凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系特征及驅(qū)替機理

趙光，戴彩麗，由慶

（1. 中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島 266580；2. 中國地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院，北京 100083）

0 引言

儲集層非均質(zhì)性是影響高溫高鹽油藏高效開發(fā)的主要因素之一，要改善高溫高鹽油藏中后期水驅(qū)開發(fā)效果首先需要調(diào)控地層的非均質(zhì)性[1-2]。但高溫高鹽油藏埋藏深、溫度高、地層水礦化度高的復(fù)雜條件成為改善儲集層非均質(zhì)性面臨的技術(shù)難點。因此，對高溫高鹽油藏的提高采收率技術(shù)要求也就越高。針對此類油藏，常規(guī)的聚合物體系、聚合物-表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系、弱凍膠體系等儲集層調(diào)控技術(shù)手段難以奏效[3-6]。主要原因在于：①受地面注入設(shè)備剪切、地層滲流剪切、地層物理化學(xué)性質(zhì)（高溫度、高礦化度等）及地層水稀釋等因素影響[7-9]，聚合物驅(qū)過程中聚合物的黏度損失較大，流度控制能力減弱，尤其在后續(xù)水驅(qū)階段，注入壓力下降較快，難以獲得長期有效的調(diào)控效果。②當(dāng)油藏溫度高于 80 ℃、礦化度高于5×104mg/L時，聚合物-表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系中的聚合物熱降解、鹽敏效應(yīng)顯著，黏度下降率可達(dá)60%以上。此外，常規(guī)的表面活性劑在高溫高鹽條件下會產(chǎn)生沉淀而失效，降低了聚合物-表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系在高溫高鹽油藏的驅(qū)油效果。③對于聚合物弱凍膠體系，成膠液中的聚合物也會受地層物理化學(xué)性質(zhì)及滲流剪切的影響，導(dǎo)致其在高溫高鹽油藏多孔介質(zhì)中的成膠強度降低，影響了該類油藏的調(diào)控效果。鑒于高溫高鹽油藏的苛刻油藏條件，僅依靠提升驅(qū)替介質(zhì)黏度改善水油流度比來實現(xiàn)中高含水期高效開發(fā)面臨巨大挑戰(zhàn)。為此，建立了一種適于高溫高鹽油藏提高原油采收率的軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系，該體系由自主研發(fā)耐溫耐鹽的凍膠分散體[10-12]和耐溫抗鹽表面活性劑[13]組成，二者具有協(xié)同效應(yīng)，能夠在對高溫高鹽油藏滲流剖面進(jìn)行高效調(diào)控的同時兼顧驅(qū)油效率。本文從軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的性質(zhì)出發(fā)，借助巖心流動實驗和可視化實驗，探討復(fù)合驅(qū)油體系的驅(qū)替機理，為高溫高鹽油藏軟體非均相復(fù)合驅(qū)油新方法的建立提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

1 實驗

1.1 實驗儀器

主要實驗儀器：JM-85改進(jìn)型膠體磨；JEOL JSM7600F掃描電鏡；TX-500C界面張力儀；TECLIS Tracker-H界面流變儀；Mastersizer 2000 Zeta電位分析儀；Brookfield-Ⅱ黏度計等。

1.2 實驗藥品

實驗藥品：功能聚合物 LF-1，相對分子質(zhì)量為9.6×106；樹脂交聯(lián)劑；十四烷基磺基甜菜堿表面活性劑；無機增強劑；3種模擬水，礦化度分別為1×104mg/L（NaCl為 7 000 mg/L，CaCl2為 2 000 mg/L，MgCl2為1 000 mg/L）、5×104mg/L（NaCl為 47 000 mg/L，CaCl2為2 000 mg/L，MgCl2為1 000 mg/L，若不特別說明，文中所用模擬水均為該礦化度）、10×104mg/L（NaCl為 94 000 mg/L，CaCl2為 4 000 mg/L，MgCl2為2 000 mg/L）。

1.3 實驗方法

1.3.1 多尺度凍膠分散體的制備[10]

用清水配制0.3% LF-1功能聚合物，加入0.9%樹脂交聯(lián)劑、0.1%無機增強劑攪拌均勻，在95 ℃恒溫烘箱中放置 6 h，得本體凍膠；將本體凍膠與清水按照1∶1質(zhì)量比加入膠體磨中，循環(huán)剪切6 min，獲得粒徑為2.2 μm的凍膠分散體。該方法制得的凍膠分散體耐溫可達(dá)130 ℃，耐鹽22×104mg/L。1.3.2 剖面改善能力物理模擬實驗

建立不同滲流率級差的雙管物理模型模擬地層的非均質(zhì)性，采用剖面改善率評價非均相復(fù)合驅(qū)油體系的剖面改善能力。實驗步驟為：填制不同滲透率級差的填砂管；以0.5 mL/min的泵速水驅(qū)直至壓力平穩(wěn)；以0.5 mL/min的泵速注入1倍孔隙體積的凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系（0.1%凍膠分散體+0.1%表面活性劑），將填砂管在90 ℃老化5 d后水驅(qū)直至壓力和產(chǎn)液量達(dá)到平穩(wěn)。記錄實驗過程中壓力、產(chǎn)液量的變化，計算剖面改善率：

式中f——剖面改善率；Qhb，Qha——高滲填砂管調(diào)剖前、后的分流率，%；Qlb，Qla——低滲填砂管調(diào)剖前、后的分流率，%。

1.3.3 驅(qū)替潛力物理模擬實驗

采用單管巖心實驗?zāi)Ｐ蛯Ρ确治隽吮砻婊钚詣?、凍膠分散體、聚合物-表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系和凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的驅(qū)替潛力。實驗步驟為：將人造巖心（長9.3 cm，直徑2.5 cm）烘干，飽和模擬水，飽和模擬油，水驅(qū)至含水 98%，以0.5 mL/min的泵速注入1倍孔隙體積的凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系（0.1%凍膠分散體+0.1%表面活性劑），將該巖心在90 ℃下老化5 d后再次水驅(qū)至產(chǎn)液含水率達(dá)到 98%，記錄過程中的壓力、產(chǎn)水量和產(chǎn)油量，計算采收率增值。將注入的凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系替換為0.1%的表面活性劑、0.1%的凍膠分散體及聚合物-表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系（0.3%聚合物+0.1%表面活性劑），重復(fù)上述步驟，分別考察其驅(qū)替潛力。

1.3.4 巖心掃描實驗

借助JEOL JSM7600F掃描電鏡，采用天然巖心模型研究凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系在多孔介質(zhì)中的宏觀作用形式。將天然巖心（長8 cm，直徑2.5 cm）烘干測孔隙度（22%）、滲透率（0.15 μm2），飽和水、飽和油，以0.5 mL/min的泵速水驅(qū)至含水98%，注入 0.5倍孔隙體積的軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系（0.1%凍膠分散體+0.1%表面活性劑），在90 ℃條件下老化5 d后，后續(xù)水驅(qū)至含水98%，將該巖心于凍干機中放置24 h凍干，取巖心切片，置于掃描電鏡中觀察。

1.3.5 微觀可視化實驗

采用微觀可視化實驗探討凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的微觀驅(qū)替機理，所用玻璃刻蝕模型長、寬、厚為5 cm×5 cm×0.5 cm，注入端模擬注入井，產(chǎn)出端模擬生產(chǎn)井。實驗步驟為：先將模型飽和水，然后飽和油，水驅(qū)至含水98%，再注1倍孔隙體積的凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系（0.1%凍膠分散體+0.1%表面活性劑）；再后續(xù)水驅(qū)至含水98%。為便于觀察，實驗中凍膠分散體采用茶樹酚染為深藍(lán)色。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系特征

2.1.1 降低界面張力能力

固定表面活性劑的濃度為0.1%，分別加入不同濃度的凍膠分散體，90 ℃條件下采用TX-500C旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測定凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的動態(tài)界面張力，結(jié)果見圖1。

圖1 不同軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系與界面張力的關(guān)系

由圖 1可見，軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系降低油水界面張力的能力隨著凍膠分散體濃度的增大而降低，但最終穩(wěn)定在 3.3×10-3～3.9×10-3mN/m，表明軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系具有較高的降低界面張力能力。凍膠分散體濃度越高，非均相復(fù)合驅(qū)油體系達(dá)到動態(tài)穩(wěn)定界面張力的時間越長，但最終穩(wěn)定的界面張力仍達(dá)到 1×10-3mN/m數(shù)量級，表明加入凍膠分散體僅能夠延長非均相復(fù)合驅(qū)油體系達(dá)到動態(tài)平衡穩(wěn)定界面張力的時間，而對復(fù)合驅(qū)油體系降低油水界面張力影響較小。這是由于軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系具黏彈性，凍膠分散體濃度越高，復(fù)合驅(qū)油體系的黏度越大，降低了表面活性劑分子由體相向油水界面擴散的速度。因此，凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系達(dá)到動態(tài)界面張力平衡值的時間相對較長。此外，吸附了表面活性劑的凍膠分散體顆粒也會在油水界面吸附，占據(jù)了油水界面的吸附位，這種吸附行為也會削弱軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系降低油水界面張力能力。

2.1.2 黏度增加協(xié)同效應(yīng)

以模擬水配制凍膠分散體和凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系（其中表面活性劑的濃度為0.1%），采用Brookfield-II黏度計在90 ℃條件下測定其黏度，實驗結(jié)果見圖2。由圖2可見，凍膠分散體單一體系和凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的黏度在 2～8 mPa·s，具備低黏度的特點，兩種體系的黏度隨著凍膠分散體的濃度增加而增大。這是由于凍膠分散體為高黏彈性顆粒，當(dāng)濃度增加時，凍膠分散體在軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中的固含量較高，顆粒間的距離減小，接觸碰撞幾率增大，分子間的內(nèi)摩擦力增大，導(dǎo)致復(fù)合驅(qū)油體系黏度上升。由實驗結(jié)果進(jìn)一步可知，軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的黏度明顯高于凍膠分散體單一體系的黏度。這是由于表面活性劑為稀溶液體系，復(fù)合驅(qū)油體系中的表面活性劑可以形成膠束，增加了溶液的結(jié)構(gòu)黏度。此外，受疏水作用的影響，表面活性劑吸附在凍膠分散體顆粒表面，增加了顆粒的半徑，使顆粒間接觸碰撞幾率加大。因此，加入表面活性劑可以協(xié)同提高凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的黏度。

圖2 軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的黏度隨凍膠分散體濃度變化關(guān)系

2.1.3 耐溫耐鹽性能

采用 3種模擬水分別配制凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系，將其老化30 d，以界面張力為指標(biāo)，考察凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的耐溫耐鹽性能。綜合考慮凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的降低界面張力能力和黏度特點，實驗選擇配方為0.1%凍膠分散體+0.1%表面活性劑的軟體非均相復(fù)合驅(qū)油配方體系開展研究，結(jié)果見圖3。

圖3 軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系界面張力在不同礦化度、溫度下的變化關(guān)系

由圖 3可見，凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的界面張力隨老化溫度和礦化度的增加而增加，當(dāng)溫度為110 ℃、礦化度10×104mg/L時，復(fù)合驅(qū)油體系老化30 d后的界面張力仍小于1×10-1mN/m，表明復(fù)合驅(qū)油體系在高溫高鹽油藏條件下具有較好的應(yīng)用潛力。這是由于軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中的表面活性劑為磺酸鹽甜菜堿，既含有陰離子親水基又含有陽離子親水基，通過模擬水中二價鹽離子的螯合作用，可形成內(nèi)鹽結(jié)構(gòu)，由此其耐溫抗鹽性能增強。

2.1.4 聚結(jié)能力

采用掃描電鏡研究了凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系（0.1%凍膠分散體+0.1%表面活性劑）在90 ℃模擬水中老化前后的狀態(tài)，結(jié)果見圖4。老化初始階段，軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中的凍膠分散體顆粒主要以單個顆粒均勻地分散在溶液中（見圖4a）。高溫老化后，復(fù)合驅(qū)油體系中的單個凍膠分散體顆粒均開始變大，但膨脹能力有限，由此保證了凍膠分散體高溫老化后具有較高的強度。隨著老化時間的進(jìn)一步增加，軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中的多個凍膠分散體顆粒之間相互聚結(jié)形成較大的聚集體。30 d后，軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中固相由初始粒徑為2 μm的凍膠分散體顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)榱?0 μm的聚集體。高溫老化前軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系是相對穩(wěn)定的系統(tǒng)，復(fù)合驅(qū)油體系中的凍膠分散體受靜電斥力作用影響，能夠均勻地分散在溶液中。高溫條件下，復(fù)合驅(qū)油體系中的凍膠分散體顆粒運動加劇，顆粒之間相互碰撞聚結(jié)形成大的聚集體。同時，模擬水中鹽離子的存在會中和凍膠分散體顆粒表面的負(fù)電荷，使得顆粒之間的靜電斥力作用減小，該作用加速了軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的聚結(jié)能力。

圖4 高溫老化前后軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系微觀形貌

2.1.5 Zeta電位

Zeta電位是表征軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系穩(wěn)定性的重要參數(shù)。因此，采用馬爾文Mastersize 2000 Zeta電位儀測定了表面活性劑、凍膠分散體與軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系（0.1%凍膠分散體+0.1%表面活性劑）在90 ℃下老化前后的電性?？紤]到Zeta電位儀的耐鹽范圍，實驗測定了1×104mg/L礦化度條件下3種體系老化前后的電性變化，結(jié)果見圖5。

由圖 5可知，表面活性劑體系、凍膠分散體與軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系未老化前均帶負(fù)電，單一表面活性劑體系的Zeta電位絕對值高于單一凍膠分散體系的Zeta電位絕對值。當(dāng)表面活性劑加入凍膠分散體溶液形成軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系時，Zeta電位絕對值升高。這是由于加入的表面活性劑在溶液中分散或在凍膠分散體顆粒表面吸附，使得凍膠分散體顆粒表面的負(fù)電性增加，增強了顆粒之間的靜電斥力作用，提高了軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的穩(wěn)定性。這種特點對軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系在多孔介質(zhì)中運移有利，地層巖石顆粒表面帶負(fù)電，與帶同種電性的軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系產(chǎn)生靜電斥力作用，能夠保證其順利進(jìn)入地層深部而不易在近井地帶形成吸附滯留。

圖5 不同驅(qū)油體系在90 ℃下老化前后的Zeta電位

2.1.6 潤濕性改變能力

采用光學(xué)投影法測定軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的潤濕性改變能力。實驗分別采用經(jīng)過處理的水濕（潤濕角為24.5°）和油濕（潤濕角為147.5°）石英片模擬地層巖石。將兩種不同潤濕性的石英片分別置于表面活性劑（0.1%）和軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系（0.1%表面活性劑+0.1%凍膠分散體）溶液中，在90 ℃下老化30 d，采用TECLIS Tracker- H 界面流變儀測定老化前后石英片的接觸角，考察兩種體系對石英片的潤濕改變能力，實驗結(jié)果見圖6。

由圖 6可見，不同老化時間的軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系和表面活性劑對石英片的潤濕性均會產(chǎn)生影響。對于軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系，石英片老化后水濕表面的潤濕角由24.5°升高至36.5°，油濕表面的潤濕角由147.5°降低為39.5°；而對于表面活性劑體系，石英片老化后水濕表面的潤濕角由24.5°升高至32.0°，油濕表面的潤濕角由147.5°降低為34.5°。兩種體系均能使油濕表面的潤濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)，水濕表面潤濕性減弱。初始老化階段，軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中具有較多的表面活性劑活性分子，親油基團朝向石英片并通過氫鍵作用在其表面緊密排列形成多層吸附膜，能夠顯著改善石英表面的潤濕性。但隨著老化時間的增加，軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中的表面活性劑活性分子有效含量降低，減少了其在石英表面的吸附。此外，軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中的凍膠分散體也會通過氫鍵作用吸附在石英表面，減少了石英表面的吸附位，降低了表面活性劑分子在其表面的吸附，導(dǎo)致復(fù)合驅(qū)油體系的潤濕改變能力低于單一表面活性劑體系的潤濕性改變能力。當(dāng)持續(xù)老化30 d后，軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中的表面活性劑活性分子基本不再減少，表面活性劑分子在石英表面的吸附達(dá)到動態(tài)平衡。因此，軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系基本不再對石英片潤濕性能進(jìn)行改變。軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的這種特點，能夠保證其在滲流過程中對巖石表面潤濕性進(jìn)行改性，有利于原油從巖石表面剝離，提高復(fù)合驅(qū)油體系的微觀洗油效率。

圖6 軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系及表面活性劑在不同老化時間接觸角的變化

2.2 凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系性能評價

2.2.1 剖面改善能力

采用雙管實驗物理模型考察了軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的剖面改善能力，結(jié)果見圖7。

圖7 軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的剖面改善能力

由圖 7可見，軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系未注入巖心前，高滲管具有較大的分流率，水驅(qū)壓力較低。注入軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系后，高滲管產(chǎn)液量開始降低，低滲管產(chǎn)液量上升，注入壓力明顯上升。當(dāng)巖心老化后，后續(xù)水驅(qū)過程中低滲管的分流率上升，表明軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系具有較好的剖面改善能力。由（1）式得4種不同滲透率級差條件下（見圖7a—7d）軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的剖面改善率分別為53.87%、67.91%、76.11%、93.72%。

實驗結(jié)果表明，注入軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系后巖心滲流剖面均有所改善，且?guī)r心滲透率級差越大，剖面改善能力越強。巖心滲透率級差越大，復(fù)合驅(qū)油體系在注入壓力作用下越易向高滲層運移，進(jìn)而對高滲層形成有效封堵，迫使后續(xù)水流轉(zhuǎn)向低滲層；滲透率級差越小，復(fù)合驅(qū)油體系在進(jìn)入高滲層的時候也會進(jìn)入低滲層，對低滲層造成一定的污染，使得剖面改善能力降低。軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系良好的剖面改善能力對其驅(qū)油極其有利，將其注入地層中，凍膠分散體顆粒以滯留、吸附、架橋等形式對高滲部位形成有效的封堵，迫使后續(xù)水流轉(zhuǎn)向中低滲層，提高了中低滲層的分流能力，進(jìn)而達(dá)到微觀調(diào)控的目的。2.2.2 驅(qū)替潛力

采用單管巖心實驗?zāi)Ｐ蛯Ρ确治隽吮砻婊钚詣瞿z分散體、聚合物-表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系和凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的驅(qū)替潛力，實驗結(jié)果見圖8。

圖8 表面活性劑、凍膠分散體、聚合物-表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系及軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系驅(qū)油效果

由圖8可見，4種驅(qū)油體系驅(qū)替后的采收率增值分別達(dá)到11.26%、15.14%、15.93%和27.27%，其中注軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的采收率增值最高。對表面活性劑單一體系，由于表面活性劑無法改變后續(xù)水驅(qū)過程的水油流度比，使得注入的表面活性劑沿巖心高滲部位突進(jìn)，降低了表面活性劑的驅(qū)油效果；而聚合物-表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系，注入階段壓力上升較快，表明其具有較好的流度控制能力，該階段壓力的上升主要是由于復(fù)合驅(qū)油體系中的聚合物黏度形成的。但后續(xù)水驅(qū)階段，注入壓力下降較快。這是由于聚合物-表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系的聚合物黏度受高溫、高鹽等因素的影響下降幅度較大，使之后續(xù)流度控制能力有限。同時，聚合物-表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系的聚合物也會沿巖心高滲部位產(chǎn)出，使復(fù)合驅(qū)油體系黏度下降，進(jìn)一步降低其后續(xù)流度控制能力。對于軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系和凍膠分散體，二者的驅(qū)油效果明顯高于單一表面活性劑。對于注入凍膠分散體單一體系，通過顆粒的滯留、吸附或聚集形式對高滲部位進(jìn)行有效的調(diào)控，迫使后續(xù)水流轉(zhuǎn)向中低滲層未波及區(qū)域，將其中的剩余油驅(qū)替出，但此時巖心中仍有相當(dāng)部分的殘余油未被驅(qū)出。當(dāng)注入軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系時，復(fù)合驅(qū)油體系中的凍膠分散體既能起到單一注入顆粒調(diào)整滲流剖面的效果，提高后續(xù)流度控制能力，同時復(fù)合驅(qū)油體系中的表面活性劑與巖心的殘余油接觸，通過乳化、潤濕性反轉(zhuǎn)等作用，將殘余油從巖層表面剝離，進(jìn)一步提高了原油采收率。

2.3 凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系驅(qū)替機理

2.3.1 宏觀作用形式

圖9 軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系在多孔介質(zhì)中的分布狀態(tài)

由于凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中的表面活性劑為小分子，掃描電鏡難以觀察其在多孔介質(zhì)中的分布狀態(tài)。因此，掃描電鏡給出的結(jié)果僅是復(fù)合驅(qū)油體系中凍膠分散體的分布狀態(tài)（見圖9）。當(dāng)軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系注入巖心時，其中的凍膠分散體顆粒在注入壓力下以直接、變形通過的形式進(jìn)入優(yōu)勢滲流通道。凍膠分散體顆粒在多孔介質(zhì)中的調(diào)控行為主要有 4種：直接封堵、架橋封堵、吸附及滯留。當(dāng)軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系進(jìn)入巖心后，對半徑小于凍膠分散體粒徑的孔隙喉道形成直接封堵（見圖9a）；孔隙喉道半徑大于凍膠分散體粒徑時，則多個顆粒通過架橋或形成較大的聚集體進(jìn)行封堵（圖9b—9d）；當(dāng)孔道過大時，多個凍膠分散體通過堆積的形式滯留在孔隙中（見圖9e）；此外，受氫鍵或色散力的影響，凍膠分散體顆?？梢晕皆诳椎辣诿妫ㄒ妶D9f），減小孔道的有效滲流半徑。通過軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中凍膠分散體的直接封堵、架橋封堵、吸附及滯留作用，能夠?qū)r心高滲部位實現(xiàn)有效調(diào)控，迫使后續(xù)水驅(qū)轉(zhuǎn)向低滲部位，有效改善了巖層的非均質(zhì)性。另外，由于軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中的凍膠分散體為柔性顆粒，可以變形通過孔隙喉道，當(dāng)凍膠分散體通過孔隙喉道時，產(chǎn)生的負(fù)壓作用也會將剩余油驅(qū)出。實驗進(jìn)一步表明，單個凍膠分散體顆粒或多個凍膠分散體顆粒架橋?qū)椎肋M(jìn)行封堵時，顆粒與孔壁之間、顆粒與顆粒之間仍有一定的間隙，由于凍膠分散體和剩余油表面極性的不同，在后續(xù)注入壓力下，剩余油可變形通過顆粒與孔壁之間的間隙，進(jìn)而提高了剩余油的開采程度。此外，軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系中凍膠分散體的增黏效應(yīng)還可改善表面活性劑的流度比，降低其擴散速率，促使表面活性劑轉(zhuǎn)向中低滲層，通過表面活性劑的乳化、潤濕性反轉(zhuǎn)等作用，將附著在巖石孔壁表面的殘余油驅(qū)出，進(jìn)一步強化了軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的驅(qū)替效率。

2.3.2 微觀驅(qū)替機理

2.3.2.1 強化洗油機理

軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系是由耐溫耐鹽凍膠分散體和耐溫抗鹽表面活性劑組成的二元復(fù)合驅(qū)油體系，具備高溫高鹽油藏條件下的高效洗油能力。同時，由于疏水作用，部分表面活性劑分子吸附在凍膠分散體顆粒表面，使得凍膠分散體顆粒也具有洗油作用，強化了軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的洗油能力。

2.3.2.2 協(xié)同乳化機理

軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系對儲集層微觀調(diào)控后，復(fù)合驅(qū)油體系中的表面活性劑進(jìn)入中低滲部位，與其中的剩余油相互作用，使剩余油乳化為水包油乳狀液或多重乳液（見圖10a—10c），乳化的油滴在向前移動過程中不易黏附到孔壁表面，提高了洗油效率。同時，吸附了表面活性劑的凍膠分散體顆粒也具有一定的活性，當(dāng)其與原油接觸時，也會使原油乳化，二者的協(xié)同效應(yīng)使剩余油乳化能力增強，進(jìn)而有利于剩余油從巖石表面剝離下來（見圖10d—10g）。乳化形成的水包油乳狀液或多重乳液在孔道中滯留，通過顆粒的直接封堵或架橋封堵作用，對高滲層起到強化調(diào)控的作用（見圖10b、10c）。此外，乳化的油滴也會提高驅(qū)替介質(zhì)的黏度，增強驅(qū)替介質(zhì)的流度控制能力[14]。

2.3.2.3 強化潤濕反轉(zhuǎn)機理

孔隙介質(zhì)表面的潤濕性對提高原油采收率起著重要作用。當(dāng)軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系在多孔介質(zhì)中流動時，帶弱負(fù)電性的凍膠分散體顆粒吸附在巖石表面，降低了復(fù)合驅(qū)油體系與地層表面的靜電斥力作用，利于表面活性劑分子在地層表面吸附，強化了復(fù)合驅(qū)油體系的潤濕性改變能力。當(dāng)巖石表面潤濕性由親油性轉(zhuǎn)變親水性時，毛細(xì)管力逐漸降低，使剩余油與巖石表面之間的黏附功降低，剩余油易于從巖石表面脫離下來（見圖11），進(jìn)而提高復(fù)合驅(qū)油體系的洗油效率。

圖10 不同驅(qū)替時刻剩余油乳化情況

圖11 不同驅(qū)替時刻的剩余油分布形式

2.3.2.4 油帶聚增機理

軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系在多孔介質(zhì)中流動時，凍膠分散體顆粒對儲集層進(jìn)行調(diào)控，提高了后續(xù)流體的波及體積，并疊加復(fù)合驅(qū)油體系的強化潤濕反轉(zhuǎn)、協(xié)同乳化等作用，將其中的剩余油驅(qū)替出來，但仍有部分剩余油滯留在較小孔隙中。此時驅(qū)替出的剩余油主要以油滴形式在滲透率相對較大的多孔介質(zhì)中運移。由于軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的儲集層微觀調(diào)控作用，小分子表面活性劑能夠進(jìn)入凍膠分散體顆粒不可及的較小孔隙中，進(jìn)一步將其中的剩余油從巖石表面剝離下來。剝離出的油滴在多孔介質(zhì)中運移時不斷的將遇到的油滴聚并進(jìn)來（見圖12），形成油帶，有利于剩余油采出。

圖12 不同驅(qū)替時刻的剩余油聚集狀態(tài)

3 結(jié)論

凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系由耐溫耐鹽凍膠分散體和耐溫耐鹽表面活性劑組成，能夠適用于溫度 80～110 ℃、礦化度 1×104～10×104mg/L 的油藏，具有低黏度、弱負(fù)電性、耐溫耐鹽的特點，能夠聚結(jié)長大，可使油濕表面潤濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)，水濕表面潤濕性減弱，高溫老化后的界面張力仍小于1×10-1mN/m。

凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系能夠進(jìn)入巖心深部對儲集層進(jìn)行微觀調(diào)控，巖心滲透率級差越大，調(diào)控效果越好；軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系通過提高后續(xù)水驅(qū)流度控制能力，并疊加表面活性劑的高效洗油作用，顯著提高原油采收率。高溫高鹽條件下軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系的驅(qū)替效果明顯優(yōu)于單一表面活性劑驅(qū)油體系、凍膠分散體或聚合物-表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系的驅(qū)替效果。

凍膠分散體軟體非均相復(fù)合驅(qū)油體系在多孔介質(zhì)中運移時，以直接通過和變形通過兩種形式進(jìn)入到地層深部，通過單個顆粒直接封堵、多個顆粒架橋封堵、吸附、滯留形式實現(xiàn)對儲集層的微觀調(diào)控，并通過增黏效應(yīng)改善表面活性劑的流度比，降低其擴散速率。表面活性劑可強化復(fù)合驅(qū)油體系的深部運移和洗油能力，通過強化洗油、協(xié)同乳化、強化潤濕反轉(zhuǎn)及油帶聚增機理提高洗油效率，表面活性劑和凍膠分散體顆粒的協(xié)同效應(yīng)增強了復(fù)合驅(qū)油體系的驅(qū)替效率。