淀粉烷基糖苷在三次采油中的应用完整设计论文.docx

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淀粉烷基糖苷在三次采油中的应用完整设计论文

摘要

石油作为一种重要的战略资源，对国家的经济发展和人民生活水平的提高具有重要作用。

但由于它是不可再生资源，随着世界能源需求的增加，对石油的开采量及开采效率的要求也越来越高，因此，三次采油是充分利用石油资源的重要途径。

目前，在三次采油方法中碱/表面活性剂/聚合物三元复合驱油体系（ASP）效果最佳。

三元复合驱具有表面活性剂和聚合物驱共同的优点，既能提高驱油效率，又能提高波及体积，并且能较大幅度地降低表面活性剂的用量,从而使其具有技术经济可行性。

本文以淀粉烷基糖苷（APG）作为辅助表面活性剂，克拉玛依原油作为油相，通过测定油水混合相体积，选用AES和AEO-9与辅助表面活性剂淀粉烷基糖苷复配作为研究对象。

分析了APG作为辅助表面活性剂与不同浓度AES、AEO-9复配液的表面张力、起泡能力及其泡沫稳定性的协同作用。

最后应用正交正交试验设计方法，筛选出碱/表面活性剂/聚合物三元复合驱油体系配方。

并通过单因素实验分析了碱、表面活性剂、APG、聚合物的加入对ASP复合驱油体系的影响，确定了最佳驱油体系配方组成。

经室内模拟驱油实验，测定最佳驱油体系配方的采油率。

结果表明：

APG与AES组成的三元复合驱油体系能提高原油采收率11.43%，APG与AEO-9组成的三元复合驱油体系能提高原油采收率12.21%，且抗盐性能稳定。

关键词：

淀粉烷基糖苷（APG）；ASP复合驱；三次采油

Abstract

Oilasanimportantstrategicresource,playanimportantroleinthecountry'seconomicdevelopmentandtheimprovementoflivingstandards.Becauseitisnon-renewableresources,withtheincreaseofworlddemandforenergy,oilexploitationandminingefficiencyrequirementsarealsogrowing,therefore,EORistheimportantwaythatoilresourcescouldbefullyused.Atpresent,intheseEORmethods,base,surfactantandpolymerASPfloodingsystem（ASP）couldgetthebestresults.ASPhasboththesurfactantandpolymerfloodingmethod’sadvantages,itcanimprovetheefficiencyofoildisplacement,raisethewaveandthevolume,andalsocangreatlyreducetheamountofsurfactant,thusASPbecomestechnicalandeconomicfeasibility.

Inthispaper,thestarchAPGasasupplementsurfactant,weuseKaramayoilastheoilphase,bymeasuringthevolumeofoil-watermixture,choosethecompositeofAESandAEO-9withsurfactantstarchAPGasthestudyobject,APGasasupplementaryofthesurface-activeagentsworkondifferentconcentrationsofAES,AEO-9surfacetensionofthesolution,foamingcapacityandstabilityofthesynergybubblehasbeenanalyzed.orthogonaldesignmethod,canselecttheoptimumalkali,surfactantandpolymerfloodingsystemformula.Besides,single-factorexperimentshavebeendonetoanalyzetheinfluentonASPcompositefloodingsystemwhenaddbase,surfactant,APGandpolymerintoASP,andthebestfloodingformulationshavebeendetermined.AndOilFloodingLaboratorySimulationshowsthatAPGandAESoftheASPsystemcanincreasecrudeoilrecovery11.43%,andAEO-9oftheASPsystemtoimprovecrudeoilrecoveryratio12.21%,andhaveastabilitysaltresistance.

Keywords:

ThestarchAlkylPolyglycosides;ASPfloodingsystems;EnhancedOilRecovery

第一章绪论

1.1课题背景、发展简史

1.1.1课题背景

石油是一种重要的战略资源，对国家的经济发展和人民生活水平的提高具有重要作用。

一般来说，经济的增长与石油消费的增长成正比关系。

这就是说，经济要获得一定程度的增长，必须以消费一定数量的石油作保证。

如果石油供应始终处于紧张状态，供不应求，势必成为遏制一国经济发展的“瓶颈”。

和平与发展是当代世界的两大主题，经济增长对于多数国家来说都是最大的政治，所以就一个国家整体而言，石油对经济的遏制可以说是一种影响深远的政治后果。

其次，石油还是一种重要的军事战略物资。

然而它并不是取之不尽，用之不竭的，随着勘探开发程度的加深，开采难度会逐步加大，因此提高石油采收率不仅是石油工业界，而且是整个工业界普遍关心的问题[1]。

随着世界能源需求的增加，对石油的开采量及开采效率的要求越来越高，常规的一次采油和二次采油技术仅采出原油地质储量的1/3。

典型的油井开采通常分为三步进行:

第一阶段自喷开采。

原油是靠油藏和圈闭的各种流体的天然能量开采的，这被称为一次采油阶段。

一次内耗式开采大约可以采出10%—30%的原始油量。

第二阶段，内耗驱替达到原定经济极限时，进行注水注气以克服原油的粘滞阻力。

注水注气二次驱替的效率大约在30%—50%。

这样低的驱替效率通常归因于垂向及面积波及率不高，这往往是与油层的非均质性和注水井网内未能完全波及有关。

由于宏观上油层的非均质性使驱替流体的流向偏转以及微观上各种毛细管力阻碍了对接触的油进行粘性驱替，致使大部分油被滞留在油层内而使注水驱替变的不经济。

这时，大约还有40%—60%的原油储量未被开采。

当常规方法开采的原油产量不断下降时，国内外学者提出了三次采油技术[2]。

半个世纪以来，三次采油技术一直倍受关注。

我国从上世纪90年代以来，老油田产量递减，水含量大幅度上升，注水效率降低，原油成本上升，而新增石油储量满足不了生产发展的需要。

因此，如何利用新的科学技术保持老油田的稳产、高产是摆在石油行业及科研部门工作者面前的一个重要课题[1-2]。

目前研究表明：

在三次采油各种方法中碱/表面活性剂/聚合物三元复合驱油体系（ASP）效果最佳。

碱与聚合物可改善表面活性剂的界面张力，而表面活性剂和碱的存在又可增强聚合物的粘度；三种成分在低浓度下大都相互匹配，可同时增强整体效果。

三元复合驱虽然具有许多优势，发展的潜力很大，但在协同效应、驱油机理、复配规律、选择合适助剂、降低成本等方面问题还需进一步研究[2]。

1.1.2发展简史

在油田开发过程中，一般首先是利用底层的原始能量将原有举升到地面进行开采，即一次采油；当油层的原有能量消耗到不能在把原油举升到井口时，便采取人工注水的方式提高油层能量以提高原油的采收率，进行二次采油。

人工注水固然可以提高原油采收率，但注水后仍然有一半左右的原油残留在地层中。

为了克服这一缺点，提高原油采收率，于是提出了EOR技术。

即三次采油技术[3]。

1917年，美国人发表了注碱水提高原油采收率的专利，这就是最初的EOR技术。

从此，这项技术就被应用于油田开发并不断得到完善和提高。

三十年代，进行了碱驱的矿场实验。

五十年代初期，又提出了蒸汽驱和气体混相驱以提高原油采收率的EOR新方法。

当时EOR技术在现场的实际应用很少，只有美国进行了现场试验和少量的实际应用。

到了六十年代，化学驱（以聚合物驱为主）作为一种新的EOR方法在美国进行了试验，蒸汽驱在美国的加利福尼亚油田投入了商业生产。

在我国的大庆油田，气体非混相驱也被应用于油田开发，同时蒸汽驱也在克拉玛依被用于试验。

随着世界石油开采技术的迅速发展，到了七十年代，化学驱油（主要是聚合物驱油）已在美国的油田投入商业生产。

在我国的克拉玛依和辽河油田，蒸汽驱作为一门较成熟的EOR技术被应用于生产中，大庆油田则开始了聚合物驱的试验[4]。

从八十年代到现阶段，各国油田对所有已知的EOR技术进行了试验和应用，其中一些已被大量应用于油田开发，同时，一些新的EOR技术和方法也不断被提出。

这个时期是各种EOR方法完善阶段，表现在进行更多的矿场试验和根据油田情况对方法进行改进。

在八十年代初，美国和前苏联对EOR技术中发展已比较成熟的蒸汽驱、聚合物驱、表面活性剂驱、复合驱和气体混相驱进行了广泛的应用。

八十年代末至九十年代初，我国也对上述几种方法进行了应用。

EOR技术经过五、六十年的发展，为其以后的发展和广泛应用奠定了坚实的基础并积累了大量的珍贵资料和宝贵经验[5]。

1.2国内、外研究现状以及存在的问题

1.2.1国外研究现状

《美国油气杂志》每两年对提高原油采收率技术做一次总结。

在其总结报告中仍按传统的分类方式把提高原油采收率技术分为:

化学驱（聚合物驱、表面活性剂驱、碱水驱、微乳液驱、胶束驱、复合驱）、气驱（烃气驱、N2驱、CO2驱）、热力驱（注蒸气、注热水、火烧油层）和微生物驱[6]。

2004年美国有143个EOR项目，日产油量为6613×104bbl/d，比2002年减少了5546bbl/d。

热力采油和气驱采油在EOR产量结构中所占比例很高。

热力采油的产量从1982年到现在一直位居榜首，2004年热力采油量占EOR总产量的52%。

气驱采油量一直呈上升趋势，2004年的产量达EOR总产量的47.7%，而化学驱的采油量则呈下降趋势。

目前美国EOR项目数量呈逐年缩减趋势。

项目总数从1980年的226个递减到2004年的143个，但EOR项目的总产油量基本保持稳定。

其主要原因是EOR技术日趋成熟。

盲目性、试验性项目大为减少，主要推广有经济效益的热采和注气项目。

美国的化学驱试验研究达20多年，但终因其成本高、经济效益差受到石油开采公司的冷落。

近期由于原油价格的大幅上涨，对EOR技术将起到极大的推动作用[5]。

在上个世纪70年代前苏联就成立了由其专家学者组成的提高原油采收率科学技术委员会,后来就逐渐形成了包括苏联科学院在内的科研单位、大专院校、企业为主体的提高原油采收率的科研、试验和现场推广体系,国家为提高原油采收率的研究投入了大量资金。

到1990年初，EOR项目为333个，增加可采石油储量超过2×108t。

俄罗斯独立后，急于重振昔日大国风范，依靠其能源资源，摆脱困境，挤身强国之林。

但是由于社会转型，政策失误，国民经济严重衰退，油气工业同样受到重创。

俄罗斯油气工业私有化后，各石油公司只顾眼前利益，大大减少了地质普查和勘探基础工作，新增探明储量逐年下降。

在前苏联时期，年探明储量保持在年采油量的1.5～2倍的水平上。

从1994年起，年探明储量低于年采出油量，稳产基础遭到破坏，原油采收率下降。

而面对日益严峻的资源结构，俄罗斯政府不得不把提高原油采收率提到议事日程中来。

2002年俄罗斯能源部召开各主要石油公司负责人会议，决定成立提高原油采收率专家委员会，统一部署、研究提高原油采收率问题[5]。

1.2.2国内研究现状

中国近年来经济发展迅速，对油气能源的需求也与日俱增。

自从1996年我们成为石油净进口国以来，原油年进口量以高于经济增长速度上升，2004年进口原油1.2×108t。

为此一方面加大国内外勘探力度，挤入世界油气勘探开发领域，另一方面挖掘现有油田潜力，保持稳产，其中也把提高原油采收率作为一种重要的技术手段。

目前在我国大庆、胜利、中原、江汉、南阳等油田都在进行提高原油采收率的室内研究和现场试验推广工作。

提高原油采收率方法生产的原油约占原油总产量的10%。

现场主要采用聚合物驱、三元复合驱、气驱等提高原油采收率。

大庆油田率先进入工业性应用阶段并取得了明显的开发效果,代表了中国EOR技术水平。

大庆油田根据自身油田的地质特点，主要开展了聚合物驱、三元复合驱、泡沫驱和微生物采油等提高原油采收率配套技术的研究与开发。

形成了上述几种提高原油采收率方法的室内模拟、现场运用评价技术系列。

聚合物驱油技术已进入工业化应用阶段,形成了驱油机理、油藏适应性评价、注入时机选择、注入方式优选等技术。

目前已投产工业化区26块,年产油量达10×106t,占大庆油田原油产量的四分之一。

三元复合驱形成了表面活性剂性能评价、配产优化、数值模拟、矿场试验等配套技术。

三元复合驱先导试验结果表明，较之水驱提高采收率20%以上,达到了国际领先水平[4]。

我国三次采油的综合技术水平、应用规模和实际效果等多项成果都已达到国际领先水平，并成为我国石油工业持续发展的关键技术。

其中最先进的聚合物驱油技术，在大庆油田的应用规模堪称世界之最，并在聚合物驱油配套工程技术上取得突破性进展。

目前，胜利、大港、中原等主力油田，也相继开始了三次采油技术的试验和应用，并取得了较好效果。

我国已经逐步形成了以化学采油为主体，微生物采油和物理采油研究为两翼的综合性提高采收率方法。

中原油田由于东濮凹陷特殊的地质条件，除了在部分区块运用化学驱、微生物驱的三次采油方法获得不错的效果，而在其它地区驱油效果都一般。

这是因为化学驱、微生物驱本身需要在一定条件下才能使用。

现有的化学驱、微生物驱等传统三次采油技术，仅能满足油藏温度小于90℃、矿化度低于1×104毫克/升的油藏，而中原油田油藏地层温度高于90℃的油藏动用地质储量占总储量的63.9%，地层水矿化度高于1.5×104毫克/升的油藏储量占总动用储量的82.5%，因此这两种驱油方法都无法满足中原油田苛刻的油藏条件。

相对于以上3种驱油技术，气驱则不受高温高矿化度限制，更适应于中原油田苛刻的地层条件。

气驱主要是以注气的方式来达到驱油目的，它包括烃类气体、二氧化碳、氮气、烟道气以及空气的注入等混相和非混相技术。

现行的方法主要有氮气驱、烃类气体多次接触混相驱和一次接触混相驱、二氧化碳驱这3种。

正是因为气驱具有独特的优点，许多油田都曾经尝试过用气驱采油。

有数据显示，迄今为止，有3%的世界原油产量由注气提高采收率获得。

我国目前涉及的注气提高石油采收率技术大多还在室内试验和小型矿场试验阶段，与国际水平相比尚存在很大的差距。

但由于注气驱油受地层条件限制较小，同时随着我国西部大气田、东部二氧化碳和氮气气源的陆续开发，以及西气东输管道的全面贯通和境外天然气的引进，将给我国东部油田注气开发提供丰富、可靠的物质保障。

可以说，采用注气驱提高采收率将成为我国石油开采业中具有诱人魅力和前景的一项技术革命[3-4]。

1.2.3存在的问题

目前，三次采油技术大多还处于室内实验研究和小型的矿场试验阶段，离工业生产还有较远的距离。

尤其是在化学驱油方法中效果显著的三元复合驱，近二十年来，对驱替剂自身的特性、驱替剂对储层流体的作用机理研究较多，理论比较成熟，而对于驱替剂与储层固相的矿物岩石间的作用及其后果研究很少，特别是对碱剂在地下对储层岩性、物性引起的长期改变研究更少，要成功地进行化学驱，实现三元复合驱强化采油技术的工业化生产必须考虑在驱替过程中储层特征的动态变化，以储层特征的动态变化为依据进行化学驱工程方案优化设计。

此外，还必须解决如下几个问题：

一是剩余油带或残余油带的预测，储层中剩余油或残余油的分布由储层中原油的最初分布形态和后来的钻井、开发施工措施共同决定。

二是对采出来的原油进行破乳、脱水和脱去其中混合的化学驱替剂。

三是减少化学剂在地层中的吸附滞留。

四是提高优化改善驱替剂的配方，使三种驱替剂在驱油效率和在经济技术效益方面达到最佳的协同效应。

开发在苛刻条件下的新型表面活性剂，合成高稳定性、增溶、抗盐、耐温、耐碱、低界面张力、窗口较宽且驱油性能佳的各种表面活性剂的研究。

化学驱油费用是影响化学驱经济效益的关键，因此，目前对驱油剂的研究重点是如何开发廉价的表面活性剂，使表面活性剂驱油剂性能价格比达到最佳，表面活性剂驱油技术的经济效益达到最优化。

五是在表面活性剂复配上进行一些研究，以适应注水后期老油田进一步提高采收率的形势。

粘弹性低张力聚合物/表面活性剂二元复合驱研究作为一种新的驱油方法，其机理的研究表明，表面活性剂/聚合物二元复合体系可以最大限度地发挥聚合物的粘弹性，减少乳化液处理带来的一些负面影响，彻底清除由于碱的存在引起的地层及井筒结垢现象。

由于体系还有较低的界面张力，因此在化学剂成本相同的情况下，可达到与三元体系相同的驱油效果，可能成为一项替代三元复合驱的新技术[7]。

1.3三次采油的发展前景及选题根据，解决问题的初步计划、方案

1.3.1发展前景

随着地层原油被不断的采出，地层能量将不断下降，同时，由于生产流体的含水率不断升高，油田会逐渐进入衰竭期。

为了使产油量维持在一定水平或使产量增加，就必需制定未来油田的开发方案。

这就要求不断发展EOR技术。

因此，EOR技术的应用在今后有广泛的前景。

在应用EOR技术时还应做好以下两方面的工作[7]：

（1）不断发展和完善已有的聚合物驱、表面活性剂驱、注蒸汽驱、注天然气驱、注CO2驱等EOR方法，努力做到高效益、低成本，大力提高原有采收率。

（2）研究出新的EOR方法，以克服和补充已有EOR方法的不足和缺点。

许多油田开发方面的资料表明，利用微生物增产原油将是今后EOR技术发展的新方向，并极有可能在将来被大力用于实际生产中。

据预测，在新的EOR方法中，热采在提高原油采收率方面仍占重要的地位，而化学驱始终保持发展的势头。

三次采油技术经过八十多年的发展，已经形成了三大EOR技术，即热力开采、化学驱油和气体混相驱油。

最近又提出了以下几种新技术[8]。

（1）用无忌凝胶提高高温油层的采收率

应用可形成无机凝胶的GALCA调堵剂来提高原油采收率是一种新的EOR方法。

基于GALCA调堵剂在高温油层能够形成无机凝胶和二氧化碳的能力，在地层形成的凝胶大大地减少了储集岩水相渗透率，而油相的相对渗透率则几乎没有改。

形成凝胶的时间取决于温度及各组分的配比。

该凝胶的典型特征是触变假塑性块状凝胶结构，这种凝胶体改善了储集层的均质性，从而调整了注水井的吸水剖面，增加了产油量而减少了产水量。

在西西伯利亚的现场试验结果表明：

在技术和经济方面都是可行的、有效的，而且该方法对生物不会带来任何危害。

（2）黑液用于复合体系驱油

黑液是碱法工业造纸过程中排出的废液，他含有碱、木质素等天然表面活性剂，用它取代复合驱中的碱及部分表面活性剂，使复合驱体系既具有更佳的协同效应，又能使废物得到应用，减少早知过程中废液对环境的污染。

（3）微生物提高原油采收率

微生物提高原油采收率是利用微生物所代谢出的对提高采收率有用的物质或者利用微生物具有分解碳氢化合物的性能，从而提高原油采收率。

微生物提高原油采收率的极大魅力在于其能力和成本。

现已证实微生物代谢产物—黄胞胶在聚合物驱中要比聚丙烯酰胺更有效，并且由于它生物代谢的生成物也比当今于提高采收率的各种工业制品有更优良的能力。

倘若微生物既能采油也能对原油进行改良的话，那么采油后的改良工程则可简化。

由于微生物驱油与其他化学驱不同，它是将化学物质由工厂生产转移到地层，利用油层中的廉价营养源不断繁殖产生有用的代谢物，因此成本大幅度降低[9]。

1.3.2选题根据

1.3.2.1注水开采后原油被圈捕的原因

（1）油藏地质渗透率的非均质性

例如大庆油田油藏属于正韵律沉积，下粗上细，下部的渗透率高于上部。

在注水驱时往往沿着油层下部推进，而上部油层则继续留下大量未被驱替的原油。

因此油藏地质的非均质性阻止了水的波及系数的提高。

波及系数=（注水波及到油层的体积）/（整个含油油层的体积）

（2）油层岩石的润湿性

若岩石为水润湿性，则注水能把岩石表面的原油冲刷下来，反之，岩石为油润性，注水只能冲刷一部分原油。

这时驱出原油的能力可以用洗油效率来表达。

洗油效率=（注水波及到油区所采出的油体积）/（整个波及油区储存油的体积）

（3）毛细管的液阻效应

当驱动原油在毛细孔中移动到达喉道时，原油块会发生变形，产生附加压力。

其值可用Laplace方程计算：

△P=P1-P2=2σ-（1/r1-1/r2）

式中：

σ为油水界面张力，r1为油滴细端的半径，r2为油滴粗端的半径。

附加压力△P阻止原油向油井井底运行，必然影响到采收率。

为此剩余油是以不连续的油块被圈捕在水所涉及到的油藏中的[10]。

1.3.2.2提高采收率的途径

（1）提高波及系数，降低水油流度比（M）。

当M≤1时，这种驱油体系是有效的，M>1时，此驱油体系将发生指进现象。

M=（Kw/Uw）/（Ko/Uo）

式中：

Kw、Uw为水体系在地层中的有效渗透率和粘度，Ko、Uo为原油在地层中的有效渗透率和粘度。

在实践中经常把高聚物加入水中来提高Uw，改善流度比M，提高波及系数，称之为聚合物驱。

（2）增加毛管数，注水开采后，剩余油以不连续油块被圈捕在岩石孔隙中，此时每个油块受到两种力的作用（粘滞力和驱动力）。

Melrose和Taber等人用一个无因次准数Ne（毛管数）表征上述两种力之比。

Ne=（UwVw/σ）=（△P/Lσ）

式中：

Ne为毛管数，Uw为驱油体系粘度，Vw为驱油体系流动速度，σ为水和原油之间的界面张力；△P/L表示被圈捕油珠通过毛细孔喉道所需压力梯度。

从Ne的表达式可知，要提高其值，可调参数有两个：

一是提高驱油体系的流动速度，或者提高压力梯度（△P/L）；二是降低原油和水的界面张力[10]。

1.3.2.3驱油用表面活性剂

目前，对于三次采油用表面活性剂的研究主要集中在以下几个方面：

（1）耐盐的表面活性剂体系　石油磺酸盐的抗盐性差，但通过与其他表面活性剂的复配可克服此缺点，如烷基聚氧乙基硫酸盐与石油磺酸盐的复配体系和阴离子表面活性剂与石油磺酸盐的混合体系等，都可以显著地提高体系的抗盐性。

最近报道的渣油磺酸盐（OCS）表面活性剂也具有比较好的抗高矿化度和高钙、镁离子的能力。

（2）耐温的表面活性剂体系　在表面活性剂分子结构中引入非离子性基团（如聚氧乙基或聚氧丙基、氧乙基化的烷基酚基等），辅以其他合适的助剂，将有效地提高表面活性剂驱油时的耐温性能。

（3）耐盐耐温的表面活性剂体系　高温、高矿化度油藏对表面活性剂的要求也越来越高，单独的非离子或阴离子表面活性剂都不能满足驱油的要求。

如果把非离子基团和阴离子