李柏林，金占鑫，杨凤艳，王洪卫，代素娟

油田化学

大庆萨中二类油层三元体系色谱分离特性研究

李柏林1，金占鑫1，杨凤艳1，王洪卫2，代素娟2

（1.东北石油大学化学化工学院，黑龙江大庆163318；2.大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江大庆163001）

以大庆萨中二类油层三元复合驱强碱体系为研究对象，以二类油层的天然对接岩心和二类油层的天然去油油砂组成4个模型，绘制3种化学剂产出与注入相对浓度和注入孔隙体积倍数（C/C0～PV）曲线，采用突破注入量和等比浓度注入量差两个指标来描述三元复合驱油体系的色谱分离程度，通过岩心渗流实验研究了二类油层的三元体系色谱分离特性。实验表明，三元复合体系中3种化学剂在二类油层中存在色谱分离现象；HPAM最先突破，碱和表活剂随后一起突破；各类驱油化学剂间色谱分离程度从强到弱依次是：HPAM与表活剂、碱与表活剂、碱与HPAM；三元复合体系中碱、表活剂与HPAM3种化学剂的突破时间随渗流距离增加而延迟，同时也增大了色谱分离程度；渗透率较小的二类油层比一类油层色谱分离作用更大。

三元复合驱；色谱分离；二类油层；岩心渗流

三元复合驱油体系碱、表活剂与HPAM在油藏向前驱替时，由于相互间运移速度存在差异，会产生色谱分离现象[1，2]。色谱分离是多组分混合液在某些多孔吸附介质中渗流时具有的一种特性，影响色谱分离程度的主要因素有组分竞争吸附、离子之间交换、两相液-液分配、多种路径运移、动态滞留损失等。以上因素导致3种化学剂间的运移速度产生差异，使碱、表活剂与HPAM在油藏内向前运移过程中彼此分离，即三元体系出现色谱分离现象[2]。三元复合体系所含化学剂受以上某一种作用或几种因素联合作用导致色谱分离现象出现。由于色谱分离作用，三元复合体系的完整性将受到破坏，从而影响三元驱油体系的性能[3-6]。与一类油层相比，二类油层河道砂发育规模明显变小、粘土含量高、层数增多、厚度变薄、渗透率变低、平面及纵向非均质性更加严重[7，8]。二类油层的地质特点决定了三元复合驱油层渗流的特异性，本文结合大庆萨中二类油层强碱体系三元复合驱矿场试验的现场实际，通过岩心渗流实验研究了二类油层三元体系色谱分离特性，为同类油层的三元复合驱提供有益的理论和可靠的试验依据。

1 实验部分

1.1 实验材料

表活剂：石油磺酸盐（自制）；

地层水：矿化度为5088.7mg·L-1的大庆平均地层水，用于饱和岩心；

注入水：矿化度为4826.7mg·L-1的大庆平均注入水，用于驱替和配制三元复合溶液；

驱替体系：ASP三元复合驱油体系（1.2% NaOH+0.3%表活剂+2000mg·L-1HPAM）；

岩心：φ2.5×5cm的天然岩心；共选用了2种模型，为填砂管模型和天然岩心对接模型。

1.2 实验步骤

（1）夹持器中装入岩心、中间容器装入各驱油试剂，在45℃下恒温1h；

（2）启动平流泵，注入速度设定为0.3mL·min-1；

（3）用注入水驱替一直到注入压力平稳；

（4）注入0.45PV三元体系，在流出端定时取样检测三元液各组分的浓度；

（5）三元段塞后，再水驱到4.0PV。

1.3 研究方法

驱油实验模型填砂管入口化学剂的初始浓度为C0，填砂管末端产出液中化学剂的浓度为C。以三元驱油体系的注入孔隙体积倍数（PV）为横坐标，化学剂相对浓度（C/C0）为纵坐标作图，绘制模型出口端产出液中3种化学剂的（比）浓度变化曲线。3种化学剂在油砂中相对运移速度的大小从变化曲线在图中的相对位置反映出来，变化曲线向左移动则表示化学剂运移速度较快；变化曲线向右移动则表示化学剂运移速度较慢。3条曲线之间的距离表示3种化学剂产生色谱分离的程度。

三元复合驱油体系的色谱分离主要在驱替前缘产生，并且最终的驱油效率受驱替前缘的影响也较大，实验过程使用以下两个指标来反映3种化学剂的色谱分离程度[9]。

（1）突破注入量突破注入量为驱替模型填砂管出口产出液中最先检到化学剂时的注入孔隙体积倍数表示。3种化学剂的突破注入量各异，证明3种化学剂之间产生色谱分离。

（2）等比浓度注入量差任意两种化学剂的等比浓度注入量差可用这两种化学剂的驱替前缘达到同一比浓度时的注入孔隙体积倍数的差值表示。差值越大，反映两种化学剂之间的色谱分离作用越大。实验均选用比浓度为0.05（C/C0=0.05）时相差的注入孔隙体积倍数表征色谱分离程度。

1.4 化学剂浓度测定方法

NaOH：用0.05mol·L-1盐酸标准溶液滴定，甲基橙指示剂；

表活剂：水和二氯甲烷的两相滴定法，酸性混合指示剂，用海明滴定；

HPAM：淀粉-碘化镉显色法。

2 结果分析

2.1 大庆萨中二类油层性质

大庆萨中二类油层属于碎屑岩类，骨架矿物主要是石英，钾长石和斜长石，胶结物主要为泥质粘土矿物，小粒径砂岩充填于大粒径砂岩之间。粘土矿物以孔隙填充物或孔隙衬层的形式存在，粘土矿物带电且具有很高的表面能，直接作用于渗流体，某些组分具有吸附作用，形成色谱效应[10]。二类油层的粘土矿物含量高，高岭石含量下降，蒙绿混合晶层粘土矿物含量增加。一、二类油层岩心中粘土矿物含量及其种类分布见表1。

表1 萨中一、二类油层岩心中粘土矿物含量分布Tab.1 The clay mineral content distribution of first and second-class reservoir core of Sazhong

二类油层的渗透率、孔隙度、孔隙半径和喉道半径明显小于一类油层，导致二类油层的渗流能力弱，对高分子化合物产生明显的滞留，二类油层的地质和结构特征决定了三元驱油过程的吸附特性。二类油层的孔隙结构特征结果见表2。

表2 萨中二类油层岩心的孔隙结构特征Tab.2 The pore structure of second-class reservoir core of Sazhong

2.2 油层性质对三元驱油体系色谱分离的影响

驱替模型为2支直径2.5cm，长30cm的接续天然岩心，岩心不饱和油，水相渗透率1.289μm2的模型代表一类油层，水相渗透率0.579μm2的模型代表二类油层，驱替操作温度为45℃，在不同的模型上分别注入0.45PV三元驱油段塞，研究了驱油体系中3种化学剂在一、二类油层内的色谱分离作用。油层性质差异对三元驱油体系色谱分离作用影响的实验结果见图1、2。

图1 模型1产出液中化学剂浓度变化规律曲线Fig.1 Rule curve of chemical changes on the model 1proiduced

图2 模型2产出液中化学剂浓度变化规律曲线Fig.2 Rule curve of chemical changes on the model 2 fluid proiduced fluid

由图1、2可知，复合驱油体系中3种化学剂在驱替过程中，因为天然岩心的吸附作用而产生了色谱分离，三元复合驱油体系的组成由于油层的色谱分离作用而发生了改变。在流出液中最先检测到HPAM，即最先突破岩心的是HPAM，在后续驱替过程中碱和表活剂相继突破，但二者的突破注入量相差不大。比较图1、2可以看出，图2中化学剂浓度变化曲线的积分面积变小，原因二类油层岩心中粘土矿物含量高，吸附作用强，渗透率低，比表面积大，孔吼狭小，吸附滞留量大，种种原因使化学剂在二类油层中的损失较大。色谱分离程度描述指标见表3。

表3 渗透率对三元复合体系色谱分离的影响（C/C0=0.05）Tab.3 Effects of permeability on the chromatographic separation of ASP compound system（C/C0=0.05）

从表3可以看出，在一、二类油层中，HPAM的突破注入量均小于碱和表活剂，表明HPAM和油层表面的化学作用力小于碱和表活剂。导致HPAM最先突破的原因是HPAM和碱发生水解反应，分子中负电荷增多，碱使砂岩表面负电性增强，吸附过程中HPAM被排斥等。二类油层任意两种化学剂间的等比浓度注入量差均大于一类油层。说明二类油层比一类油层色谱分离作用更大。

2号岩心上HPAM与碱、碱与表活剂、表活剂与HPAM的等比浓度注入量差都大于1号岩心，说明二类油层中3种化学剂的色谱分离作用更明显，这是因为二类油层渗透率低，孔隙内吸附表面积大，粘土矿物含量高，吸附作用强。同时，还可以看出各化学剂间以HPAM与表活剂色谱分离程度最严重，碱与表活剂次之，碱与HPAM最小。产生此现象的原因是石油磺酸盐驱油表活剂分子结构中含有强极性的磺酸基，运移过程中和砂岩孔隙内表面的吸附作用强，导致表活剂运移滞后，和另外两种化学剂产生明显的色谱分离效应。

2.3 渗流距离对三元驱油体系色谱分离的影响

在填砂管模型中，油砂为大庆萨中二类油层实际油砂，将岩心粉碎，用甲苯抽提，洗净原油，晾干后用分样筛筛分，该油砂的润湿性为亲水型。驱替实验操作温度为45℃，三元驱油段塞注入量为0.45PV，研究三元驱油体系的渗流距离对色谱分离的影响，驱替实验填砂管模型物性参数见表4。

表4 填砂管模型物性参数Tab.4 The physical parameters of sandpack model

三元复合体系按驱替流程注入填砂管，注入速度为0.3mL·min-1，3种化学剂色谱分离结果见图3、4，色谱分离程度定量描述指标见表5。

图3 填砂管1产出液中化学剂浓度变化规律曲线Fig.3 Rule curve of chemical changes on the sandpack 1 proiduced

图4 填砂管2产出液中化学剂浓度变化规律曲Fig.4 Rule curve of chemical changes on the sandpack 2 fluid proiduced fluid

由图3、4可知，长和短两只填砂管模型，化学剂均存在明显的色谱分离现象。化学剂突破顺序和对接岩心模型相同，仍然是HPAM先突破，其后是碱，最后是表活剂。这是因为岩心吸附性质没有改变，仍然遵循着既定的自然作用规律。

表5 渗流距离对三元复合体系色谱分离的影响（C/C0=0.05）Tab.5 Effect of filtration distance on the chomatographic resolution of ASP compound system（C/C0=0.05）

由表5可知，随着渗流距离增加，3种化学剂的突破注入量均增大，同时，任意两种化学剂间的等比浓度注入量差也均增大。说明三元体系在油层中随着渗流距离的增加，3种化学剂间的色谱分离程度也增大。这是因为运移路径增加，驱替流体向前运移过程中，3种化学剂和岩心孔隙表面的吸附解吸平衡次数增加，色谱分离作用累加效果明显，导致色谱分离程度加大。

3 结论

（1）三元复合体系中各化学剂在二类油层中存在色谱分离现象，HPAM首先突破，其后是碱突破，表活剂最后突破。

（2）各化学剂间以HPAM与表活剂色谱分离程度最严重，碱与表活剂次之，碱与HPAM最小。

（3）随着渗流距离的增加，三元复合体系中各化学剂突破时间变晚，3种化学剂间色谱分离程度变大。

（4）二类油层比一类油层色谱分离作用更大。

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Research of permeability on the chromatographic separation of ASP compound system of second-class reservoir in Sazhong of Daqing

LI Bai-lin1，JIN Zhan-xin1，YANG Feng-yan1，WANG Hong-wei2，DAI Su-juan2
（1.Chemistry and Chemical Engineering College，Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China；2.NO.1 Oil Product Daqing Oilfield Company Limited,Daqing 163001,China）

The ASP flooding alkali system of Sazhong in Daqing was researched.4models with natural butt core and natural oil removed sands were built.A curve of three chemicals on the relative concentration of outflow and injection with injected pore volume was drawn.The chromatographic separation degree of ASP flooding system was described based on two norms that are breakthrough injection volume and difference of geometric concentration injection volume.The chromatographic separation characteristics of II reservoir's ternary system was researched by core flow experiments.

ASP compound system；chromatographic separation；second-class reservoir；core filtration

1002-1124（2014）08-0026-04

2014-03-26

李柏林（1967-），副教授，主要从事油田应用化学方面的教学与科研工作。

金占鑫（1988-），在读硕士研究生，研究方向：油田应用化学。

TE357

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