滲吸劑體系基本性能對(duì)采收率的影響分析

江 敏，范洪富，張 翼，吳 英

(1.大連理工大學(xué)北京研究院博士后工作站，北京 100044；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；3.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；4.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300459)

0 引 言

低滲透裂縫性油藏利用滲吸機(jī)理進(jìn)行采油的過(guò)程中，影響滲吸采收率的因素非常多[1-9]，這些因素互相影響互相制約，形成一種復(fù)雜多變的關(guān)系。關(guān)于滲吸劑體系的基本性能對(duì)采收率的影響，前人已進(jìn)行了大量的相關(guān)研究工作[10-21]，但均局限于對(duì)單一影響因素的討論和分析，對(duì)各種影響因素的權(quán)重還缺乏定量研究。目前，在對(duì)滲吸劑的篩選和評(píng)價(jià)中，一般對(duì)表征其基本性能的幾種指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，主要包括油水界面張力、油水接觸角、滲吸劑體系對(duì)目標(biāo)油藏原油的乳化性能、滲吸劑體系的黏度以及滲吸劑體系的pH值等。這些指標(biāo)與滲吸采收率之間的關(guān)聯(lián)性以及在選擇滲吸劑時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮滲吸劑的哪些基本性能，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的篩選和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在大量描述滲吸劑基本性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用SPSS數(shù)據(jù)分析，將多因素方差分析和多元線性回歸分析方法引入到低滲透油藏滲吸劑體系的性能指標(biāo)對(duì)采收率的影響分析中，對(duì)各性能參數(shù)影響采收率的次序及權(quán)重進(jìn)行了深入討論和分析。

1 滲吸劑體系基本性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)用表面活性劑包括陰離子型、非離子型及兩性離子型。實(shí)驗(yàn)用油為長(zhǎng)慶姬塬脫氣脫水原油。實(shí)驗(yàn)用水采用去離子水配制的模擬地層水，總礦化度為11 238.15 mg/L。

實(shí)驗(yàn)中主要儀器設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)滴超低界面張力儀500D、OCA視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x、乳化分散高速攪拌器、數(shù)字式旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)以及乳化性能測(cè)定儀等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1) 油砂靜態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)。油砂靜態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)依據(jù)中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院的發(fā)明專利《一種滲吸劑滲吸采油效果的定量評(píng)價(jià)方法》來(lái)進(jìn)行，該專利[22]用來(lái)評(píng)價(jià)滲吸劑對(duì)于目標(biāo)油藏原油的滲吸采油效果。

(2) 界面張力測(cè)試實(shí)驗(yàn)。利用界面張力儀，測(cè)量滲吸劑體系和目標(biāo)原油之間的界面張力。

(3) 接觸角實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)針對(duì)親油地層設(shè)計(jì)，將石英載玻片處理成油濕狀態(tài)，用來(lái)模擬靜態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)中油砂的潤(rùn)濕狀態(tài)。用OCA視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定表面活性劑處理前后的靜態(tài)接觸角。

(4) 乳化性能實(shí)驗(yàn)。乳化強(qiáng)度綜合指數(shù)[23-24]是定量表征驅(qū)油劑乳化性能的物理量，是表面活性劑乳化綜合性能的量度，由乳化力[25]和乳化穩(wěn)定性[26]乘積的開(kāi)方得到。乳化強(qiáng)度綜合指數(shù)值為1～100，數(shù)值越大，表明體系乳化性能越強(qiáng)。

(5) pH值測(cè)試。研究發(fā)現(xiàn)，驅(qū)油體系的pH值對(duì)油水界面張力、原油乳狀液穩(wěn)定性等均有很大影響[27]。以油砂靜態(tài)滲吸采收率為依據(jù)，討論各滲吸劑體系的pH值對(duì)滲吸結(jié)果的影響。

(6) 體系黏度測(cè)試。在50 ℃地層溫度下，用NDJ-5S型數(shù)字式旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)對(duì)278組滲吸劑體系進(jìn)行黏度測(cè)量實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

滲吸采收率與界面張力的關(guān)系見(jiàn)圖1。由圖1可知，各個(gè)體系的油水界面張力和油砂滲吸采收率之間不呈函數(shù)關(guān)系，但隨著油砂滲吸采收率的升高，其滲吸劑體系的油水界面張力值總體呈下降的趨勢(shì)，即在低滲透油藏中低界面張力的滲吸劑體系有利于滲吸作用的發(fā)揮。

圖1 不同采收率對(duì)應(yīng)的界面張力

滲吸采收率與接觸角之間的關(guān)系見(jiàn)圖2。由圖2可知，接觸角與油砂靜態(tài)滲吸采收率之間不呈函數(shù)關(guān)系，但隨接觸角的降低，油砂靜態(tài)滲吸采收率整體上呈增高的趨勢(shì)。說(shuō)明滲吸劑對(duì)油藏的潤(rùn)濕性起到了潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)的作用。

圖2 不同采收率對(duì)應(yīng)的接觸角

滲吸采收率與乳化性能的關(guān)系見(jiàn)圖3。由圖3可知，油砂靜態(tài)滲吸采收率大于40%的滲吸劑體系，其乳化強(qiáng)度綜合指數(shù)集中在50～65，且隨綜合指數(shù)增大，油砂靜態(tài)采收率呈上升的趨勢(shì)。采收率在40%以下的滲吸劑體系，其乳化強(qiáng)度綜合指數(shù)集中于0～50、65～80。

圖3 不同采收率對(duì)應(yīng)的乳化強(qiáng)度綜合指數(shù)

滲吸采收率與pH值的關(guān)系見(jiàn)圖4。實(shí)驗(yàn)均未考慮酸性條件下的滲吸能力，僅在中性、弱堿及堿性條件下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。由圖4可知，各滲吸劑體系的pH值大部分集中于7.0～8.5，均屬于弱堿性體系。

圖4 不同采收率對(duì)應(yīng)的pH值

實(shí)驗(yàn)顯示，滲吸劑體系黏度為0.1～1.0 mPa·s，與滲吸效果無(wú)明確的函數(shù)關(guān)系。油砂靜態(tài)滲吸采收率大于40%的體系，其黏度值大都集中在0.6～0.9 mPa·s。

2.2 利用方差分析確定影響因素次序

利用各類實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件，應(yīng)用方差分析[28-30]方法，對(duì)油水界面張力、接觸角、乳化綜合指數(shù)、黏度和pH值對(duì)油砂靜態(tài)滲吸采收率的影響進(jìn)行了分析，初步判斷各因素對(duì)采收率影響的顯著程度，并分析各因素對(duì)采收率影響的主次順序。

表1為實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析情況。由表1可知，油水界面張力的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量(F)的觀測(cè)值為20.016，檢驗(yàn)的概率值(P)為0.000，小于0.050，拒絕零假設(shè)，即認(rèn)為油水界面張力對(duì)油砂靜態(tài)采收率的影響存在顯著差異。其他幾種因素對(duì)油砂靜態(tài)采收率的影響與油水界面張力相同，即這些因素與油砂靜態(tài)采收率之間均存在顯著影響。按照F值的大小對(duì)這些因素進(jìn)行排序，可得到每個(gè)因素對(duì)油砂靜態(tài)采收率的影響次序，從主到次依次為：油水界面張力、乳化綜合指數(shù)、接觸角、滲吸劑體系黏度和pH值。即在低滲透油藏滲吸采油過(guò)程中，滲吸劑體系對(duì)油水界面張力降低的能力是影響滲吸采收率的主要因素，滲吸劑體系的pH值在5種因素中對(duì)滲吸采收率的影響最小。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析

2.3 利用多元線性回歸進(jìn)行影響因素權(quán)重確定

通過(guò)方差分析，得到每個(gè)因素對(duì)油砂靜態(tài)滲吸采收率的影響次序，但無(wú)法定量給出每個(gè)因素的權(quán)重，因此，通過(guò)多元線性回歸[31]，得出油砂靜態(tài)滲吸采收率與油水界面張力、乳化綜合指數(shù)、接觸角、滲吸劑體系黏度和pH值的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)是消除了因變量和自變量所取單位的影響之后的回歸系數(shù)，其絕對(duì)值的大小可直接反映自變量對(duì)因變量的影響程度)，利用得到的各因素的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)進(jìn)行歸一化處理，得到每個(gè)因素的權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，各因素對(duì)油砂靜態(tài)滲吸采收率的影響次序?yàn)椋河退缑鎻埩?、乳化綜合指數(shù)、接觸角、滲吸劑體系黏度和pH值，與方差分析的結(jié)果相一致，說(shuō)明采用多元線性回歸方法進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果是正確的。

表2 影響因素權(quán)重及次序

2.4 結(jié)果分析

利用多元線性回歸分析得到了影響油砂靜態(tài)滲吸采收率各因素的權(quán)重。從分析結(jié)果可知，權(quán)重最高的為油水界面張力，其次為乳化綜合指數(shù)和接觸角，三者的權(quán)重占到了75.8%，說(shuō)明在低滲透油藏利用滲吸原理進(jìn)行采油的過(guò)程中，滲吸劑體系降低油水界面張力的能力、對(duì)原油乳化的能力和改變巖石潤(rùn)濕性的能力發(fā)揮著最重要的作用。

由表2可知，界面張力與接觸角的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)值均為負(fù)，說(shuō)明在滲吸驅(qū)油過(guò)程中，滲吸采收率的大小與界面張力和接觸角呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，即隨著油水界面張力的降低和滲吸劑體系對(duì)巖石潤(rùn)濕性改變能力的增強(qiáng)，滲吸采收率呈逐漸增加的趨勢(shì)。目前現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其油水界面張力均大于1.0×10-4mN/m，因此，上述分析僅限于油水界面張力大于1.0×10-4mN/m的情況。根據(jù)對(duì)滲吸采油的機(jī)理分析可知，滲吸劑體系的油水界面張力存在一個(gè)合適的范圍區(qū)間，該區(qū)間毛管力充分發(fā)揮作用，使殘余油最大限度地活化變成可動(dòng)油，在油水界面張力小于1.0×10-4mN/m時(shí)，界面張力與滲吸采收率之間是否遵循上述規(guī)律，還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究和分析。

由表2可知，乳化綜合指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)為正，說(shuō)明滲吸劑體系乳化性能的大小與滲吸采收率之間呈正相關(guān)的關(guān)系，即隨著乳化綜合指數(shù)的增大，滲吸采收率呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)。乳化性能的測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：乳化綜合指數(shù)為50～65時(shí)，油砂靜態(tài)滲吸采收率達(dá)到最優(yōu)；乳化綜合指數(shù)大于65時(shí)，滲吸采收率效果反而降低。因此，當(dāng)乳化綜合指數(shù)在一定區(qū)間范圍內(nèi)，該結(jié)論成立。對(duì)于長(zhǎng)慶低滲透油藏，乳化綜合指數(shù)區(qū)間為50～65。

滲吸劑體系的黏度和pH值的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)均為正，因此，這2種因素與滲吸采收率之間呈正相關(guān)的關(guān)系，但體系pH值過(guò)大會(huì)給油田生產(chǎn)帶來(lái)一系列負(fù)面的影響，因此，在實(shí)際應(yīng)用中pH值不宜過(guò)大。對(duì)于不添加聚合物的滲吸劑體系，其滲吸采收率隨黏度的增加而增大。

綜合可知，在對(duì)滲吸劑進(jìn)行篩選時(shí)，應(yīng)著重考慮滲吸劑與原油之間的界面張力的大小，考慮滲吸劑體系降低界面張力的能力，在界面張力處于一個(gè)合適范圍的前提條件下，再通過(guò)篩選滲吸劑的乳化能力和對(duì)原油接觸角的改變能力來(lái)最終確定最適合目標(biāo)油藏的滲吸劑體系。

3 結(jié)論及建議

(1) 通過(guò)多因素方差分析，得出滲吸劑體系各性能指標(biāo)對(duì)油砂靜態(tài)滲吸采收率的影響從主到次依次為油水界面張力、乳化性能綜合指數(shù)、接觸角、滲吸劑體系黏度、滲吸劑體系pH值；通過(guò)多元線性回歸分析，得到滲吸劑體系各性能指標(biāo)對(duì)油砂靜態(tài)滲吸采收率的權(quán)重，其結(jié)果與方差結(jié)論一致。

(2) 油水界面張力和接觸角與油砂靜態(tài)滲吸采收率呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，乳化性能綜合指數(shù)、滲吸劑體系黏度、滲吸劑體系pH值與油砂靜態(tài)滲吸采收率呈正相關(guān)的關(guān)系。

(3) 滲吸采油中應(yīng)著重考慮體系降低油水界面張力的能力，其次考慮體系的對(duì)原油乳化的能力和改變巖石潤(rùn)濕性的能力等，以此來(lái)確定最適合目標(biāo)油藏的滲吸劑體系。