三元复合驱技术的驱油机理及改进方向
ASP三元复合驱油技术
ASP三元复合驱油技术王虎彪王毅博延安盛科工贸工程有限公司一：技术简介ASP三元复合驱油技术是指将碱，表面活性剂、聚合物通过一定的数据比例混合后注入地层，扩大波及体积达到提高采收率的目的。
二：实验研究结论：大庆油田在八五期间就已经对五口井经行了现场试验，取得了显著的效果。
通过中国地质大学，大庆石油研究院，的刘春林，杨清延，，李斌会以及兰玉波等人的实验模拟研究表明，再有隔层的条件下采收率的贡献程度，中渗透层的达到25.29%，其次是低渗透层达到44.31%，而高渗透层仅为30.40%.，分析认为三元复合驱油技术主要是提高油藏的驱油效率，特别是高渗透层的驱油效率，同时能够提高中低渗透层的波及系数，初步得出驱油效率对采收率的贡献值为33.27%，波及系数的贡献率为66.73%。
也就是说对于提高石油采收率贡献最大的最直接的就是波及体积的提高。
三、ASP三元复合驱中驱油成分之间的协同效应：ASP三元复合驱油比单一去和二元驱有更好的驱油效果的主要原因在于ASP三元复合驱中的聚合物、表面活性剂、和碱之间有协同效应，他们在协同效应中起着各种作用。
1：聚合物的作用：（1）聚合物聚合物改善了表面活性剂和碱溶液之间的流度比（2）聚合物对驱油介质的稠化，可以减少表面活性剂和碱的扩散速率，从而减小药耗。
（3）聚合物可与地层中的钙镁离子反应，保护了表面活性剂使他不易形成地表面活性的钙镁盐。
（4）聚合物可以提高碱和表面活性剂形成的水包油乳状液的稳定性，是波及系数（按乳化-捕集机理）和洗油能力（按乳化-携带机理）有较大的提高。
（5）吸附和捕集（6）聚合物的盐敏效应2：表面活性剂的机理：（1）表面活性剂可以降低聚合物和碱之间的界面张力，使他具有洗油能力。
（2）表面活性剂可以使油乳化，提高了驱油介质的粘度。
乳化的油越多，乳状液的粘度越高。
（3）如表面活性剂与聚合物形成络合结构，则表面活性剂可提高增粘能力。
（4）表面活性剂可以补充碱与石油酸反应产生表面活性剂的不足。
浅议三元复合驱技术
浅议三元复合驱技术作者：张国红张春超李春雨来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第02期【摘要】目前，国内老油田，如大庆油田、胜利油田等处于高含水期，每年新增可采储量不足，主体油田已经进入年产量下降的阶段，如何通过驱油技术提高老油田的采收率是目前国内采油研究热点问题。
本文介绍了三元复合驱技术的驱油机理，综述了三元复合驱油体系的优缺点，以及存在问题和探索研究研究方向。
【关键词】三元复合驱；原理；优缺点；存在问题；探索方向1976年，美国学者提出三元复合驱方法，但由于理论和工程技术问题异常复杂，至今无重大突破，国外仍处于实验室和井组试验阶段。
大庆油田从1991年开始组织专业团队对三元复合驱油方法进行系统攻关，1994年开始进行先导性矿场试验，2000年开展了扩大工业性试验，2014年实现了工业化规模应用。
经过30年攻关，大庆油田创新了三元复合驱油理论，自主研发出表活剂工业产品，创建了完整的工程技术体系，可在油田含水率达到98%的极限开采条件下，再提高采收率20个百分点以上。
有权威资料显示，世界探明石油储量的54%（2876亿吨）储存在砂岩油藏中，依靠天然能量和水驱开发的最终采收率一般为33%，尚有约2/3不能采出，采收率每提高1个百分点相当于又找到一个大庆油田。
如果全球采收率提高1个百分点，可采储量增加50多亿吨，相当于全球两年的石油消费量。
一、三元复合驱技术的驱油原理三元复合驱使中国石油开发重大试验之一，是大庆油田最有代表性的前瞻性提高采收率解题技术。
三元复合驱，即三元复合驱油技术，是指将碱、表面活性剂和聚合物按照一定比例混合后注入地层，达到提高采收率目的的一种化学驱技术，是在碱水驱和聚合物驱基础上发展起来的三次采油新技术或后三次采油技术。
1.1碱的作用：提高聚合物的稠化能力；碱与石油中的酸反应产生了表面活性剂可将油乳化，提高具有介质的粘度，使聚合物能有效的控制流体流动；碱与石油中的酸反应产生的表面活性剂可以三元复合驱中的表面活性剂产生协同效应；碱可与地层中的钙镁离子反应，或与岩石进行离子交换，起牺牲剂的作用，保护聚合物和表面活性剂；碱可以提高岩石表面的负电性，减少砂岩表面对聚合物和表面活性剂的吸附量；碱可以提高生物聚合物的生物稳定性。
三元复合驱技术研究
三元复合驱技术研究摘要:三元复合驱是20世纪80年代中期提出的三次采油新方法。
它是由碱/表面活性剂/聚合物复配而成的三元复合驱油体系，既有较高的粘度，又能与原油形成超低界面张力，从而提高原油采收率。
关键词：三元复合驱；成垢；技术三元复合驱是20世纪80年代中期提出的三次采油新方法。
它是由碱/表面活性剂/聚合物复配而成的三元复合驱油体系，既有较高的粘度，又能与原油形成超低界面张力，从而提高原油采收率。
但是，在驱油体系注入地层的过程中，当碱性的化学剂注入地层后，受地层温度、压力、离子组成和注入体系的pH值等因素的影响，与地层岩石和地层水发生包括溶解、混合和离子交换在内的多种反应。
一方面，碱性三元液中的钠离子与粘土中的钙、镁离子发生置换，形成钙、镁的氢氧化物沉淀；另一方面，在地层岩石组分中有长石、伊利石、高岭石、蒙脱土等，碱也能与这些组分作用生成Si、Al等离子，进入地层水中，打破地下液体原有的离子平衡，随着地层条件的改变又形成新的矿物质沉淀，产生大量的硅铝酸盐垢。
这些由于碱的存在而引起的垢沉积，不仅造成卡泵现象，影响抽油机的正常生产及试验的顺利进行，而且还会堵塞油层孔隙，降低驱油剂的波及系数，并使油层受到伤害，影响最终采收率。
我国大庆油田已完成的5个三元复合驱先导性矿场试验,使用NaOH的为4个试验区,在这4个试验区中,除杏五区外,均不同程度地出现结垢现象,结垢发生在采出环节,包括油井近井地带、井筒举升设备和地面集输设备,以中心采出井最为严重,也最为典型。
因此，确定三元复合驱的成垢条件及界限，研究三元复合驱过程中垢的形成机理，找出对策，保证三元复合驱技术的成功有重要意义。
一、结垢状况分析为了确定三元复合驱垢样的晶型及组成，了解试验区的结垢情况，对试验区垢样进行分析。
（一）垢样分析取三元复合驱矿场试验区垢样，如采用大庆油田采油四厂杏二西三元复合驱扩大性矿场试验区垢样为例。
具体过程为：采用-射线衍射进行物相分析，确定矿物的晶型，用-光电子能谱确定元素组成，用化学分析法确定典型氧化物的含量。
三元复合驱中各种化学系的作用及ASP提高采收率机理
ASP方法优缺点及未来发展前景
• 未来发展方向
• 三元复合驱体系仍处于工业性试验向工业性推广的过渡阶段，将来的发展方 向是成为老油田增产的三次采油主导技术。三元复合驱的发展主要集中在新 型表面活性剂的研制以及强碱向低碱甚至是无碱转化方面。目前主要的表面 活性剂有：烷基苯磺酸盐和石油磺酸盐；石油羧酸盐、非离子表面活性剂和 生物表面活性剂主要用作著助剂和牺牲剂[4]。如今有许多新型表面活性剂正 处于研发阶段，它们都具有碱度要求低、原油适应性宽和界面性能优越等优 点，但原料少，工业化生产难度较大。国内外表面活性剂的总体发展趋势是 由强碱向弱碱向低碱方向发展，最终的发展趋势是向无碱方向发展以减弱三 元复合驱的缺点；合成工艺由复杂化向简单化方向发展；理论研究，由对表 面活性剂复配性能的研究向研究表面活性剂结构和性能关系方向发展。
ASP相关基本概念及应用现状
ASP中驱油各组分中的协同作用
ASP中驱油各组分中的协同作用
ASP中驱油各组分中的协同作用
ASP方法优缺点及未来发展前景
• 优点：
• • (1)ASP三元复合驱试剂中的碱比较低廉，它与天然有机酸形成表面活性剂， 并且外加了少量的合成表面活性剂以增强其界面活性，其成本比较低。 (2)该驱油体系最主要就是利用了碱与原油中某些组分的反应来生产表面活性 剂，同时又解决了保持低界面张力与使用高碱浓度间的矛盾，为复合驱矿场 应用提供了技术基础。 (3)三元复合驱油剂具有很强的驱油能力，能够驱出水驱难以驱出的重质残余 原油，大幅度提高了油井的生产能力。 (4)三元复合驱能够改善油层的吸水界面，并在驱油过程中形成高饱和度的原 油富集带，大大提高了油井的生产能力。 (5)降低表面活性剂的吸附量。
• •
ASP相关基本概念及应用现状
三元复合驱采油技术在石油开采中的应用
三元复合驱采油技术在石油开采中的应用摘要：众所周知，石油被称为工业的血液，它是一种及其重要的非可再生资源，同时也是重要的化工原料和能源，对国家来说，更是一种重要的战略物资，国民经济发展离不开石油。
石油的消耗量随着经济社会的发展也在逐年递增，因此，如何提高石油的采收率成为石油行业最为重要和关键的问题。
三元复合驱采油技术的出现和发展，在很大程度上有效缓解了油田产量递减的趋势，它已经成为油田产量接替的重要措施之一。
关键词：石油开采；采收率；三元复合驱引言石油是我国重要的化工原料和能源,同时也是提高我国竞争力的重要战略物资。
随着我国经济的快速发展,工业的不断改革,能源的消耗也在不断增加,石油作为我国的主要能源，其消耗量也呈现逐年递增的趋势。
所以，利用有效的开采技术提高石油的开采效率也成为当下发展的必然趋势。
三元复合驱采油技术的应用能够很好的提高采油效率,很好的缓解了能耗增加带来的问题。
一、三元复合驱采油技术概述三元复合驱采油技术属于伴随着时代发展进而演化的一种采油技术，其属于化学采油模式，改变了传统的表面活性剂驱，进而使得三种原本的驱材料复合成为了一种，具有更加良好的生产效率。
其产生于二十世纪八十年代，主要将传统的一二元驱作为基础，然后通过它们的共同作用发挥。
我国应用三元复合驱采油技术起步较晚，不过伴随着我国技术的进步，使得其应用理念更加完善，成功的帮助了行业的发展。
三元复合驱采油技术主要是由于传统中的化学驱等的淘汰，使得相关工作人员开展对应的而研究，将三种驱成功的结合在了一起。
三元复合驱采油技术采油时，便是一边注水，而另外一方面向其中注射对应的碱类物质和其他驱，使得当石油开采完成后，整体原油的密度更高，并且提高了整体的出油率。
在实际的应用中，三元复合驱采油技术需要根据具体情况确定驱的种类，并且根据具体情况确定其具体比例，并且不同比例的驱所产生的效果同样不同。
不能让碱类物质过量，通过表面活性剂和高分子聚合物提升石油整体的采用率。
三元复合驱油井结垢机理及防治措施
三元复合驱油井结垢机理及防治措施背景石油是现代工业的基础原料之一，其开采过程中，由于地下水含有一定的盐分和矿物质，当油逐渐地从井口流出时，其中的盐分、矿物质等物质会随着油一同流入管道，而管内的油温度和压力的变化反过来又加速了这些物质的结晶和沉积，使管道内部形成一层薄膜或固体垢层，从而影响了油管的通畅度和输送效率，特别是一些高盐、高矿化度的油井，更是容易形成结垢。
此外，井下水文地质条件、开采工艺等因素也会对结垢情况产生影响。
因此，研究油井结垢机理，探究防治措施符合实际需要。
三元复合驱油井结垢机理油井内结垢的原因主要是由于地下水中的矿物质经过化学反应后形成的沉积物和油中成分的相互作用造成的。
沉积物包括碳酸盐、硫酸盐、钙盐、镁盐等。
油中的成分主要是芳烃、酚类、脂肪酸等可溶于水的表面活性物质。
当油的直径变小时，这些物质便会结晶并附着在管壁上，形成垢层。
与单一的异物沉积不同，油井结垢还存在着生物污染和物理化学反应。
生物污染主要包括细菌、藻类、真菌等产生的粘附物。
物理化学反应包括离子交换、化学反应等。
离子交换主要是指石油中的树脂和金属离子之间的交换作用，好比洗碗剂清洁油脂污垢时的表面活性剂一样，树脂可以吸附管道壁上的垢，并释放出与之结合的水分子。
化学反应包括酸碱反应、氧化还原反应等。
三元复合驱油井结垢的机理，一定程度上也可以理解为上述多种因素作用的综合结果。
三元复合驱油采取了多种物理化学防垢技术，通过加入缓蚀剂、抗结剂、抗沉剂等多种化学剂，可以调整钙、铁、铜等离子元素的配合和抑制矿物晶体的生长，从而达到抗垢防腐的效果。
另外，工程方面也要考虑到对井段的适度加热、流量增加等，以保证原油在管道中适宜的流动状态，避免物质过多地聚集和沉积。
防治措施针对三元复合驱油井结垢的机理，我们可以从以下几个方面着手采取防治措施。
进行化学防垢为了抑制结垢的形成，可以加入化学剂，如抑垢剂、抗结剂、缓蚀剂等，以调整地下水和油中离子的平衡状态，以减少矿物质的沉淀和结晶。
三元复合驱油技术
10-3
当量降低。
10-4
机械降解对三元复合体系界面张力影响
10-1
界面张力,mN/m
10-2
10-3
Sa=0.2 wt% NaOH=0.8 wt% P＝2500 mg/L 二厂油水
10-4
未剪切三元， 44.2 mPa.s 三元剪切1次，23.7 mPa.s 三元剪切2次，10.2 mPa.s
Sa=0.2 wt% NaOH=1.2 wt% P＝2500 mg/L 二厂油水 0 20 40
使油水产生乳化，乳化携带和乳化扩大波及体积，提高采收率 在岩石表面吸附，虽然改变岩石润湿性有利于提高采收率，但 吸附损失导致表面活性剂用量增大，三元复合驱成本升高
烷基苯磺酸盐表面活性剂性能评价
界面张力性能
无论是根据界面张力和毛管数与驱油效率及剩余油饱和 度的实验结果，还是依据大庆油田地质条件和驱动体系进行 的计算结果，都能得出只有油水界面张力达到 10-3 mN/m 数 量级时，才能启动残余油。
未剪切三元， 35.1 mPa.s 三元剪切1次，15.2 mPa.s 三元剪切2次，9.0 mPa.s
60 80 Time, min 100 120 140
0
20
40
60
80
100
120
140
Time, min
机械剪切后，低碱体系动态界面张力持续降低，高碱体系动态界 面张力先降低后逐步上升－－－－表观当量升高。
三元复合体系与大庆原油界面张力必须达到10-3 mN/m数量级
以平衡界面张力作为表面活性剂评价标准存在一定局限性
1
界面张力，mN/m
10-1
2 1
三元复合驱 提高采收率
～16％ ～19％ ～20％ ?
三元复合驱油井结垢机理及防治措施
三元复合驱油井结垢机理及防治措施孙万成三元复合驱（简称“ASP”）技术是80年代中后期在国际上兴起的新型高效驱油技术。
二类油层开发三元复合驱技术是油田高含水后期进一步提高采收率的重要手段。
但随着三元复合驱矿场试验不断地深入，暴露出的油井结垢问题已成为该技术工业化应用的最大障碍，因此，研究三元复合驱油井结垢机理及防治措施是当前非常迫切的任务之一。
三元复合驱驱油机理三元复合驱是利用碱、表面活性剂和聚合物的溶液作为驱替液来提高油田采收率的—种新型采油技术，它可以提高驱替液的黏度，增大波及效率，降低油水界面张力，在一定程度上提高驱油效率，使石油的采收率增大。
三元复合驱中的碱与原油中的有机酸反应生成的烷烃链羧酸皂和环烷酸皂吸附在油水界面上，使油水界面张力降低，引起毛细管力阻滞作用降低，从而使被圈捕的原油参与流动。
碱与加入的表面活性剂产生协同作用，增大界面活性。
碱作为一种“盐”迫使更多的表面活性剂分子进入油一水界面，从而增加界面层中表面活性剂浓度，拓宽表面活性剂的活性范围。
碱与油水界面处存在的胶质、沥青质、石蜡、卟啉中的有机极性物反应，使得油水界面上的刚性膜破裂和有机物溶解，提高原油产量。
碱与岩石表面的矿物产生离子交换，使岩石表面矿物组成发生变化，改善岩石颗粒表面电性，减少表面活性剂和聚合物在岩石表面上的吸附、滞留损失。
碱的加入，促进聚合物的水解，使ASP体系的浓度增大。
三元复合驱体系中表面活性剂的作用是作为驱油主剂降低油一水界面张力，使残余油变为可流动油。
它改变了岩石表面的润湿性，使滞留在岩石孔道内的油滴和水之间的作用力增加。
岩石表面对原油吸附作用相对减小，增大水的洗油能力，同时对原油有增溶作用，还可使原油乳化，增加其流动性，达到混相驱油的效果。
表面活性剂存在时，更有利于皂化反应进行，两者的协同效应促使界面张力进一步降低，在离子强度和二价阳离子浓度高时起补偿作用。
拓宽体系的界面活性范围和油水发生自发乳化的盐含量（或pH值）范围。
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摘要：介绍了三元复合驱技术的驱油机理，综述了三元复合驱油体系存在的不足，以及在改进方面的研究现状。
关键词：三元复合驱油；采收率；表面活性剂；表面张力
常见的化学驱油剂主要有聚合物、表面活性剂和碱。
asp三元( 碱、表面活性剂和聚合物)复合驱是在综合了单一化学驱优点的基础上建立起来的一种新型的化学驱油体系[1]，具有驱油效率高的显著特点，近年来得到了迅速发展。
大庆油田矿场试验[2]表明，聚合物驱比水驱提高原油采收率10％以上，而三元复合驱可比水驱提高原油采收率20％以上。
可见对三元复合驱油体系的深入研究具有重要意义。
1、三元复合驱的驱油机理[3]
asp三元复合驱油体系既具有较高的粘度又能与原油形成超低界面张力, 在扩大波及范围、提高驱替效率的同时, 也提高洗油效率, 能改善水驱的“指进”、“突进”和油的“圈捕”,从而增加原油产量和提高采收率。
该体系驱油效果之所以明显优于单一化学剂驱。
是因为多种化学剂具有各自的作用与优势，且相互之间能发挥协同效应。
(1)聚合物的作用是增稠和流度控制。
目前最廉价，应用最成熟的产品是聚丙烯酰胺（hpam）。
hpam已被普遍用来提高注人水粘度和油层波及系数。
hpam的选择着重要与油藏渗透率、孔喉尺寸、注液速度等相匹配, 分子量越大增粘能力越强，浓度越大水解液粘度越大, 驱油能力越大。
(2)表面活性剂的作用是降低油水界面张力和提高洗油效率, 因温度、矿化度、原油组分等油藏条件的不同, 所使用的表面活性剂结构与性能也不相同。
石油羧酸盐、石油磺酸盐是现在普遍采用的驱油表面活性剂, 但石油磺酸盐耐温、耐盐性能比石油羧酸盐好。
(3)碱的作用是与原油中的酸性组分反应就地生成表面活性剂, 与外加表面括性剂协同效应更大幅度地降低油水界面张力并作为牺牲剂改变岩石表面的电性, 以降低地层对表面活性剂的吸附量。
应用的主产品为naoh和na2co3或二者混用。
2、三元复合驱目前存在的不足
室内和矿场研究表明[2], 三元复合驱采收率可在水驱基础上再提高20％以上，具有较好的增油降水效果。
但在应用过程中也暴露出一些问题[4]：三元驱油体系组成中，应用最广泛的强碱(naoh)虽能与原油中活性组分反应生成天然表面活性剂，与外加表面活性剂产生协同作用，大幅降低油-水界面张力；以及降低表面活性剂的吸附量，使复合驱成本下降。
但强碱使用带来现场施工工艺复杂、采油系统结垢、生产井产液能力下降、检泵周期缩短、采出液破乳脱水困难、聚合物溶液粘弹性降低、以及因地层粘土分散和运移导致地层渗透率下降等系列问题，并最终制约三元复合驱工业化推广应用。
因此目前弱碱及无碱复合驱油技术研究已成为发展趋势。
2.1 弱碱三元复合驱油体系
无机弱碱(如na2co3，nahco3)参与的三元复合驱油体系，在注采能力、采油速度、乳化能力等方面均高于强碱三元复合驱，比水驱提高采收率2o%以上。
此外，与普通强碱三元复合驱相比，弱碱三元复合驱可大大减少对地下岩石溶蚀及对油层伤害。
袁新强等[5]研究表明，可溶性硅磷酸盐替代naoh时，该复合驱油体系具有明显缓蚀阻垢作用，同时可得到超低油水界面张力(10-3mn/m)、优于普通(强碱)三元复合体系和聚合物溶液的调剖效果。
中强度(ph值=9)中性及弱碱性缓冲碱(na2co3／nahco3)既能保证石油皂生成，充分利用石油酸，降低外加表面活性剂浓度，又可与地层sio2相互作用，防止硅垢的生成，经过现场实践证明[6]，应用中强度缓冲碱代替强碱，在“三采”中是有利的。
此外，研究表明[7]，应用有机碱(弱聚合物酸性钠盐)代替和改进传统三元复合驱用的无
机碱(如na2co3，nahco3)一样可获超低界面张力，且有机碱不会与二价阳离子(如ca2+、mg2+)反应生成沉淀，不会影响水质及驱油效果，在硬水中同样能有效驱油。
2.2 无碱二元复合驱油体系
两性表面活性剂因其形成的聚表二元体系与油的界面张力可达超低而备受关注。
夏惠芬等[8]认为聚丙烯酰胺／两性表面活性剂(羧基甜菜碱)二元复合体系可形成超低(10-3mn/m)界面张力，其利用聚合物溶液黏弹性和表面活性剂体系的超低界面张力特性，使采收率大幅提高。
吴文祥等人[9]研究表明，无碱的和加入少量na3po4作为牺牲剂的聚合物／磺基甜菜碱二元体系与含强碱(naoh)的常规三元复合体系具有同样的驱油效果，在人造均质和非均质岩心上复合驱采收率增值均在25%以上，该复合体系与模拟大庆采油四厂原油问界面张力达到10-3 mn/m数量级。
近年来，双子表面活性剂／疏水缔合聚合物驱油体系因其协同性好、高的界面活性、独特的流变性而研究活跃。
蒲万芬等[10]通过在室内模拟中原油田油藏温度(70℃)条件下双子表面活性剂nnmb与疏水缔合聚合物naps二元复合体系与原油的界面张力，认为naps对nnmb 溶液界面张力值没有明显影响；nnmb／naps二元体系中加入一定量氯化钠，可增加表面活性剂降低界面张力的效率；该体系与原油问的最低瞬态界面张力均低至10-3 mn/m，这种新型二元体系对于高矿化度非均质油藏提高原油采收率具有很大应用前景。
3、三元复合驱的发展趋势
三元复合驱由于驱油效率高等显著特点，近年来已得到迅速的发展。
但由于其不足，三元复合驱在应用后的结垢和乳化等问题的研究已成为关注的焦点，其次，弱碱或无碱复合驱油体系也成为该体系的改进方向，特别是无碱二元复合驱的优点变得日益突出，开始成为重点研究方向，但此类研究较少，有待更全面更深入的研究。