乳化能力對低滲透油藏表面活性劑驅(qū)油效果的影響

崔鵬興，胡占群，奧洋洋，賀 杰

(1.陜西延長石油集團(tuán)有限責(zé)任公司 研究院，陜西 西安 710065； 2.新疆油田公司 采油一廠，新疆 克拉瑪依 834000； 3.西南石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都 610500)

引 言

表面活性劑驅(qū)油是近年來低滲透油藏提高采收率研究的一個(gè)熱門方向。一般認(rèn)為，影響低滲透油藏表面活性劑驅(qū)的主要因素是界面張力[1-5]，研究主要以如何降低表面活性劑的界面張力為主，一般需要達(dá)到10-2mN/m以下。近年來表面活性劑的乳化作用逐漸受到重視，乳化能力作為表面活性劑的一個(gè)重要作用，在中高滲地層中考慮較多，但在低滲透儲層中鮮有研究報(bào)道。表面活性劑的乳化能力對驅(qū)油效果的影響主要有兩個(gè)方面：一方面，表面活性劑通過乳化捕集、攜帶等機(jī)理乳化原油，提高驅(qū)油效率[6-10]；另一方面，乳狀液具有調(diào)剖功能，其堵塞、吸附等作用會引起低滲透儲層中高滲流帶地層的滲透率下降，從而提高微觀波及效率[11-17]。為了研究低滲透儲層表面活性劑驅(qū)時(shí)界面張力與乳化能力的貢獻(xiàn)，結(jié)合定邊油田A區(qū)塊油藏條件篩選出界面張力高-乳化能力強(qiáng)、界面張力低-乳化能力弱、界面張力低-乳化能力中等的三種表面活性劑體系，開展了室內(nèi)低滲透巖心的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，研究表面活性劑界面張力和乳化能力對驅(qū)替的影響，為低滲透油藏表面活性劑驅(qū)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料包括：WLW(脂肪酸烷醇酰胺與聚乙二醇復(fù)配，復(fù)配型)、OP-10(聚氧乙烯辛基苯酚醚-10，非離子型)、OP-21(聚氧乙烯辛基苯酚醚-20，非離子型)、KD-100(非離子型)、KD-200(非離子型)、BS12(十二烷基甜菜堿，兩性型)、BS14-16(十四-十六烷基甜菜堿，兩性型)、BS16-18(十六-十八烷基甜菜堿，兩性型)、S105(陰離子型)、AES(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，陰離子型)十種表面活性劑和聚乙二醇；蒸餾水；A區(qū)原油(比重0.856 9，50 ℃時(shí)黏度為7.69 mPa·s，平均瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.96%，凝固點(diǎn)21.69 ℃，初餾點(diǎn)73.3 ℃)；模擬地層水，水質(zhì)分析見表1；模擬注入水，參數(shù)見表2。

巖心為人造柱狀巖心，直徑2.5cm，長度10cm，具體參數(shù)見表3。

表1 A區(qū)長6地層水水質(zhì)分析結(jié)果Tab.1 Quality analysis result of Chang 6 formation water in A area

表2 A區(qū)注入水水質(zhì)分析結(jié)果Tab.2 Quality analysis result of injected water in A area

表3 巖心參數(shù)及表面活性劑驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Core parameters and surfactant flooding experiment results

主要設(shè)備包括：ISCO MODEL 10000000DX恒流泵(精度：0.00001 mL/min)、SG-3型恒溫箱(油氣藏開發(fā)模擬系統(tǒng))、巖心夾持器、壓力傳感器、中間容器、壓力記錄計(jì)機(jī)、TX-500C 旋滴界面張力儀、試管等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)界面張力測試。參照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5370-1999《表面及界面張力測定方法》，用模擬地層水配制表面活性劑溶液，并利用TX-500C 旋轉(zhuǎn)滴超低界面張力儀在54 ℃、6 000 rad/min的轉(zhuǎn)速下測定其與A區(qū)M井脫水脫氣原油的動(dòng)態(tài)界面張力與平衡界面張力。

(2)乳化性能測試。在54 ℃恒溫箱中，將體系與原油以體積比7∶3在刻度試管中混合，分別開展2個(gè)實(shí)驗(yàn)：① 振蕩5次，靜止60 s；② 在實(shí)驗(yàn)①的基礎(chǔ)上再振蕩5次，靜止30 s。分別觀察實(shí)驗(yàn)①和實(shí)驗(yàn)②試管中的乳化量，計(jì)量乳化水率。乳化水率為發(fā)生乳化的水量與原始水量的比值。

(3)表面活性劑驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。將柱狀巖心烘干、抽真空8 h，飽和模擬地層水，計(jì)算孔隙度、水測滲透率；在54 ℃恒溫箱中以0.1 m/d 速度飽和原油，制造束縛水，老化24h，以1 m/d速度水驅(qū)至含水率達(dá)到98%，表面活性劑驅(qū)至不再出油為止，驅(qū)替過程中每5 min(后期酌情延長)計(jì)量一次出液量V，記錄出油量v油和出水量v水、壓力p等數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)流程見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程Fig.1 Experimental flow chart

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 表面活性劑的篩選

(1)界面張力評價(jià)。利用注入水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.2%各試劑溶液，分別測試各性劑溶液與原油的界面張力。

測試結(jié)果顯示，BS16-18表面活性劑溶液的界面張力屬于超低界面張力，其平衡值為3.2×10-2mN/m，WLW表面活性劑溶液平衡界面張力最低，可達(dá)到7.69×10-3mN/m(圖2)。

圖2 各驅(qū)油體系溶液界面張力Fig.2 Interfacial tension of various displacement solutions

為了得到更低界面張力的表面活性劑溶液，遵循表面活性劑復(fù)配原則，選取兩性離子型-陰離子型表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，其目的就是產(chǎn)生加成和增效作用，起到“1+1>2”的效果[18-19]。

研究將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的BS12、BS14-16、BS16-18溶液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的S105、AES溶液進(jìn)行正交復(fù)配，并分別測試復(fù)配體系與原油的界面張力，結(jié)果顯示BS16-18與AES的復(fù)配界面張力較低，選取BS16-18與AES復(fù)配并優(yōu)化其復(fù)配比例，測試結(jié)果顯示BS16-18和AES復(fù)配后對于界面張力的降低起到了很好的加成效果，其中0.2%BS16-18+0.05%AES體系(以下簡稱BA體系)達(dá)到10-3級的超低界面張力，且界面張力最低(圖3)。

圖3 BS16-18與AES復(fù)配體系界面張力Fig.3 Interfacial tension of S16-18 and AES complex system

(2)乳化能力的評價(jià)。對備選的各表面活性劑溶液、聚乙二醇溶液、BA體系進(jìn)行乳化性能測試(圖4)。

結(jié)果顯示，OP-10和AES的乳化能力較強(qiáng)，但OP-10對人體有害，故選擇AES作為實(shí)驗(yàn)選定對象，且AES界面張力比較高， 為2.53×10-1mN/m。

圖4 各驅(qū)油溶液乳化能力的對比Fig.4 Comparison of emulsifying ability of various displacement solutions

而WLW表面活性劑的乳化能力最低，且具有超低的界面張力，可以達(dá)到7.69×10-3mN/m。BA體系的乳化能力較強(qiáng)，界面張力可以達(dá)到超低，這三種表面活性劑都滿足巖心驅(qū)替所需的要求。

(3)篩選結(jié)果。上述過程可篩選出界面張力高-乳化能力強(qiáng)(0.2%AES)、界面張力低-乳化能力弱(0.2%WLW)、界面張力低-乳化能力中等(0.2%BS16-18+0.05%AES)的三種表面活性劑體系，分別簡稱AES體系、WLW體系和BA體系。為了方便對比，進(jìn)一步單獨(dú)繪制了三組體系的界面張力和乳化能力對比圖(圖5、圖6)。

圖5 三組表面活性劑體系的界面張力對比Fig.5 Comparison of interfacial tension of three surfactant systems

圖6 三組表面活性劑體系的乳化能力對比Fig.6 Comparison of emulsifying ability of three surfactant systems

2.2 驅(qū)油效果對比

驅(qū)油實(shí)驗(yàn)選取三組(A、B、C)滲透率極差為10左右的巖心，分別利用三組表面活性劑體系進(jìn)行驅(qū)油測試，測試結(jié)果見表3、圖7。

(1)A組選取了滲透率為0.2×10-3μm2級別的三根巖心。分析可知，A-1巖心在注入0.75PV的注入水后開始見水，見水后含水上升很快，含水率達(dá)到98%以上(即注入1.01PV注入水后)開始用BA體系驅(qū)油，最終測得BA體系可提高驅(qū)油效率1.9%，其乳化性能使得注入壓力升高，升壓率約為49%。A-2巖心在水驅(qū)含水率達(dá)到98%以上(即注入0.82PV注入水后)開始用AES體系驅(qū)油，最終測得該體系可提高驅(qū)油效率1.33%，其乳化性能使得注入壓力升高較大，升壓率約為36%。A-3巖心在水驅(qū)含水率達(dá)到98%以上(即注入0.76PV注入水后)開始用WLW體系驅(qū)油，最終測得該體系可提高驅(qū)油效率1.20%，超低的油水界面張力使巖心在注入WLW體系后注入壓力降低程度較大，降壓率為21%。

(2)B組選取了滲透率為2×10-3μm2級別的三根巖心。從圖表中可以看出B-1巖心在水驅(qū)的時(shí)候壓力較高，可達(dá)到9MPa左右的注入壓力，見水后含水率上升很快，水驅(qū)驅(qū)油效率32.29%，在水驅(qū)含水率達(dá)到98%以上(即注入0.61PV注入水后)開始用BA體系驅(qū)油，在注入BA體系后壓力下降，其驅(qū)油效率可提高了8.90%。B-2巖心水驅(qū)見水仍然比較早，見水后含水率上升很快，水驅(qū)含水率達(dá)到98%以上(即注入0.83PV注入水后)開始用AES體系驅(qū)油，注入AES體系后驅(qū)替壓力明顯升高，由于AES乳化能力比較強(qiáng)，增加了注入壓力，其驅(qū)油效率提高了5.60%。B-3巖心驅(qū)油動(dòng)態(tài)顯示，WLW體系的低界面張力和較差的乳化能力明顯降低了注入壓力，但單純的超低界面張力對驅(qū)油效率的影響較小，其驅(qū)油效率只提高了2.83%。

(3)C組選取了滲透率為20×10-3μm2級別的三根巖心。從圖表中可看出，C-1巖心驅(qū)替在水驅(qū)含水率達(dá)到98%以上(即注入0.92PV注入水后)開始用BA體系驅(qū)替，BA體系對注入壓力的影響不明顯，是由于該體系的低界面張力與高乳化能力平衡的結(jié)果，在三種表面活性劑體系中BA體系提高的驅(qū)油效率是最高的，說明乳化能力和界面張力同時(shí)在發(fā)揮作用，使得驅(qū)油效率達(dá)到最大值。同第一組AES體系驅(qū)結(jié)果類似，乳化性能較好的AES表面活性劑體系增加了注入壓力，也提高了驅(qū)油效率，但比BA體系效率低，比WLW體系效率高。具有超低界面張力的WLW體系對微觀驅(qū)油效率的提高程度仍然是最低的，但該體系能較大的降低注入壓力，在實(shí)際應(yīng)用中可以起到較好的降壓增注的效果。

圖7 A、B、C三組巖心表面活性劑驅(qū)油動(dòng)態(tài)曲線Fig.7 Dynamic curves of surfactant flooding experiments with three groups of cores A,B and C

2.3 滲透率對表面活性劑驅(qū)油效率的影響

繪制表面活性劑驅(qū)油效率與滲透率之間的關(guān)系曲線(圖8)。

圖8 滲透率對不同表面活性劑驅(qū)油效率的影響Fig.8 Effect of permeability on displacement efficiency of different surfactant solutions

可以看出，滲透率0.2×10-3μm2到20×10-3μm2的范圍內(nèi)，BA體系的提高驅(qū)油效率程度明顯要大于其他體系，AES居中，WLW的提高程度均較低，且三種表面活性劑體系對驅(qū)油效率的提高幅度隨著滲透率的增加呈先增大后降低的趨勢。

3 結(jié) 論

(1)在不同滲透率的短巖心驅(qū)替中，具有超低界面張力和較好乳化能力的BA(0.2%BS16-18+0.05%AES)體系是三組體系(AES體系、WLW體系、BA體系)中驅(qū)油效果最好的，表面活性劑較強(qiáng)的乳化能力和超低的界面張力同時(shí)促進(jìn)了表面活性劑的驅(qū)油效率。

(2)在特低滲透率區(qū)域，乳化能力很強(qiáng)的AES體系驅(qū)油效率高于界面張力超低的WLW體系。在特低滲透油藏中，高乳化能力對驅(qū)油效率的影響大于界面張力的影響。

(3)表面活性劑驅(qū)油過程中對原油的乳化使得壓力波動(dòng)較大，壓力波動(dòng)可增加巖心的微觀波及效率。

(4)滲透率在(0.2～20.0)×10-3μm2，表面活性劑對驅(qū)油效率的提高幅度隨著滲透率的增加呈先增大后降低的趨勢。