表面活性劑吞吐技術(shù)在封閉小斷塊油藏的應(yīng)用

秦國偉，馬玉娟，袁 娜，付文場，王 磊

(1.東北石油大學(xué)博士后科研流動站，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163712)

?

表面活性劑吞吐技術(shù)在封閉小斷塊油藏的應(yīng)用

秦國偉1，2，馬玉娟2，袁 娜2，付文場2，王 磊2

(1.東北石油大學(xué)博士后科研流動站，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163712)

針對封閉小斷塊油藏的開發(fā)特征，為提高該類油藏的原油采收率，開展了表面活性劑吞吐技術(shù)研究。通過動靜態(tài)實驗和理論分析，系統(tǒng)評價分析了自制表面活性劑特性和吞吐機理，形成了適用于封閉小斷塊油藏提高采收率的技術(shù)。實驗結(jié)果表明，在一定條件下，表面活性劑界面張力可達到10-4mN/m，O/W型乳狀液體積百分比高達97%，經(jīng)過3輪次吞吐，原油采收率提高12%以上，注入壓力下降幅度達50%以上?，F(xiàn)場先導(dǎo)性試驗效果顯著，3口油井平均單井日產(chǎn)油提高了2.18 t/d，綜合含水率降低了6個百分點，井底流壓增加1.8 MPa；其中SX-21井綜合含水率減少8個百分點，井底流壓增加4.0 MPa，投入產(chǎn)出比可達1.00∶3.08。該研究可為中高含水階段封閉性小斷塊油藏高效開發(fā)提供重要依據(jù)。

表面活性劑；吞吐技術(shù)；封閉小斷塊油藏；提高采收率

0 引 言

封閉小斷塊油藏獨有的特征決定了在開發(fā)過程中存在遞減快、含水上升快、地層能量無法補充等一系列問題，嚴(yán)重制約著油藏開發(fā)效果[1-5]。針對封閉小斷塊油藏的開發(fā)特征，結(jié)合國內(nèi)外吞吐技術(shù)[6-9]和表面活性劑在油田應(yīng)用情況[10-13]，提出了表面活性劑吞吐技術(shù)。該技術(shù)主要機理是依靠毛細管力自吸作用置換油藏中原油，由毛細管力公式[14]可知：當(dāng)儲層一定時，為減小注入阻力可降低油水界面張力，增強毛細管力自吸作用，提高油藏中原油置換率[4]。表面活性劑吞吐液可解堵近井地帶的有機物污染，提高地層滲透率，降低井筒附近的壓力；利用表面活性劑吞吐液的分散、乳化等作用，將原油乳化成為水包油乳狀液，改善原油流動性，達到提高采收率的目的[15-17]；另外，表面活性劑吞吐液還可改變儲層的潤濕性和油水界面張力，起到輔助驅(qū)油作用。

1 室內(nèi)實驗

1.1 實驗原料與儀器

實驗原料：某油井地層水，詳見表1；原油黏度為8.4～10.2 mPa·s；自制烷醇酰胺類表面活性劑DQNOS[18]。

表1 某油井地層水礦化度

實驗儀器：SA型分析天平，精確度為0.000 1 g；TEXAS-500型旋滴界面張力儀；HW-48型恒溫箱，溫度為0～360 ℃；DF-101S型攪拌器；2-16N型離心機；HLB-1040型平流泵，流量為0.1～10.0 mL/min。

1.2 實驗方法

(1) 表面活性劑特性測試實驗[19-20]。評價表面活性劑吞吐液重要指標(biāo)有界面張力和乳化性能，即只有在足夠低的油水界面張力和充分乳化下，才能產(chǎn)生較好的吞吐效果，為此，根據(jù)相關(guān)文獻，系統(tǒng)地研究了表面活性劑DQNOS的界面張力和乳化特性[8-10，14]。

(2) 動態(tài)吞吐實驗[21-22]。采用砂管模型(Φ30 mm×500 mm)模擬表面活性劑動態(tài)吞吐實驗。實驗方法：①根據(jù)儲層物性特點，采用某采油廠洗油巖樣的磨碎砂粒，粒度為0.15～0.50 mm，填制滲透率為(150±10)×10-3μm2的模型；②地層溫度下，注入速度為1.0 mL/min；③先建立原始含油飽和度，模擬油黏度為9.5 mPa·s，再建立水驅(qū)油殘余油飽和度，注入壓力記為pw前，并模擬表面活性劑吞吐實驗，最后水驅(qū)至不出油為止，注入壓力記為pw后，記錄相關(guān)參數(shù)，計算注入壓力下降幅度見公式(1)，可重復(fù)模擬多輪次吞吐實驗。

(1)

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑特性測試

表面活性劑的界面張力和乳化程度直接影響到吞吐效果。圖1為表面活性劑DQNOS在不同濃度下的界面張力曲線。由圖1可知，表面活性劑在濃度為0.25%～1.50%時，界面張力可達到1×10-2mN/m；

隨表面活性劑濃度增加，界面張力先降后升，濃度為0.50%時界面張力最低，可達到10-4mN/m，具有超低界面張力；原油樣品組分不同導(dǎo)致各曲線間存在曲線形態(tài)差異。

圖1 表面活性劑濃度對界面張力的影響

圖2是表面活性劑濃度、含水率與原油O/W體積百分比關(guān)系圖。圖2a為含水率為80%時，表面活性劑對原油乳化程度的影響曲線。由圖2a可知，隨著表面活性劑濃度增大，O/W體積百分比增大，說明原油乳化量增多；當(dāng)表面活性劑濃度為1.0%時，O/W體積百分比大于85%。圖2b為表面活性劑濃度為1.5%時，含水率對乳化程度的影響。由圖2b可知，同一原油樣品含水率越高，O/W體積百分比越大，最高體積百分比為97%，說明表面活性劑對原油的乳化能力強，完全能滿足高含水油井的要求。

圖2 表面活性劑濃度、含水率與原油O/W關(guān)系

自制表面活性劑DQNOS分子結(jié)構(gòu)為球棍模型，親水基原子數(shù)較多，可旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生多種分子構(gòu)象，在油水界面產(chǎn)生單一結(jié)構(gòu)排列和混合結(jié)構(gòu)排列；混合結(jié)構(gòu)排列方式使表面活性劑分子在界面上的排布更加緊密，相同條件下可產(chǎn)生更低的油水界面張力和乳化效果。

在表面活性劑特性實驗研究基礎(chǔ)上，考慮到地層中的稀釋、吸附等作用，確定現(xiàn)場吞吐試驗表面活性劑濃度為1.5%。

2.2 動態(tài)吞吐實驗研究

2.2.1 表面活性劑用量、悶井時間對吞吐效果的影響

圖3為悶井24 h后再吞吐一個周期時表面活性劑用量對吞吐效果的影響曲線。由圖3可知，原油采收率增量隨表面活性劑溶液注入孔隙體積倍數(shù)增加而增大，注入壓力下降幅度則隨表面活性劑溶液注入孔隙體積倍數(shù)增加而降低，因為隨著注入孔隙體積倍數(shù)的增加，加劇了油水間乳化程度。表面活性劑注入量為1.0倍孔隙體積時，采收率增量為6.3%，壓力下降幅度為58%，效果比較顯著。悶井時間從24 h延長至72 h對吞吐效果有一定影響，吞吐采收率從6.6%提高至7.3%，注入壓力下降幅度從56%增大至74%，這與文獻[8-9]研究成果一致，原因是延長悶井時間，毛細管力自吸作用增強，使表面活性劑溶液易進入更小的孔道，同時體系界面張力降低幅度增大，原油乳化程度提高，建議現(xiàn)場悶井時間為6～8 d。

圖3 表面活性劑用量與注入壓力下降幅度、采收率增量關(guān)系

2.2.2 多周期吞吐效果評價

表2為3周期表面活性劑吞吐效果實驗結(jié)果。由表2可知，經(jīng)過3周期吞吐原油采收率提高12%以上，注入壓力幅度降低50%以上，效果顯著?，F(xiàn)場試驗可在經(jīng)濟效益允許條件下進行更多周期表面活性劑吞吐，取得更顯著效果。

表2 3周期表面活性劑吞吐實驗數(shù)據(jù)

3 現(xiàn)場應(yīng)用與分析

對某油田一封閉小斷塊內(nèi)開采不同層位的3口油井，投產(chǎn)1 a后實施了先導(dǎo)性吞吐試驗(表3)。由表3可知，平均單井日產(chǎn)油提高了2.18 t/d，含水降低了6.03個百分點，井底流壓增加1.8 MPa。

表3 表面活性劑吞吐效果對比

以SX-21井為例，該井位于小斷塊構(gòu)造高部位，2013年12月投產(chǎn)，至2014年11月日產(chǎn)油量下降了5.0 t/d，含水上升了31個百分點，井底流壓降低了33%。該井產(chǎn)量下降是由于地層能力不足導(dǎo)致，于2014年12月實施了吞吐試驗(圖4)。吞吐初期由于表面活性劑吞吐液返排導(dǎo)致含水率上升了9.45個百分點，隨后含水率逐漸降低穩(wěn)定在74%左右。因為表面活性劑吞吐液具有解堵有機物污染、乳化性、降低界面張力及改變儲層潤濕性等作用，試驗后該井日產(chǎn)油、井底流壓分別維持在4.0 t/d、5.0 MPa水平以上，證明了該表面活性劑吞吐效果明顯。以吞吐前日產(chǎn)油0.98 t/d為基準(zhǔn)計算增油量，試驗半年內(nèi)SX-21井累計增油181 t，按油價為1 700～3 500 元/t計算，投入產(chǎn)出比為1.00∶1.65～1.00∶3.08，取得了顯著的經(jīng)濟效益，說明表面活性劑吞吐技術(shù)在該類油藏中具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖4 某油田SX-21井表面活性劑吞吐井動態(tài)數(shù)據(jù)

4 結(jié) 論

(1) 針對封閉小斷塊油藏的開發(fā)特征，提出了表面活性劑吞吐技術(shù)；室內(nèi)評價自制表面活性劑DQNOS的特性和吞吐效果表明，表面活性劑在濃度為0.25%～1.50%時，界面張力達到10-4mN/m；O/W型乳狀液體積百分比高達97%；表面活性劑吞吐效果受表面活性劑用量、悶井時間、吞吐輪次次數(shù)等因素影響，經(jīng)過3輪次吞吐原油采收率提高12%，注入壓力幅度降低55%。

(2) 通過表面活性劑分子結(jié)構(gòu)及在油水界面的排列方式探討了產(chǎn)生超低界面張力的原因，利用毛細管力公式分析了表面活性劑吞吐機理。

(3) 現(xiàn)場先導(dǎo)性試驗效果顯著，3口油井平均單井日產(chǎn)油量提高了2.18 t/d，含水率降低了6.03個百分點，井底流壓增加1.8 MPa；其中SX-21井綜合含水率降低8個百分點，井底流壓提升了4.0 MPa，按油價為1 700～3 500 元/t計算，投入產(chǎn)出比可達1.00∶1.65～1.00∶3.08。

[1] 王端平，楊勇.復(fù)雜斷塊油藏立體開發(fā)技術(shù)[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18(5)：54-57.

[2] 郭龍.曲堤復(fù)雜斷塊油田的特征及開發(fā)及時政策研究[J].特種油氣藏，2003，10(3)：65-69.

[3] 李延軍.高效開發(fā)小斷塊油藏穩(wěn)產(chǎn)控制技術(shù)效果評價[J].特種油氣藏，2013，20(3)：89-93.

[4] 闞青勇，馬水平.復(fù)雜斷塊油藏開發(fā)調(diào)整技術(shù)對策及效果[J].特種油氣藏，2014，21(1)：20-23.

[5] 邢樹坤，周艷玲，李彩虹.法哈牛油田復(fù)雜斷塊油藏高效開發(fā)探索[J].特種油氣藏，2002，9(增刊1)：110-103.

[6] 張東榮，王軍.濮城沙—下單井注表面活性劑吞吐效果[J].內(nèi)蒙古石油化工，2003，27(3)：151-152.

[7] 劉恒.三元復(fù)合吞吐技術(shù)在曙光超稠油油藏的應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程，2008，22(6)：86-88.

[8] 黃大志，向丹.注水吞吐采油機理研究田[J].油氣地質(zhì)與采收率，2004，11(6)：39-43.

[9] 方曉紅.表面活性劑性能及降壓實驗研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2013，21(2)：62-63.

[10] 閆飛.低滲透油田降壓增注提高采收率技術(shù)研究[J].石油天然氣學(xué)報(江漢石油學(xué)院學(xué)報)，2005，27(1)：104-105.

[11] 張景存.三次采油[M].北京：石油工業(yè)出版社，1995：55-60.

[12] 羅躍國.國內(nèi)外油田應(yīng)用表面活性劑的現(xiàn)狀與展望[J].精細石油化工，1992，34(5)：1-5.

[13] 趙國柱，金仁高，等.高溫高鹽油藏甜菜堿型表面活性劑TCJ-5的性能及應(yīng)用[J].東北石油大學(xué)學(xué)報，2015，39(3)：111-117.

[14] 魏小林，陳鑰利，張燕，等.油水界面張力與稠油乳化的關(guān)系[J].油氣田地面工程，2011，30(7)：3-5.

[15] 王大威，張健，呂鑫，等.雙子表面活性劑對海上S油田稠油降粘性能評價[J].油氣地質(zhì)與采收率，2015，22(4)：109-113.

[16] 劉鵬，王業(yè)飛，張國萍，等.表面活性劑驅(qū)乳化作用對提高采收率的影響[J].油氣地質(zhì)與采收率，2014，21(1)：99-102.

[17] 賈玉琴，楊海恩，陳威武，等.五里灣一區(qū)長A油藏表面活性劑增油效果[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2014，33 (2)：127-130.

[18] 小山基雄，等.烷醇酰胺的制備方法[J].日用化學(xué)品科學(xué)，1984，7(3)：19-22.

[19] 彭樹鍇.三元復(fù)合驅(qū)填砂管實驗中表面活性劑性能[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2013，32(4)：117-120.

[20] 林日億，周廣響，楊開，等.熱水和表面活性劑驅(qū)室內(nèi)實驗[J].油氣地質(zhì)與采收率，2015，22(4)：114-117.

[21] 李愛芬，任曉霞，江凱亮，等.表面活性劑改善稠油油藏水驅(qū)開發(fā)效果實驗研究——以東辛油田深層稠油油藏為例[J].油氣地質(zhì)與采收率，2014，21(2)：18-21.

[22] 謝玉銀，侯吉瑞，張建忠，等.基于低質(zhì)量濃度表面活性劑的復(fù)合驅(qū)效果評價[J].油氣地質(zhì)與采收率，2014，21(1)：74-77.

編輯 王 昱

20150928；改回日期：20151226

國家自然科學(xué)基金項目“熱電納米材料與高分子材料對清潔壓裂液增效機理研究”(51304159)和“MES 膠束/納米TiO2自組裝體系的流變動力學(xué)研究”(50904076)

秦國偉(1978-)，男，高級工程師，2002年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，2010年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)油氣田開發(fā)專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)工程與提高采收率研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.02.029

TE357.46

A

1006-6535(2016)02-0120-04