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在以表面活性剂为主体的采油体系开发中,油-水界面张力是一个重要衡量指标,一般要求体系能够使得油-水界面张力降低至10-3mN/m以下。单一表面活性剂很难达到此要求,可将不同类型表面活性剂复配,通过协同增效作用降低油-水界面张力,同时可以增加胶体稳定性和减少表面活性剂在基质上的吸附。目前,化学驱中广泛应用的表面活性剂为阴离子石油磺酸盐类表面活性剂及其他非离子型化学合成表面活性剂的驱替体系;尽管在降低油-水界面张力方面十分有效,但由于这些化学合成类表面活性剂在制备原料、制备过程和使用过程中都存在不可再生、有毒、难降解等诸多问题,因此,寻求高效、低毒、易于生物降解的新型表面活性剂用于原油驱替,已经成为国内外研究的热点。生物表面活性剂是一种低毒、高界面性能同时易降解的表面活性剂,同时生物表面活性剂廉价易得有着良好的耐温耐盐性能、更好的环境兼容性,微生物发酵产生的表面活性剂可以产生化学方法难以合成的特殊官能团,为工业提供新的可能。鉴于不同类型表面活性剂复配后往往较单一表面活性剂具有更高的表/界面活性、更低CMC值,更稳定的胶束结构等特性,将不同类型生物表面活性剂复配后应用于原油驱替,可以有效提高驱替效率,降低驱替成本。本文利用油水界面张力及岩芯驱油效率作为主要评价指标,以鼠李糖脂(RL)和槐糖脂(SL)生物表面活性剂混合体系为基础,研究生物表面活性剂复配在降低油/水界面张力的协同效应,生物表面活性剂-碱-聚合物之间的配伍性以及复配体系的耐温耐盐性能,筛选以RL、SL、碳酸钠、聚丙烯酰胺为基础的复合驱油体系。通过室内物理模拟实验评价复合体系的驱油效率,对比不同界面张力特征条件下的复合体系的驱油效果,探讨驱油机制,为生物表面活性剂复配体系在三次采油等实际应用提供理论指导。1、鼠李糖脂/槐糖脂复配驱油剂配方研制和性能评价(1)RL和SL在总质量分数为0.15%,RL与SL质量之比为4:1时,体系界面张力达到最低,为0.8231mN/m,较单一的RL和SL体系分别降低了41.6%和57.6%,表明RL/SL复配体系在降低油/水界面张力方面具有协同作用。(2)“RL/SL”复配体系与碱和聚合物之间具有良好的匹配性。其中,无机碱碳酸钠在降低“RL/SL”复配的界面张力方面较有机碱更为有效。在碳酸钠浓度为0.6~1.2%时,聚丙烯酰胺聚合物浓度为500~4000mg/L时,“RL/SL-碳酸钠-聚丙烯酰胺”复配体系的界面张力达到10-3mN/m数量级;可以满足驱油体系界面张力达到超低要求。(3)“RL/SL-碳酸钠-聚丙烯酰胺”复配驱油体系具有良好的耐温性、耐盐性和乳化性。在30~90℃的实验温度变化范围内,复配体系的油-水界面张力达到10-3mN/m的超低界面张力值,且随温度升高而降低;在0~15000mg/L的矿化度范围内,尽管复合体系界面张力随矿化度的升高而升高,但仍能达到10-3mN/m的超低界面张力;同时,该复配体系对胜利原油具有良好的乳化性能。2、鼠李糖脂/槐糖脂复配驱油剂岩芯驱替原油效果评价(1)通过室内岩芯驱替实验,模拟胜利油田沾三区块油藏环境,比较了“RL/SL-碳酸钠”复配体系、“RL/SL”复配体系、“碳酸钠”单一体系对胜利原油的驱替效率。结果表明,比较“RL/SL-碳酸钠”复配体系、“RL/SL”复配体系、“碳酸钠”单一体系提高原油采收率分别达到30.30%、15.50%和4.20%,“RL/SL-碳酸钠”复合体系提高原油采收率远高于“碳酸钠”体系和“RL/SL”体系,证明“RL/SL”与碳酸钠复合体系在提高原油采收率方面有良好的协同效应。(2)通过室内岩芯驱替实验,考察具有不同平衡界面张力和动态界面张力的“RL/SL-碳酸钠”复配体系驱油效果,以确定驱油体系界面张力对原油采收率的影响。结果表明,复合体系的动态界面张力在较低的碳酸钠浓度(0.2%)下即可达到10-3mN/m超低范围,而静态界面张力则需要在较高碳酸钠浓度(0.6%)才能达到超低范围;当复配体系动态界面张力达到10-3mN/m超低界面张力时,原油的采收率即可效果显著提高,这表明,复配体系动态界面张力达到超低值是显著提高原油采收率的重要条件。这表明该复合驱不仅具有较高的驱替率,而且降低了碱的使用量,减少碱对地层的损伤,因而具有良好的应用潜力。(3)通过岩芯驱替实验,本研究所开发“RL/SL-碳酸钠”复合驱油体系较“石油磺酸盐(PS)-碳酸钠”复合驱油体系对胜利原油的采收率提高26.2%,表明生物表面活性剂复配的驱油效果要优于石油磺酸盐化学表面活性剂;同时,与其他已经应用的表面活性剂驱油体系比较,本研究所开发的驱油体系表面活性剂用量降低0.15%左右,碳酸钠用量降低0.6%~1%,不仅可以降低驱替成本,而且可以减少碱对底层的损害。因而具有良好的实际应用潜力。