降低蒸汽流度； 经济成本低等特点。因此，在进行稠油热化学驱油实验之前，必须要对所用化学剂的性 能进行评价，这样可以将驱油实验结果和表面活性剂性能进行对比，研究影响驱油效率 的因素，从而进一步为筛选热采用化学剂进行指导。本章主要评价了胜利油田地质院提 供的一种热化学驱用表面活性剂( 代号为w t ) 的静态吸附量、耐温能力、起泡能力、 及j 赫原油乏间的界面张力和降粘率等性能。 一 一 2 1 实验仪器与材料 。一每龋 ? ：。 - ” ： ，磐j 莫验中主要用到的仪器见表2 1 。 表2 - i 主要实验仪器 t a b l e 2 - im a i na p p a r a t u s l o i - 。 ? i 习 一 p 窳 膏 ， j 。f -：|： i ； ，j 强 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 此外实验中还用到玻璃烧杯、移液管、具塞量筒、注射器、三角瓶等。 实验中用到的材料见表2 2 。 表2 - 2 主要实验材料 t a b l e 2 - 2e x p e r i m e n tm a t e r i a l s 2 2 实验方法 2 2 1 表面活性剂原油之间界面张力测定 2 2 1 1 原油脱水及粘温曲线测定 根据国家标准，将试验原油装入电脱水仪中( 原油占容器体积小于2 1 3 ) ，拧紧密封 好，接通电源，在1 2 0 下恒温脱水4 小时，冷却，放去脱出水，取出油样，备用。测 定脱水原油粘温曲线，见图2 1 0 i鼻f 第二章表面活性剂静态性能研究 荡 凸一 s 型 檠 1 0 0 0 1 0 0 1 0 气 、 气 、 、 ：- ： _- 、 ： 一一1! ：= = ：二： 、 、 1 i 、。 2 04 06 08 01 0 0 1 2 01 4 0 1 6 01 8 02 0 02 2 0 温度 图2 - 1 原油粘温曲线 f i 9 2 - 1o i lv i s c o s i t yv e r s u st e m p e r a t u r e 2 2 1 2 脱水原油和地层水参数测定 根据国家标准，称取一定质量的( 约2 0 0 m l ) 脱水原油装入2 0 0 m l 量筒中，将量 筒放入不同温度恒温水浴缸中恒温4 0 m i n ，读取体积，初步计算不同温度下的原油密度， 再选取适当量程的石油密度计插入量筒中，待密度计稳定时准确读取密度计读数。实验 结果见表2 3 。 表2 - 3 原油和地层水密度 t a b l e 2 - 3d e n s i t yo fo i la n df o r m a t i o nw a t e r ：黎 油相密度( 水相密度( 水相折光率 温度( 广 油相密度( 水相密度( 水相折光率 根据油田水分析方法进行地层水离子组成测定，数值见表2 4 。由各种离子组成可 以知道该地层水为n a h c 0 3 水型。 1 2 豪 。参 ，； 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 表2 - 4 孤岛三区地层水离子组成 t a b l e 2 - 4i o n i cc o m p o s i t i o no ff o r m a t i o nw a t e ro fg u d a ot h i r db l o c k 2 2 1 3 仪器工作原理 采用t e x a s 5 0 0