乳化性能差異對中低滲巖心驅(qū)油效果的影響

徐曉麗，王業(yè)飛，李丹丹，劉晨，潘凌，王偉吉，王國瑞

（1.中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東 青島266580；2.中海油研究總院，北京100027；3.中國石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，江蘇 揚州225012；4.克拉瑪依市正誠有限公司，新疆 克拉瑪依834000）

目前，二元復(fù)合驅(qū)提高采收率技術(shù)主要應(yīng)用于中高滲地層，在低滲地層的應(yīng)用研究相對較少。通過大量的室內(nèi)實驗，研究分析了二元復(fù)合驅(qū)應(yīng)用于低滲地層三次采油的可能性，并對其影響因素進(jìn)行了評價。乳化是表面活性劑的一個重要作用，對驅(qū)油效果影響明顯：一方面，表面活性劑可通過乳化捕集和乳化攜帶等機理乳化原油，提高原油采收率［1-3］，室內(nèi)及現(xiàn)場試驗均證實，當(dāng)產(chǎn)出液中含有乳化物時，采收率明顯高于不含乳化物時的情況［4-5］；另一方面，乳狀液堵塞、巖石壁面吸附等現(xiàn)象會引起地層滲透率下降［6-10］，這對中高滲油藏的影響不大，而對低滲油藏的影響應(yīng)該引起高度重視。

文中通過篩選，得到了2 種乳化性能不同、其他性能相近的表面活性劑，分別采用單一表面活性劑體系和聚/表二元體系進(jìn)行了室內(nèi)驅(qū)油實驗，對比分析了不同滲透率條件下，乳化性能不同的2 種驅(qū)油體系對提高采收率效果的影響。

1 實驗設(shè)計

1.1 儀器

實驗儀器包括多功能物理模擬裝置、具塞試管、鼓風(fēng)干燥箱、Texas-500 型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀、DCAT21表界面張力儀/動態(tài)接觸角測量儀等。

1.2 材料

實驗藥品為江蘇油田提供的代號為JS-1，JS-2，SDYD 的表面活性劑；勝利油田的石油磺酸鹽（SLPS）；梳型聚丙烯酰胺HF62208（相對分子質(zhì)量616×104，水解度21%）；脫水原油（83 ℃下密度為0.831 4 g/cm3）與煤油（室溫下密度為0.780 5 g/cm3、黏度為1.3 mPa·s）以3∶4 的比例混合而成的模擬油、模擬地層水（總礦化度為9 650.11 mg/L）；石英砂人造巖心等。

1.3 方法

通過實驗評價4 種表面活性劑溶液與原油間界面張力、乳化能力及改變水濕性石英片的表面潤濕性，篩選出2 種乳化性能不同、其他性能相近的表面活性劑進(jìn)行驅(qū)油對比實驗［11-13］。

在驅(qū)油實驗過程中，水測巖心滲透率，飽和模擬油，并放置在巖心夾持器中老化24 h；水驅(qū)至瞬時含水率達(dá)到100%時轉(zhuǎn)為化學(xué)驅(qū)，注0.4 PV 化學(xué)劑后轉(zhuǎn)為水驅(qū)，直到產(chǎn)油量不再增加時停止實驗。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 表面活性劑篩選

測量得出的4 種表面活性劑溶液與原油界面張力、乳化能力及改變水濕性石英片的表面潤濕性參數(shù)見表1。

表1 篩選的實驗參數(shù)

在相同條件下充分振蕩后，用乳狀液析水率隨時間的變化速度來評價表面活性劑的乳化性能。將120 min 內(nèi)析水率小于10%界定為乳化性能好； 將60 min內(nèi)析水率達(dá)到50%界定為乳化性能一般；將10 min 內(nèi)破乳完全界定為乳化性能差［14］（見表1）。從表1可以看出：表面活性劑JS-1 和JS-2 的界面張力均超低［15］，基本不改變水濕性石英片的表面潤濕性，兩者乳化性能明顯不同，表面活性劑JS-2 的乳化能力優(yōu)于JS-1。因此，可選擇JS-1 和JS-2 作為對比試劑，分析乳化性能不同的表面活性劑對驅(qū)油效果的影響。

2.2 驅(qū)油實驗

采用篩選出的表面活性劑JS-1 和JS-2，在中滲巖心和低滲巖心中進(jìn)行驅(qū)油實驗，以分析單一表面活性劑體系和聚/表二元體系的乳化能力對驅(qū)油效果的影響。

2.2.1 單一表面活性劑驅(qū)

為了保證實驗的可比性，驅(qū)油劑段塞均采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的表面活性劑溶液（JS-1，JS-2），段塞尺寸為0.4 PV。所用巖心參數(shù)及驅(qū)油實驗結(jié)果分別見表2和表3。

表2 單一表面活性劑驅(qū)油實驗巖心參數(shù)

表3 單一表面活性劑驅(qū)油實驗結(jié)果

從表3可以看出，在單一表面活性劑驅(qū)滲透率一致的情況下，無論是中滲地層還是低滲地層，乳化性能好的表面活性劑JS-2 溶液，提高采收率的效果都好于乳化性能一般的JS-1 溶液，這充分說明了乳化性能在表面活性劑提高原油采收率中具有重要作用，在相同的滲透率條件下，不同表面活性劑體系提高采收率的程度存在明顯差異。中滲巖心采用JS-2 型表面活性劑驅(qū)，相對于JS-1 型表面活性劑驅(qū)，其采收率增加了3.6百分點，而低滲巖心采用JS-2 型表面活性劑驅(qū)，比低滲巖心采用JS-1 型表面活性劑驅(qū)的采收率增加了2.3百分點，說明乳化性能在滲透率相對較高的中滲油藏，采收率提高效果明顯，低滲油藏略差。這是因為地層滲透率較高時，乳化原油可以隨孔喉順利流出，而低滲地層由于孔喉的卡堵，乳化原油在地層中出現(xiàn)滯留，從而使采收率增幅減小。

另一方面，JS-1 型表面活性劑溶液在低滲巖心的采收率增值比中滲巖心高4.2 百分點，JS-2 型表面活性劑溶液在低滲巖心的采收率增值比中滲巖心高2.9百分點，說明同一驅(qū)油體系在低滲油藏的采收率增值幅度比中滲油藏大，這是因為低滲巖心孔喉中含有更多的殘余油。

表面活性劑JS-1 和JS-2 溶液在低滲巖心和中滲巖心驅(qū)油過程中，注入壓力表現(xiàn)出相同的變化趨勢：轉(zhuǎn)注表面活性劑溶液后，注入壓力都出現(xiàn)先下降、然后又緩慢升高的趨勢；轉(zhuǎn)注水后，注入壓力繼續(xù)升高到一定高度后，再次出現(xiàn)下降的趨勢（見圖1）。但2 種表面活性劑溶液在此驅(qū)油過程中，注入壓力升高的幅度存在較大差別，無論是低滲巖心還是中滲巖心，表面活性劑JS-2 的注入壓力升高幅度均大于JS-1，這表明乳化原油會導(dǎo)致后續(xù)注入壓力升高，乳化性能越好，注入壓力升高幅度就越大。

圖1 單一表面活性劑驅(qū)油實驗注入壓力變化

實驗結(jié)果表明，在不同滲透率條件下，乳化性能好的JS-2 型表面活性劑驅(qū)油效果均優(yōu)于乳化性能一般的JS-1 型表面活性劑，這一現(xiàn)象在滲透率較高的地層較明顯，說明驅(qū)油劑的乳化作用對滲透率較高地層的提高采收率更為重要，對低滲地層的影響較小；另外，原油乳化會導(dǎo)致地層后續(xù)注入壓力升高，滲透率較高地層的注入壓力升高幅度較小，對采收率影響不大，而滲透率較低地層的注入壓力升高幅度較大，會對注采效果造成不利影響。因此，綜合考慮采收率增值及注入壓力，在進(jìn)行表面活性劑優(yōu)選時，滲透率較高地層建議選用乳化性能好的表面活性劑，低滲地層建議選用乳化性能一般或較差的表面活性劑。

2.2.2 聚/表二元驅(qū)

為了保證實驗的可比性，聚/表二元驅(qū)油段塞中聚合物均采用HF62208，質(zhì)量濃度為1 000 mg/L，表面活性劑（JS-1，JS-2）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，段塞尺寸均為0.4 PV。實驗所用的巖心參數(shù)及驅(qū)油實驗結(jié)果分別見表4和表5。

表4 聚/表二元體系驅(qū)油實驗巖心參數(shù)

表5 聚/表二元體系驅(qū)油實驗結(jié)果

從表5可以看出，在滲透率相同的條件下，乳化性能不同的二元體系提高采收率的程度存在明顯差別。滲透率相同時，無論是中滲地層還是低滲地層，乳化性能好的JS-2 溶液配制的聚/表二元體系提高采收率的效果均優(yōu)于乳化性能一般的JS-1 型聚/表二元體系，說明乳化性能也是二元體系提高原油采收率的一個機理［16-17］。中滲條件下，JS-2 型聚/表二元體系采收率增值比同條件下JS-1 型聚/表二元體系采收率增值高2.2 百分點； 而低滲條件下，JS-2 型聚/表二元體系采收率增值比JS-1 型聚/表二元體系采收率增值僅高0.5 百分點。說明在滲透率相對較高的條件下，二元復(fù)合驅(qū)的乳化作用增油效果更加明顯。

同一JS-1 型聚/表二元體系，在低滲巖心的采收率增值比中滲巖心高5.1 百分點，JS-2 型聚/表二元體系在低滲巖心的采收率增值比中滲巖心高3.4 百分點，說明同一二元體系在低滲油藏的采收率增值幅度高于中滲油藏，主要是因為低滲巖心孔喉中含有更多的殘余油。

與單一表面活性劑驅(qū)相比，二元體系的乳化作用對提高采收率的影響明顯變?nèi)?，這是因為聚合物可以發(fā)揮流度控制作用，而表面活性劑更多的是以提高洗油效率為主，乳化提高采收率機理被弱化。

在驅(qū)油實驗過程中，JS-1 型聚/表二元體系和JS-2型聚/表二元體系溶液，在低滲巖心和中滲巖心驅(qū)油時，注入壓力表現(xiàn)出相同的變化趨勢：轉(zhuǎn)注二元體系時，注入壓力均隨注入孔隙體積倍數(shù)而增加，轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū)后，注入壓力緩慢下降（見圖2）。對于低滲巖心，轉(zhuǎn)注二元體系后，JS-2 型二元體系注入壓力升高幅度比JS-1 型二元體系大，這是乳化封堵的結(jié)果；對于中滲巖心，2 種體系的注入壓力升高幅度基本相近，而且都較低，這表明乳化形成的乳狀液對高滲地層的封堵能力減弱［18-19］。

圖2 聚/表二元體系驅(qū)油實驗注入壓力變化

實驗結(jié)果表明：對于中滲地層，乳化性能良好的二元體系可以提高原油采收率，同時不會引起注入壓力的過度升高；對于低滲地層，乳化性能良好的二元體系僅可以略微增加原油采收率，且會引起注入壓力的急劇升高。因此，建議低滲地層聚/表二元驅(qū)選用乳化性能一般或較差的表面活性劑體系，而中滲地層選用乳化性能良好的表面活性劑體系，這與單一表面活性劑驅(qū)一致。

3 結(jié)論

1）對于單一表面活性劑驅(qū)和聚/表二元驅(qū)，在不同滲透率條件下，增強乳化作用均有利于提高原油采收率，相對而言，中滲地層更為明顯。

2）在相同滲透率條件下，聚/表二元驅(qū)乳化作用產(chǎn)生的采收率增值，比單一表面活性劑驅(qū)有所減少。

3）對于中滲地層，乳化性能良好的表面活性劑可以提高采收率，同時不會引起注入壓力的過度升高；對于低滲地層，乳化性能良好的表面活性劑僅可以略微增加采收率，卻會引起注入壓力的急劇升高。因此，建議低滲地層化學(xué)驅(qū)選用乳化性能一般或較差的表面活性劑體系，而中高滲地層選用乳化性能良好的表面活性劑體系。

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