1.2.3　聚合物/表面活性劑二元復合驅技術

（1）二元復合驅技術

聚合物/表面活性劑二元復合驅技術（簡稱為聚合物/表面活性劑二元復合驅）是一種可以充分發揮表面活性劑和聚合物的協同作用來提高原油采收率的強化采油方法。很早以前人們就認識到毛管力是造成水驅油藏掃及區滯留大量原油的主要原因，而毛管力又是油水兩相界面張力作用的結果，它抵消外部施加的黏滯力，使注入水與聚集的共生水只起到部分驅油作用。毛管力使一部分原油圈閉在低層孔隙之中，通過降低界面張力和提高注入水的黏滯力，可以降低毛管壓力，增大毛管數，從而提高采收率。聚合物/表面活性劑二元復合驅是在三元的基礎上，去掉堿所形成的低濃度的聚合物/表面活性劑二元復合體系。三元復合驅技術中大量使用堿，堿的使用可引起多價離子沉淀、巖石礦物溶蝕等現象。解決上述問題的根本途徑是不使用堿，但不加堿的復合體系必須產生超低界面張力，聚合物/表面活性劑二元復合驅油體系的黏度明顯高于同等條件下的三元復合體系，界面張力達到超低，且驅油效率較高。聚合物/表面活性劑二元復合體系作為一種新的驅油方法，可以最大限度地發揮聚合物的黏度和彈性，減少乳化液處理帶來的負面影響，減弱由于堿的存在引起的地層以及井筒結垢的現象。由于體系還具有較低的界面張力，因此，在化學劑成本相同的情況下，可以達到與三元體系相同的驅油效果，可能成為一項代替三元復合驅的新技術。

（2）二元復合驅特點

① 屬于無堿體系，可以減少多價金屬離子沉淀、巖石礦物溶蝕、井筒結垢、采出原油破乳困難等現象。

② 對表面活性劑的要求嚴格，必須在無堿無鹽的條件下使體系達到低（超低）界面張力，以增加體系的洗油效率，因而能夠促進一系列新的、效果更好的驅油用表面活性劑的研制、開發和生產。

③ 其黏度和彈性比三元體系高很多，因此其驅油效率和波及體積有可能更大，采收率更高。

④ 既靠流體的彈性，也靠低界面張力提高驅油效率，兩種提高驅油效率的機理同時存在，會出現許多新機理和新理論。

⑤ 可使用低分子量的聚合物，不需要加堿，減少了由于堿溶解巖石中的黏土而產生的地層傷害問題，具有更廣的油藏適用范圍。

⑥ 現場配置設備和工藝比三元體系簡單，更適合海上油田應用。

⑦ 化學藥劑成本比三元體系低，相應的投資成本降低。

⑧ 相同條件下，聚合物/表面活性劑二元復合體系注入壓力比聚合物驅低，有利于礦場實施。

（3）二元復合驅提高采收率原理

聚合物/表面活性劑二元復合驅是在聚合物/表面活性劑/堿三元復合驅基礎上去掉堿所形成的低濃度驅油體系，可以最大限度地發揮聚合物溶液的黏彈性，減少乳化液處理帶來的負面影響，減弱由于堿引起的地層以及井筒結垢現象。國內外研究結果表明，聚合物/表面活性劑二元復合驅體系提高原油采收率幅度在20%左右，礦場試驗取得了較好的增油降水效果。聚合物/表面活性劑二元復合驅體系可以克服三元體系的缺點，具有廣闊的發展空間。

P/S二元復合驅體系中主劑包括表面活性劑（S）和聚合物（P）。可以按不同的方式或不同的組分含量組成各種復合驅。二元復合驅兼具表面活性劑驅和聚合物驅之長，并且發揮了各組分之間的協同效應。

1）降低體系界面張力

界面張力直接與表面活性劑在油-水界面的吸附相關，表面活性劑的存在可以降低驅油劑與原油之間的界面張力，從而減小了油滴通過狹窄孔喉的阻力，殘余油滴容易被驅動并在油層中聚集并形成油墻，因而提高驅油劑的洗油效率。聚合物對界面張力影響較小。因此，聚合物濃度固定，通過測定界面張力與水相表面活性劑的變化關系，可以獲得表面活性劑在原油-水相界面上吸附的詳細信息。

2）降低流度比

聚合物能夠保證驅油體系具有一定的黏度，進而有效地封堵高滲透層，增加驅油液的流動阻力，降低流度比，提高波及效率。表面活性劑對聚合物溶液的黏度也有一定影響，隨表面活性劑濃度的增加，聚合物溶液的黏度增大。同樣聚合物的存在增大了體系的視黏度，可以降低表面活性劑的擴散速度，從而降低其在油層中的損耗。

二元復合體系驅油的主要機理為擴大波及體積和提高洗油效率，驅替液的黏度越高，其擴大波及體積的能力越強，驅油效果越好。但當驅替液的黏度高到一定程度后，其提高驅油效果的能力變差，因此，驅替液的黏度必然有一個合理的上限值。流度比可以定義為驅替液的流度與被驅替液（原油）的流度之比，即

式中　M_do——驅替液的流度與被驅替液（原油）的流度之比；

——驅替液（聚合物溶液或三元復合體系）的流度；

——原油的流度；

——原油的黏度，mPa·s；

——驅替液（聚合物溶液或三元復合體系）的黏度，mPa·s。

聚合物溶液驅油除了擴大驅替液波及體積外，還有提高驅油效率的作用。二元復合體系驅油是表面活性劑低界面張力驅油以及聚合物流度控制綜合作用的結果。

3）改變巖石潤濕性

驅油效率與巖石的潤濕性密切相關，一般而言，親油油層的驅油效率低，親水油層的驅油效率相對較高。表面活性劑由于物理和化學作用而易于吸附在巖石表面上，使巖石的潤濕性發生變化。在介質的原始潤濕狀態下，非潤濕相占據大孔隙，潤濕相占據小孔隙。如果改變巖石介質的潤濕性，非潤濕流體將存在于小孔隙內，而潤濕流體將存在于大孔隙內。巖石由油潤濕變化為水潤濕后，孔道中的油滴將形成連續相，通過降低界面張力，使其能夠沿孔道流動，從而提高原油采收率。

復合體系中，聚合物和表面活性劑的協同作用大大提高了體系的性能，除了上面介紹的主要機理，復合驅油體系中各組分的協同作用還表現在以下幾方面：

① 聚合物可與鈣鎂離子反應，保護了表面活性劑，使其不易形成低表面活性的鈣鹽、鎂鹽；

② 聚合物有助于增強原油與表面活性劑間形成的乳狀液的穩定性，進而增強了乳化攜帶作用的效果；

③ 聚合物大分子鏈和表面活性劑的非極性部分結合在一起，形成締合物。

另外，表面活性劑與聚合物間相互作用致使聚合物分子鏈伸展，增加了驅油體系的黏性。

（4）聚合物/表面活性劑二元復合驅油體系研究現狀

聚合物/表面活性劑二元復合驅油體系相對于三元復合體系來說，組合體系中去掉了堿，可以最大限度發揮聚合物的黏彈性同時兼具較低的油水界面張力，在提高波及系數的同時，還能提高洗油效率。

美國能源公司在得克薩斯州郡油田砂層中進行了表面活性劑/聚合物先導試驗，試驗區為162公頃水淹區，油層滲透率為0.2～0.5μm2，滲透率變異系數0.7～0.83，孔隙度15%。采用單獨聚合物驅所增加的石油產量不能抵消其費用，加入表面活性劑后可以獲得低界面張力，大大降低了殘余油飽和度，采收率增幅為25%，經濟效益十分可觀。

2003年中國石化首個二元復合驅先導項目在孤東油田七區西南試驗區實施，該先導試驗是在三元復合驅實踐的基礎上提出的，被列為中國石化2003年度油氣田開發重大先導試驗項目。科研人員吸取了以往三元復合驅試驗的經驗和教訓，開展了表面活性劑構效關系、化學劑間相互作用等機理研究，采用分子模擬技術指導組合濃度設計，在進行數值模擬及注采參數優化的基礎上，在孤東油田七區西南試驗區投入礦場試驗。到目前為止，試驗區共有10口油井見效，見效井比例為60%。試驗區原油日產量由試驗前的34.5t（最低時的30t）上升到目前的101t，產量增加66.5t。試驗區日產液由1883.5t上升到1992.5t，上升了109.0t。含水率由98.2%降到94.9%，下降3.3%，取得良好的增油降水效果。

雖然二元復合驅獲得了較好增油降水效果，目前面臨的問題仍然是成本太高，特別是表面活性劑的成本太高，推廣應用風險大。因此，二元復合體系中表面活性劑和聚合物濃度在現應用基礎上都需要進一步降低。