巖心模擬驅油室內試驗及效果分析

周春玲，朱趁安，潘謙宏，呂俊華

（西安長慶化工集團有限公司，陜西西安 710018）

隨著地下原油的不斷開采，致使地層能量不足，通過向地下注水或注氣彌補采油的虧空體積，保持地層壓力，增補地層能量進行采油，針對未能采出的殘余油和剩余油采用向地層注入其他工作劑或引入其他能量的方法，稱為三次采油。采用化學劑驅油是在注水達到經濟極限后所采用的提高采收率的方法，為了更好地模擬化學劑地下驅油情況，進行室內巖心物理模擬驅油試驗，模擬地層驅油情況，使用化學劑來改變水的波及面積、降低與巖石的界面張力及一定的乳化洗油性等達到驅油效果，為長慶油田提高原油采收率提供依據[1]。

1 模擬驅油試驗機理

毛細管力由阻力變?yōu)轵層蛣恿?，這是復合驅驅替小孔道柱狀殘余油和簇狀殘余油的主要機理。

室內模擬地下原油開采情況，采用天然巖心，在一定的溫度和壓力下將夾持器內巖心用HA-Ⅱ型綜合驅油試驗裝置進行巖心飽和油、水驅油、化學劑驅油的驅替試驗，在水驅油驅不出的情況下，改為油田化學劑驅油，計量驅出油的體積量，計算最終采收率。

1.1 油田化學劑中表面活性劑的驅油機理

表面活性劑吸附在油水界面上，降低油水界面張力，從而減小了油珠通過狹窄孔道移動時界面變形所需的功，降低原油的流動阻力，將巖石中的殘余油驅出來；改變巖石的潤濕性，使砂巖的親水轉化為親油；乳化作用，形成微乳液，使不流動的油能夠流動或將在地層中分散的油聚集，形成一高含油飽和帶，將水驅殘留下來的油開采出來。

1.2 油田化學劑中聚合物的驅油機理

提高注入水的黏度，擴大注入水的波及體積，聚合物擴大了波及體積，聚合物溶液進入到了前期注入水未波及到的油層部位；降低了水油流度比，聚合物溶于水增加了水的黏度，聚合物吸附或滯留在油層孔隙中降低了水相滲透率，使水的流度大幅度下降，而聚合物不溶于油，對油的黏度幾乎沒有影響，由于油滴等在聚合物前緣聚集，油相滲透率增加，油的流度加大，水油流度比大幅度降低，既提高了平面波及效率，又克服了注入水的“指進”，還提高了垂向波及效率，增加了吸水厚度，體積波及效率（宏觀波及效率）提高。

1.3 油田化學劑中起泡劑的驅油機理

起泡劑中的泡沫降低水相、氣相的相對滲透率，因而能改善或提高水驅或氣驅的原油采收率；另外泡沫的調剖作用，能夠堵水不堵油。

1.4 油田化學劑中復合聚表二元液的驅油機理

復合聚表二元液驅油體系降低油水界面張力、接觸角，從而引起的毛細管力和黏附力大大降低，甚至使

2 驅替試驗過程

巖心飽和水-飽和油-水驅油-驅油劑驅油。

2.1 試驗設備及流程

（見圖1）

2.2 巖心準備

將現場取來的天然巖心用巖心鉆取機進行鉆取，鉆為直徑為2.5 cm的圓柱，用臺式切片機切割圓柱狀的巖心兩頭，切割平整后用超聲波巖心自動洗油儀進行洗油處理，再將標好記號的巖心放入105℃的烘箱中干燥8 h，冷卻后稱取巖心質量M巖心，用游標卡尺測量巖心的直徑D及長度L，計算巖心體積

2.3 氣測巖心滲透率

將巖心放入夾持器中，通氮氣測得巖心在一定的壓力下氣體體積流量，計算得巖樣的氣測滲透率：

在測定中，需要恒定進出口壓力，且要保證氣體流速不能過快，記錄進出口壓力，并用秒表記下在恒定壓力下，氣泡流動的體積毫升量所用的時間。

2.4 巖心抽真空飽和地層水及在驅替裝置內飽和水

將巖心放入加滿地層水的容器中，密封容器，抽真空2 h以上，將飽和了地層水的巖心稱重M巖心+水，計算飽和樣品的孔隙體積：

計算孔隙度：

在驅替裝置的盛水活塞中加入同上的地層水，先用平流泵打地層水預洗管線，放空，將飽和地層水的巖心放入裝置中的夾持器內，打開環(huán)壓，模擬地層溫度恒溫2 h，用地層水驅替飽和，取出浸入同溫度有地層水的瓶內。

2.5 巖心飽和油及飽和油老化

在驅替裝置的盛油活塞中加入模擬油（如脫水原油+脫水煤油，3：2或其他比，或加變壓器油，按黏度要求配制為現場區(qū)塊原油黏度2.35 mPa·s），用平流泵打模擬油排出管線內地層水，放空，再將巖心裝入裝置中的夾持器內，打環(huán)壓，模擬地層溫度恒溫2 h用模擬油驅替，準確記錄驅出地層水的體積毫升數V水，直至驅不出水為止，一般驅出情況：V水≥70%V孔，V飽和油=V水。

將已飽和油的巖心從夾持器中取出，放入裝有模擬油的容器中浸沒，在驅替裝置中恒溫（50℃）放置兩天以上。

2.6 管線清洗

用平流泵打裝有二元液（表面活性劑+聚合物）的活塞容器，排出管線內的模擬油，至無油流出為止，再用注入水清洗管線，至無二元液流出為止。

2.7 水驅油及化學劑驅油

將老化飽和油的巖心裝入裝置中的夾持器中（用濾紙快速輕輕滾掉巖心外壁粘的多余油），在裝置內恒溫，用現場注入水驅替巖心中的模擬油，直至驅出含水大于98%以上，一般驅出液為15倍PV時停止驅替，記錄驅出注入水的用量，并準確記錄驅出油的體積毫升數V水驅油，計算水驅油的原油采收率

由注入水改為化學劑繼續(xù)驅替巖心中的剩余模擬油，后續(xù)驅出液為15倍PV時停止驅替，準確記錄驅出油的體積毫升數V化學劑驅，計算化學劑驅油的原油采收率即提高采收率：

3 室內試驗

3.1 巖心選取

巖心尺寸大小對驅替效果有影響，尺寸過小，驅油數據小，驅替效果不明顯，反映不了效果，尺寸過長，驅替不易驅得動，影響驅油結果，所以室內用直徑2.5 cm左右夾持器時，巖心長度一般是2.8 cm～6 cm較適宜。

巖心滲透率大小對驅替試驗效果有影響，若巖心滲透率大，水驅效果好，則無需采用化學驅，若滲透率過低則原油采收率過低，則無法計量出驅替效果，因此分別選用了以下尺寸及滲透率的巖心，北三區(qū)天然油井巖心進行試驗。選取長慶油田北三區(qū)天然巖心數據（見表 1）。

3.2 制備北三區(qū)模擬油

根據北三區(qū)現場區(qū)塊原油性狀，配制模擬油500 mL，脫水原油+脫水煤油，3：2或其他比，或加變壓器油，按黏度要求配制為現場區(qū)塊原油黏度2.35 mPa·s，測定黏度后待用。

3.3 配制化學劑溶液

用Ⅲ型鹽水分別配制驅油用化學劑溶液：（1）配制濃度為0.3%磺酸鹽表面活性劑溶液；（2）配制濃度為0.3%驅油用聚合物溶液；（3）配制濃度為0.3%的驅油用起泡劑溶液；（4）配制聚表二元液：0.15%的驅油用聚合物+0.15%的驅油用磺酸鹽表面活性劑溶液。

3.4 化學劑驅油

當水驅按15倍PV孔隙體積驅替后，觀察已再驅不出油后，關閉水驅閥門，打開驅油劑活塞容器閥門，更換計量管，開始化學劑（驅油用磺酸鹽表面活性劑溶液、聚合物溶液、起泡劑溶液、聚表二元液）驅油，一般以0.2～0.4倍PV孔隙體積驅替，后續(xù)改為水驅，記錄驅出驅油劑的用量，并準確記錄驅出油的體積毫升數V，計算化學劑驅油的原油采收率即驅油劑驅提高采收率幅度為注入化學劑和后續(xù)水驅所驅替出的原油體積與總含油體積的比值，各化學劑驅油結果（見表2）。

表1 巖心尺寸及滲透率數據

表2 化學劑驅油結果

4 油田化學劑在巖心模擬驅油中的效果分析

4.1 表面活性劑驅油效果

由表2結果可知，用同一塊巖心8-1，表面活性劑巖心驅油，兩次結果分別是：

兩次驅油效果平均值為21.2%。

用另一塊巖心8-5，用表面活性劑巖心驅油，兩次結果分別是21.2%、18.8%，兩次驅油效果平均值為20.0%。

四次驅油效果平均值為20.6%。

4.2 聚合物驅油效果

同理用同一塊巖心8-3重復使用，聚合物巖心驅油兩次，結果分別是20.4%、22.2%，兩次驅油效果平均值為21.3%。

4.3 起泡劑驅油效果

用同一塊巖心8-2重復使用，起泡劑巖心驅油兩次，結果分別是21.2%、20.0%，兩次驅油效果平均值為20.6%。

4.4 聚表二元液驅油效果

用同一塊巖心8-4重復使用，聚表二元液巖心驅油兩次，結果分別是25.9%、21.8%，兩次驅油效果平均值為23.9%。

4.5 驅油效果對比分析

由上面結果可知，化學劑驅油均有一定效果，可見使用化學劑能提高原油采收率。驅油結果對比（見表3）。

從表3中可知聚表二元液相對驅替效果高出3%左右，聚表二元液復合驅油劑能將剩余油帶走驅出，微觀驅油圖（見圖2）。為描述巖石中滯留的油在替驅液驅替過程中的運動的關系，Foster等人（1973年）提出了毛細管準數的概念：

式中：NC-毛細管準數，無量綱；V-驅替液驅替速度，mL/s；φ-孔隙度；μW-驅替液的黏度，mPa·s；row-油水界面張力，mN/m。

研究證明，增加毛細管數（NC）將顯著地降低殘余油飽和度。提高NC的方法有三個：即增加驅替液速度V，增加驅替液黏度μW或降低油水界面張力row，通過在水中添加化學劑降低油/水界面張力是獲得高毛細管數（NC）的有效途徑。通常的油/水界面張力約30 mN/m，若降至超低界面張力（＜10-2mN/m），則毛細管數（NC）大大增加。

表3 驅替試驗結果對比

圖2 水驅后簇狀殘余油被復合驅驅替

試驗證明所用的驅油劑驅油效率與毛細管數理論相適應，即增加驅替液黏度或降低油水界面張力提高毛細管準數，從而實現提高采收率?？偨Y如下：

（1）當水驅驅不出原油時，用驅油用化學劑能將巖心內的剩余油驅出，驅油用化學劑提高了原油的采收率。

（2）4種驅油劑：表面活性劑、聚合物、起泡劑、聚合物與表面活性劑復合二元液在巖心驅油效能上相比較，聚表二元液略微更好，生產現場實際可從巖心性質及驅油劑成本或經濟效益上對比選擇。

5 結論

通過以上巖心驅油試驗，驅油劑驅油效果對比可

［1］張玄奇.石油工程實驗教程［M］.西安：西北大學出版社，2001.