低滲常規(guī)稠油油藏乳化降粘劑的研究

宣英龍，王樹坤，馬德勝，桑國強

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院 提高石油采收率國家重點實驗室，北京 100083;

2.大慶油田 第五采油廠，黑龍江 大慶 163513)

低滲常規(guī)稠油油藏水驅(qū)開發(fā)過程中，大部分進行了壓裂改造和加密井距調(diào)整，注水開發(fā)后期，剩余油高度分散及地下原油粘度變大，導致波及效率降低，驅(qū)油效果差，無效水循環(huán)嚴重。目前，顆粒類和凝膠類調(diào)剖體系難以進入油藏深部，往往封堵近井地帶，后續(xù)水驅(qū)突破后很容易繞流至高滲通道，導致調(diào)剖有效期偏短，調(diào)剖效果差。乳化作用具有降低界面張力、乳化原油和擴大波及體積的作用，研究低張力體系乳化劑對低滲常規(guī)稠油油藏開發(fā)具有重要意義。

乳化作用可以改變流體的物理性質(zhì)，以往的研究主要集中在油、水、表活劑、電解質(zhì)和其他材料組成的復雜體系［1-7］。原油和水形成乳狀液［8-9］，乳液中分散相的粒徑在0.1 ～10 μm。乳液穩(wěn)定性主要取決于顆粒的大小和界面膜強度［10］。乳化劑的作用是形成雙電層，使分散液滴穩(wěn)定的分散在連續(xù)相中，防止液滴聚并，維持乳液穩(wěn)定［10-13］。McAuliffe［14-15］乳液段塞進行驅(qū)油實驗，發(fā)現(xiàn)最合理的乳滴粒徑是稍微大于孔隙介質(zhì)的尺寸。Bragg［16］設計了一種方法，向地層注入乳液提高采收率。Khmbharatana［17］研究了乳液在Berea 砂巖油藏中的穩(wěn)定機理，對比了乳滴粒徑和孔隙尺寸關系。Zeidani［18］研究發(fā)現(xiàn)，水包油乳液可有效的長期封堵疏松巖心。還有很多學者［19-26］研究了乳液在孔隙介質(zhì)中的滲流機理。

本實驗研究適合低滲常規(guī)稠油油藏乳化降粘劑，分析乳化主控因素，評價乳液性質(zhì)，驗證乳化劑二元段塞在低滲常規(guī)稠油油藏限壓注入、乳化降粘提高采收率效果。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

陰離子表活劑(烷基苯磺酸鹽)、陽離子表活劑(十二烷基三甲基溴化銨)、非離子表活劑(烷基酚聚氧乙烯醚)、兩性表活劑(復配甜菜堿)均為工業(yè)品;扶余注入水(礦化度5 018 mg/L);扶余脫氣原油［粘度64.4 mPa·s(30 ℃)］;實驗用聚合物相對分子量為1200 ～1600 萬;貝蕾巖心(長20.25 cm，直徑3.81 cm，滲透率0.148 μm2)。

RW20 型懸臂攪拌器;C.MAG 型磁力轉(zhuǎn)子攪拌器;Brookfield DV-Ⅱ+Pr0 黏度儀;Zetasizer nano 電位儀;Quizix 泵巖心驅(qū)替設備。

1.2 乳化劑溶液和聚合物溶液配制

將陰離子表活劑、陽離子表活劑、非離子表活劑、兩性表活劑分別用扶余注入水配制成0.3%的乳化劑溶液，用磁力轉(zhuǎn)子攪拌器攪拌2 h，放在30 ℃恒溫箱中待用。在燒杯中用蒸餾水配制濃度為3 000 mg/L的聚合物溶液，用懸臂攪拌器攪拌4 h，放在30 ℃恒溫箱中待用。

1.3 乳化性能測定

量取一定體積的扶余原油和乳化劑溶液，在11 000 r/min 轉(zhuǎn)速下高速攪拌1 min，在30 ℃恒溫箱中靜置，觀察并記錄靜置不同時間后的乳化層和水層體積，由水層體積和總體積之比計算分水率。

1.4 巖心驅(qū)替實驗

①在室溫條件下，將巖心抽真空，然后飽和模擬水，測算巖心的孔隙度和水相滲透率;②在30 ℃下，原油飽和巖心，測巖心的原始含油飽和度，并將巖心在烘箱內(nèi)老化1 d;③注入模擬水進行驅(qū)替，直至出口端綜合含水率達98%，計算水驅(qū)采收率;④注入0.5 PV 化學劑段塞，繼續(xù)水驅(qū)至綜合含水率達98%，計算化學驅(qū)采收率。驅(qū)替時保持溫度為30 ℃，流量為0.3 mL/min。

2 結果與討論

2.1 乳化劑篩選

在相同乳化劑濃度、相同溫度和相同油水比條件下，4 種乳化劑的分水率見圖1。

圖1 乳化劑乳化后乳液分水率Fig.1 Effect of type of emulsifier on water drop of emulsions

由圖1 可知，陰離子、陽離子和非離子乳化劑分水率較高，乳化55 min 后，分水率＞0.9，乳液穩(wěn)定性差。兩性離子表活劑乳化原油，穩(wěn)定性很好，乳化55 min 后，分水率約為0. 45，明顯好于其他三種。所以選用兩性離子乳化劑。

2.2 乳化劑濃度

選擇兩性離子型乳化劑，濃度0. 1%，0. 2%，0.3%，0.4%和0.5% 進行乳化研究，結果見圖2。

圖2 乳化劑濃度對乳液粘度和粒度的影響Fig.2 Effect of emulsifier concentration on water drop and droplet size of emulsions

由圖2 可知，隨著濃度增加，乳液粘度呈先下降再升高的趨勢，乳液粒度呈下降趨勢。在低濃度下，可將部分原油乳化成水包油(O/W)乳液，此時，O/W和油包水(W/O)乳液共存，粘度和粒度較大。乳化劑濃度增加到0.3%，原油逐漸被全部乳化，乳液基本以O/W 形式存在，粘度達到最低，乳液粒度進一步減小。繼續(xù)增加乳化劑濃度，大油滴被分散成更小的油滴，但隨著粒度降低，顆粒表面積增大，顆粒間摩擦力變大，乳液粘度會呈上升趨勢。

2.3 油水比

在相同的實驗溫度和乳化劑濃度下，油水比對乳液粘度的影響見圖3。

圖3 油水比對乳液粘度的影響Fig.3 Effect of oil-water ratio on viscosity of emulsions

由圖3 可知，隨著油水比增加，乳液粘度增大。油水比55∶45 是一個臨界點，＜55∶45，隨著油水比增加，粘度增幅緩慢，乳液類型主要為水包油，粘度主要取決于外相(水)的粘度;＞55∶45，乳液粘度迅速上升，乳液類型主要為油包水，此時油相成為連續(xù)相，水分散在油中，乳液粘度主要取決于油的粘度。

現(xiàn)場要求所形成的乳狀液不需要十分穩(wěn)定，只要達到流動時分散就夠了。這就要求加水量不能太小，太小形不成連續(xù)相為水的乳狀液，稠油分散效果會變差;但加水量也不能太大，太大后處理麻煩、成本高、現(xiàn)場產(chǎn)油量將減少。綜合考慮，對扶余稠油，油水比在(30∶70)～(55∶45)比較合適。

2.4 剪切速度

30 ℃條件下配制乳化劑溶液，濃度為0.3%，選擇油水比55∶45，剪切長度10 m，剪切時間1 h，剪切速度對乳化效果的影響，見表1。

表1 剪切速度參數(shù)Table 1 Parameters of the shear rate

由表1 可知，在低剪切速度15 ～45 cm/min 下，隨著剪切速度的增加，乳液粘度逐漸降低，W/O 乳液逐漸變少，O/W 乳液逐漸變多，在速度為45 cm/min 時完全為O/W 乳液，粘度達到最低。在剪切速度60 ～480 cm/min 下，隨著剪切速度的增大，乳滴顆粒逐漸變小，粘度逐漸增大，O/W 乳液反相變?yōu)閃/O 乳液，當速度達到480 cm/min，乳液完全是W/O。

圖4 剪切速度對乳液分水率的影響Fig.4 Effect of shear rate on water drop of emulsions a.低剪切速度;b.高剪切速度

在低剪切速度下，W/O 和O/W 乳液同時生成。因為低剪切速度時，能量不能使油全部乳化為O/W，隨著剪切速度增大，能量增加，O/W 乳滴數(shù)量增加，粘度降低。當乳液完全為O/W 時，粘度達到最小。剪切速度繼續(xù)增加，乳滴粒徑繼續(xù)變小(圖5)，表面積增大，乳化劑量不足以維持穩(wěn)定的O/W乳液，部分O/W 乳液反相為W/O 乳液，最終，完全變?yōu)閃/O 乳液，粘度很高(表1)，乳液穩(wěn)定性最好(圖4)。

圖5 不同剪切速度下乳滴粒徑分布Fig.5 Droplet size of the same shear time at different shear rates

2.5 乳化驅(qū)油實驗

對飽和好的巖心進行水驅(qū)至含水98%，注入0.5 PV二元段塞，0.3%濃度的表活劑+1 000 mg/L聚合物，再進行后續(xù)水驅(qū)至含水98%，原油采收率和含水量見圖6。飽和油前，巖心的孔隙度為18.87%，滲透率為0.148 mD，水驅(qū)采收率50.9%。水驅(qū)階段，含水很快突破，并立刻上升到90%以上。實驗所用原油在30 ℃下粘度為64.4 mPa·s，油水流度比較低，造成含水迅速突破。

圖6 乳化復合驅(qū)采收率含水曲線Fig.6 Production performance of surfactant-polymer flooding

由圖6a 可知，隨著段塞注入，含水開始下降，乳化劑二元驅(qū)提高采收率25.4%。乳化復合驅(qū)過程中，驅(qū)替相粘度(相當于聚合物粘度)高于水，擴大波及體積。注入段塞后，壓力先上升后下降(圖6b)，說明原油被乳化，被驅(qū)替相粘度降低，滲流阻力減小。采出端乳液的粘度為20.1 mPa·s。由于乳化降粘作用，原油被乳化，粘度降低，注二元驅(qū)段塞可起到限壓注入的效果，防止注入壓力過高，地層產(chǎn)生動態(tài)裂縫，對壓敏油藏開發(fā)具有指導意義。實驗參數(shù)見表2。

表2 驅(qū)替實驗結果Table 2 Results of the displacing experiments

3 結論

(1)考察了陰離子、陽離子、非離子兩性乳化劑的分水穩(wěn)定性，結果表明，兩性乳化劑比較適合扶余乳化驅(qū)油實驗。

(2)隨著乳化劑濃度的增加，乳液粒度越低，乳液越穩(wěn)定，乳液粘度先降低再升高，乳化劑濃度有一個最優(yōu)值0.3%。油水比為55∶45 是臨界點，＞55∶45，粘度急速上升，形成油包水，＜55∶45 粘度上升緩慢，乳液主要以水包油形式存在。

(3)剪切速度為45 cm/min 時，原油完全被乳化為水包油乳液，降粘效果最好。水包油乳液穩(wěn)定性差于油包水，分水率高。

(4)針對扶余低滲常規(guī)稠油油藏，兩性離子乳化劑能起到乳化原油、降低粘度的效果，實現(xiàn)限壓注入，防止產(chǎn)生動態(tài)裂縫，提高采收率25.4%。

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