聚合物表面活性劑的乳化特性及運(yùn)移規(guī)律*

袁 琳

（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江大慶 163000）

0 前言

1996 年，大慶油田開展了工業(yè)化聚合物驅(qū)，取得了前所未有的成功，階段采出程度17.7%，提高采收率11.9%，聚合物驅(qū)油技術(shù)成為了大慶油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)［1-2］。隨著一類油層聚合物驅(qū)的結(jié)束，仍有約50%的儲(chǔ)量殘留地下，聚合物驅(qū)后提高采收率技術(shù)成為大慶油田可持續(xù)發(fā)展的迫切需求［3-4］。聚合物驅(qū)后提高采收率的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，高濃度聚合物具有良好的擴(kuò)大波及體積能力，雖然具有彈性洗油能力［5］，但提高洗油效率能力有限；堿/表面活性劑/聚合物（ASP）三元復(fù)合驅(qū)兼具擴(kuò)大波及體積和提高洗油效率的雙重作用，但藥劑協(xié)同性、現(xiàn)場(chǎng)管理難度及高成本也制約著聚合物驅(qū)后ASP 三元復(fù)合驅(qū)的進(jìn)一步發(fā)展［6-8］?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)需求表明，多功能單劑是聚合物驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率的發(fā)展方向。聚合物表面活性劑（以下簡(jiǎn)稱聚表劑）是以柔性丙烯酰胺、丙烯酸鈉碳?xì)滏湠楣羌?，合成時(shí)加入特別設(shè)計(jì)和優(yōu)選的帶有活性功能基團(tuán)的功能單體，通過(guò)多元接枝共聚形成的一種多功能聚合物。由于內(nèi)嵌多種官能團(tuán)，與傳統(tǒng)的聚合物相比聚表劑具有更優(yōu)良的調(diào)堵和調(diào)驅(qū)特性，同時(shí)具有一定的抗鹽性，其中具有表面活性的功能基團(tuán)起到了降低油水界面張力和對(duì)原油乳化的作用。

在聚表劑提高采收率現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，全過(guò)程注入能力保持相對(duì)穩(wěn)定，比吸水指數(shù)最高降幅僅為10%，但產(chǎn)液量降幅大，產(chǎn)液強(qiáng)度最高降幅達(dá)到50%以上。處于見效高峰期階段的采油井中，采出液乳化井?dāng)?shù)比例高，由于產(chǎn)液量大幅下降，表現(xiàn)出了明顯的采出端調(diào)堵特征。這種調(diào)堵效果受到乳化的影響比較大，需要適時(shí)在采出端壓裂引效，壓裂后出現(xiàn)乳化的井?dāng)?shù)達(dá)到100%，證明了聚表劑在油層中具有明顯的乳化特性，且可通過(guò)乳化進(jìn)一步達(dá)到流度控制的效果。但是，由于聚表劑的乳化發(fā)生在油層中，很難通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣等手段進(jìn)行進(jìn)一步分析，因此有必要開展室內(nèi)評(píng)價(jià)和物理模擬實(shí)驗(yàn)。本文通過(guò)6 m長(zhǎng)的填砂管雙管并聯(lián)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)更真實(shí)地模擬聚表劑乳狀液在較大滲透率級(jí)差條件下的地層運(yùn)移過(guò)程，獲得聚表劑乳狀液在驅(qū)替過(guò)程中的性能變化規(guī)律，盡可能模擬一類油層聚合物驅(qū)后聚表劑驅(qū)油特征。通過(guò)乳化及運(yùn)移規(guī)律的研究，完善采出端壓裂時(shí)機(jī)和壓裂半徑。該研究對(duì)進(jìn)一步開展聚合物驅(qū)后聚表劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和推廣提供理論支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

HD-I 型聚表劑，相對(duì)分子質(zhì)量約1200×104，合成時(shí)添加了磺酸類功能單體（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，AMPS）、脂肪族醚類單體和氨基酸類功能單體，北京HD 公司；部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），相對(duì)分子質(zhì)量1200×104，水解度23%～27%，固含量91.4%，中國(guó)石油大慶煉化公司；實(shí)驗(yàn)原油為大慶油田第一采油廠脫氣原油與煤油配制的模擬油，黏度9.0 mPa·s（溫度45 ℃）。白油，黏度2.55 mPa·s（溫度45 ℃），法國(guó)道達(dá)爾公司。α-淀粉酶，有效物含量99%，中國(guó)陜西晨明生物科技有限公司。

飽和巖心用水為模擬地層水，礦化度6778 mg/L；水驅(qū)用水和配制聚表劑溶液母液用水為清水；稀釋聚表劑母液用水為聚中五注水站的深度污水和不同濃度（分別為2000、3500、5000、7000、10000 和20000 mg/L）的NaCl 溶液（模擬鹽水），水質(zhì)分析見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)分析表

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑閮啥纬叽鐬棣?.9 cm×600 cm 的并聯(lián)填砂管組合模型，其中高滲模型由粒徑為80目和240目石英砂按質(zhì)量比1∶4.5混合填充，平均滲透率828×10-3μm2，孔隙體積1154 mL，孔隙度29.1%；低滲模型由粒徑為80目和240目石英砂按質(zhì)量比1∶4混合填充，平均滲透率383×10-3μm2，孔隙體積1060 mL，孔隙度26.8%。單只填砂管具有七個(gè)采樣點(diǎn)和測(cè)壓點(diǎn)，分別距入口0、50、150、250、350、450、550、600 cm。

DE-100LA 型高速剪切分散乳化機(jī)，南通克萊爾公司；A100DX 型ISCO 計(jì)量泵，美國(guó)ISCO 公司；Brookfield DV2T 型黏度計(jì)，美國(guó)Brookfield 公司；Axbstar Plus 型熒光顯微鏡，德國(guó)Jenoptik 公司；Haake Mars 60 型流變儀，德國(guó)Haake 公司；Agilent 1200 Infinity型高效液相色譜儀，美國(guó)Agilent公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）聚表劑乳化行為檢測(cè)實(shí)驗(yàn)方法

采用清水配制質(zhì)量濃度為5000 mg/L的聚表劑母液，采用深度污水或不同濃度NaCl 溶液（模擬鹽水）稀釋聚表劑溶液，然后將一定油水比的原油（或白油）與聚表劑溶液倒入燒杯中，放入45 ℃的恒溫水浴中預(yù)熱40 min，使用高速剪切分散乳化機(jī)在剪切速率8000 r/min 下剪切1 min 制備乳狀液。將乳狀液倒入具塞量筒中，在45 ℃下靜置一定時(shí)間，由析出水體積與原聚表劑溶液的體積之比計(jì)算聚表劑乳狀液的析水率。

使用熒光顯微鏡測(cè)量乳狀液粒徑；采用全能紅外穩(wěn)定分析儀分析穩(wěn)定性系數(shù)（TSI）；采用流變儀在45 ℃下測(cè)定乳狀液的黏度隨剪切速率變化。

（2）聚合物驅(qū)后聚表劑提高采收率及乳化運(yùn)移規(guī)律實(shí)驗(yàn)

將高、低滲模型抽真空48 h 后飽和地層水，測(cè)定孔隙體積及滲透率；飽和油，在45 ℃恒溫箱內(nèi)老化7 d；以0.13 mL/min 的驅(qū)替速率水驅(qū)至綜合含水98%；注入質(zhì)量濃度為1000 mg/L 的聚合物溶液0.7 PV 進(jìn)行聚合物驅(qū)，后續(xù)水驅(qū)至綜合含水率98%；進(jìn)行聚表劑驅(qū)（主段塞：濃度1500 mg/L×0.3 PV，副段塞：濃度800 mg/L×0.95 PV），后續(xù)水驅(qū)至綜合含水率98%。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每注入0.1 PV各采樣點(diǎn)采集3 mL樣本。采用熒光顯微鏡測(cè)量乳化粒徑。采用高效液相色譜法測(cè)定化學(xué)劑濃度。先用模擬地層水配制質(zhì)量濃度為200 mg/L的聚合物標(biāo)準(zhǔn)溶液，以此為母液配制不同濃度的聚表劑標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用紫外檢測(cè)器200 nm，色譜柱為三支聚合物專用色譜柱串聯(lián)（長(zhǎng)度共90 cm），采用水與乙腈為99∶1 作為流動(dòng)相，流速為1.0 mL/min，對(duì)含有200 mg/L 的聚合物干擾物的聚表劑標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行色譜定量檢測(cè)。以11.2 min 處聚表劑定量色譜峰面積為縱坐標(biāo)，以聚表劑濃度為橫坐標(biāo)得到工作直線及線性方程，可從工作直線讀取樣品濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚表劑乳狀液性能及影響因素

2.1.1 油水比和聚表劑濃度對(duì)乳化行為的影響

不同濃度聚表劑溶液與原油在不同油水比下所形成的乳狀液靜置24 h后的析水率見圖1。同一油水比下，聚表劑濃度越高，乳狀液的析水率越小，說(shuō)明提高聚表劑濃度可以增強(qiáng)乳狀液穩(wěn)定性。乳狀液作為相界面較大的體系，液珠會(huì)自發(fā)并結(jié)以降低相界面能。此時(shí)，較大的外相黏度可減少液珠碰撞頻率和合并速率，有利于乳狀液的穩(wěn)定。一方面，聚表劑通過(guò)引入的活性官能團(tuán)降低了油水體系的界面張力；另一方面，聚表劑的空間位阻效應(yīng)增加了體系黏度，在臨界締合濃度（800 mg/L）以上時(shí)乳狀液析水較少，相對(duì)比較穩(wěn)定。在相同聚表劑濃度下，乳狀液的析水率隨著油水比的增加，呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)，當(dāng)油水比為5∶5 時(shí)體系的析水率最小，乳狀液最穩(wěn)定。油水比1∶9 時(shí)接近目前聚合物驅(qū)后采出端的含水情況，聚表劑濃度為1500 mg/L時(shí)乳狀液的析水率最低，為60%。

圖1 不同濃度聚表劑溶液與原油在不同油水比下形成乳狀液的析水率（45 ℃，24 h）

2.1.2 聚表劑乳狀液的穩(wěn)定性系數(shù)

采用穩(wěn)定性系數(shù)TSI對(duì)乳狀液穩(wěn)定性進(jìn)行表征［9-10］，不同濃度聚表劑溶液與原油在不同油水比下形成乳狀液的穩(wěn)定性系數(shù)如圖2所示。在相同油水比下，聚表劑濃度越高，乳狀液的穩(wěn)定性系數(shù)越小，說(shuō)明提高聚表劑濃度可以增強(qiáng)乳狀液的穩(wěn)定性。在相同聚表劑濃度下，乳狀液的穩(wěn)定性系數(shù)隨著油水比的增加，呈先減小后增加的趨勢(shì)，當(dāng)油水比為5∶5 時(shí)體系的穩(wěn)定性系數(shù)最小，體系最穩(wěn)定。乳狀液的析水率和穩(wěn)定性系數(shù)結(jié)果表明，在聚表劑驅(qū)過(guò)程中隨著驅(qū)油過(guò)程的進(jìn)行，更容易在形成穩(wěn)定油墻的含油富集區(qū)發(fā)生更穩(wěn)定的乳化。因此，乳化現(xiàn)象易發(fā)生在油藏的低滲層或高滲層采出端。

圖2 不同濃度聚表劑溶液與原油在不同油水比下形成乳狀液的穩(wěn)定性系數(shù)

2.1.3 聚表劑乳狀液的平均粒徑

乳狀液的粒徑是乳化穩(wěn)定性和流動(dòng)性的重要參數(shù)，不同濃度聚表劑溶液與原油在不同油水比下形成乳狀液的平均粒徑見圖3。聚表劑乳狀液平均粒徑分布在20～50 μm 范圍。在相同油水比條件下，聚表劑濃度越高，乳狀液的平均粒徑越小。在相同聚表劑濃度下，乳狀液平均粒徑隨著油水比增加呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)，當(dāng)油水比為5∶5 時(shí)乳狀液的平均粒徑最小?？傮w上，乳狀液的穩(wěn)定性越好，乳狀液的平均粒徑越小。薩中開發(fā)區(qū)一類油層取芯井恒速壓汞結(jié)果表明，巖心絕對(duì)滲透率在500×10-3～1500×10-3μm2時(shí)，平均喉道直徑為7.60～15.32 μm。因此，一旦油層中形成穩(wěn)定的乳狀液，由于賈敏效應(yīng)，一方面能夠起到良好流度控制作用，且在流動(dòng)后具有一定的乳化油滴“彈性”驅(qū)油作用；另一方面也會(huì)造成采出端的采液能力下降［11］。

圖3 不同濃度聚表劑溶液與原油在不同油水比下形成乳狀液的平均粒徑

2.1.4 聚表劑乳狀液的流變性能

不同濃度聚表劑溶液與原油在油水比5∶5下形成乳狀液的流變性能曲線如圖4 所示。結(jié)果表明，乳狀液存在明顯的剪切變稀性，表現(xiàn)出典型的假塑性流體特性。在低剪切速率下，聚表劑濃度越高，乳狀液體系黏度越高，且在聚表劑臨界締合濃度以上時(shí)乳狀液體系的黏度更高。隨著剪切速率的增加，聚表劑的締合作用減弱，乳狀液的黏度更接近乳化體系的本體黏度。在較低聚表劑溶液濃度時(shí)，例如當(dāng)聚表劑濃度為400 mg/L時(shí)，高剪切速率下乳狀液的黏度為22 mPa·s，為原油黏度的2.4倍，能夠起到流度控制作用。乳狀液滴通過(guò)孔喉時(shí)能產(chǎn)生彈性變形和恢復(fù)，發(fā)揮“黏彈性”驅(qū)油作用。

圖4 不同濃度聚表劑溶液與原油在油水比5∶5下形成乳狀液的流變性曲線

2.1.5 礦化度對(duì)乳化行為的影響

隨著化學(xué)驅(qū)規(guī)模的擴(kuò)大，污水逐年增加，為了節(jié)約水資源，稀釋用水普遍采用污水［12］。此外，聚表劑及其乳化體系在油層中接觸的地下流體的礦化度也較高。不同礦化度下1000 mg/L的聚表劑溶液與原油按1∶9、3∶7和5∶5的油水比所形成乳狀液的24 h析水率如圖5所示，乳狀液的平均粒徑如圖6所示。隨著礦化度的增加，不同油水比條件下乳狀液的析水率略有增加，說(shuō)明礦化度對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性的影響較?。?3-14］。隨著礦化度的增加乳狀液的平均粒徑略有增加。油水比5∶5時(shí)不同礦化度的乳狀液（見圖7）均較穩(wěn)定。礦化度的增加會(huì)一定程度上降低乳狀液的黏度，對(duì)乳狀液的析水率和乳狀液的粒徑均有一定影響，但是由于聚表劑對(duì)礦化度的敏感性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聚合物，因此礦化度對(duì)乳狀液的影響總體較小。

圖5 不同油水比，不同礦化度條件下的乳狀液析水率

圖6 不同油水比、不同礦化度條件下的乳狀液平均粒徑

圖7 油水比5∶5時(shí)不同礦化度條件下的乳狀液（聚表劑質(zhì)量濃度1000 mg/L）

2.1.6 原油物性的影響

隨著水驅(qū)和化學(xué)驅(qū)的進(jìn)行，原油碳主峰向著重?zé)N組分偏移。采用原油和白油對(duì)比膠質(zhì)和瀝青質(zhì)對(duì)乳化影響，質(zhì)量濃度為1000 mg/L 的聚表劑溶液分別與原油和白油按油水比1∶9和5∶5所形成乳狀液的析水率隨靜置時(shí)間變化如圖8所示。在不同油水比條件下，原油乳狀液的析水率明顯低于白油乳狀液的，且在油水比5∶5時(shí)差別更明顯，這說(shuō)明原油中的重質(zhì)組分對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性具有貢獻(xiàn)作用。乳狀液滴分散結(jié)果如圖9 所示。原油比例越高，重質(zhì)組分含量高，乳狀液粒徑越小，乳狀液越穩(wěn)定。因此，在聚合物驅(qū)后的開發(fā)過(guò)程中，由于儲(chǔ)層中油墻逐漸聚并形成，聚表劑對(duì)原油的乳化將隨著開發(fā)的進(jìn)行穩(wěn)定性和乳化行為逐漸加強(qiáng)。同時(shí)，在化學(xué)驅(qū)后期，由于輕質(zhì)組分更易采出而殘留重質(zhì)組分，一旦重質(zhì)組分形成油墻，聚表劑的乳化能力增強(qiáng)，可利用這種特性進(jìn)行聚合物驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率。

圖8 質(zhì)量濃度為1000 mg/L的聚表劑溶液分別與原油和白油按不同油水比形成乳狀液的析水率隨靜置時(shí)間變化

圖9 不同油水比兩種原油條件下乳狀液微觀形態(tài)

2.1.7 聚表劑締合作用對(duì)乳化穩(wěn)定性的影響

聚表劑的空間位阻效應(yīng)增加了體系黏度，在臨界締合濃度（800 mg/L）以上時(shí)乳狀液析水較少，相對(duì)比較穩(wěn)定，因此聚表劑的締合結(jié)構(gòu)在乳化穩(wěn)定性的保持中起到了至關(guān)重要的作用。通過(guò)在乳狀液中加入天然解締合劑α-淀粉酶，研究聚表劑締合結(jié)構(gòu)對(duì)于乳狀液穩(wěn)定的影響。在加入不同量α-淀粉酶前后，質(zhì)量濃度為1000 mg/L 聚表劑溶液與原油按油水比5∶5所形成的乳狀液的析水率隨靜置時(shí)間變化如圖10 所示，乳狀液的微觀形態(tài)如圖11 所示。結(jié)果表明，當(dāng)α-淀粉酶加量達(dá)0.3%后破乳效果明顯，隨著α-淀粉酶加量的增大，乳狀液開始析水的時(shí)間提前，且析水率逐漸增加，穩(wěn)定性變差。加入α-淀粉酶后，油珠明顯分布不均，存在大片連續(xù)油相，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，油相發(fā)生聚并現(xiàn)象。此時(shí)，水相可以自由連續(xù)流動(dòng)，增加了油珠的碰撞和聚并幾率，大幅降低了乳狀液穩(wěn)定性。因此，聚表劑的締合結(jié)構(gòu)未形成或者被破壞后，乳狀液的穩(wěn)定性大幅度降低，宏觀表現(xiàn)乳化析水率明顯提高，微觀表現(xiàn)為乳狀液液滴不均勻，水相流動(dòng)性增強(qiáng)，油滴易于聚并。

圖10 α-淀粉酶加量對(duì)乳化析水率的影響

圖11 加入α-淀粉酶后的乳狀液微觀形態(tài)

2.2 聚合物驅(qū)后聚表劑及乳狀液運(yùn)移規(guī)律

通過(guò)以上聚表劑的乳化能力和聚表劑乳狀液性能分析，聚表劑在聚合物驅(qū)后能夠具有明顯的乳化作用。采用填砂管模型評(píng)價(jià)聚合物驅(qū)后聚表劑進(jìn)一步提高采收率實(shí)驗(yàn)效果，通過(guò)聚表劑運(yùn)移及產(chǎn)生的乳狀液位置及運(yùn)移規(guī)律總結(jié)，進(jìn)一步研究聚合物驅(qū)后聚表劑和聚表劑產(chǎn)生的乳狀液的運(yùn)移規(guī)律。

2.2.1 驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖12所示。圖13為驅(qū)油實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的高、低滲透巖心的分流率變化結(jié)果。雙管并聯(lián)填砂管模型的總水驅(qū)采收率為37.1%，聚合物驅(qū)提高采收率14.8%，聚表劑驅(qū)提高采收率9.1%，總采收率61.0%。其中，高滲透層水驅(qū)采收率為62.5%，聚合物驅(qū)采收率為4.4%，聚表劑驅(qū)采收率為7.3%；低滲透層水驅(qū)采收率為8.8%，聚合物驅(qū)采收率為26.4%，聚表劑驅(qū)采收率為11.1%。在水驅(qū)0.4 PV 時(shí)高滲透巖心發(fā)生突破現(xiàn)象，綜合含水達(dá)到96%，低滲透巖心分流率降低至0%，低滲透巖心水驅(qū)全過(guò)程分流率最高為15%；聚合物驅(qū)階段，低滲透巖心開始再次啟動(dòng)，分流率達(dá)到19%，出液持續(xù)0.9 PV；聚表劑驅(qū)階段，由于聚表劑良好的調(diào)驅(qū)和乳化作用，低滲透巖心的分流率增至40%，且出液時(shí)間增至1.4 PV，體現(xiàn)了聚表劑較好的流度控制能力。

圖12 聚合物驅(qū)后聚表劑驅(qū)油實(shí)驗(yàn)綜合結(jié)果

圖13 聚合物驅(qū)后聚表劑驅(qū)油實(shí)驗(yàn)分流率結(jié)果

2.2.2 聚表劑的運(yùn)移規(guī)律

高、低滲透巖心不同位置采樣點(diǎn)聚合物驅(qū)后聚表劑驅(qū)過(guò)程中不同采樣點(diǎn)聚合物濃度和聚表劑濃度變化見圖14和圖15。在聚合物驅(qū)階段，高滲透巖心中聚合物濃度先增加后減小，在50 cm采樣點(diǎn)處，聚合物濃度可達(dá)1000 mg/L，后續(xù)水驅(qū)過(guò)程中聚合物濃度迅速下降。同時(shí)，聚合物濃度峰存在隨入口端距離變化后明顯的運(yùn)移現(xiàn)象，距離入口端越遠(yuǎn)聚合物濃度峰出現(xiàn)越晚，且濃度峰峰值越小。其主要原因是聚合物在多孔介質(zhì)中的表面吸附和孔隙滯留作用。隨著聚合物運(yùn)移距離增加，吸附與滯留作用不斷增強(qiáng)，聚合物有效物質(zhì)運(yùn)移數(shù)量下降。在低滲透巖心中，聚合物濃度整體變化趨勢(shì)與高滲透層相似，但在50 cm 采樣點(diǎn)處的聚合物濃度低于高滲巖心，約800 mg/L。由于聚合物驅(qū)階段注入壓力較低，低滲層聚合物體系分流率在0.3 PV 時(shí)僅剩5.24%，運(yùn)移的距離較短，因此低滲透層僅50、150、250、350、450 cm的采樣點(diǎn)處檢測(cè)到聚合物濃度。

圖14 高滲透巖心聚合物驅(qū)后聚表劑驅(qū)過(guò)程中不同采樣點(diǎn)聚合物和聚表劑濃度變化

圖15 低滲透巖心聚合物驅(qū)后聚表劑濃度變化結(jié)果

在聚表劑驅(qū)階段，高滲巖心中的聚表劑濃度較高，聚表劑濃度隨注入體積的變化均呈現(xiàn)先增大后減小然后穩(wěn)定，在后續(xù)水驅(qū)開始后又持續(xù)減小的變化趨勢(shì)；低滲巖心聚表劑濃度低于高滲透層，且存在著明顯的滯后運(yùn)移現(xiàn)象，后續(xù)水驅(qū)結(jié)束后，模型內(nèi)仍保持較高濃度聚表劑［15］。由于聚表劑段塞采用1500 mg/L+800 mg/L的注入方式，聚表劑能夠?qū)Ω邼B端進(jìn)行有效調(diào)堵，而低滲端基本沒(méi)有藥劑突破現(xiàn)象，聚表劑具有良好的選擇性封堵能力。同時(shí)，隨著聚表劑溶液注入體積的增加，聚表劑在采出端見劑濃度逐漸增加。不同距離取樣點(diǎn)的聚表劑濃度變化結(jié)果表明，全過(guò)程聚表劑在巖心中能夠較聚合物具有更好的濃度分布，聚表劑體系活塞式推進(jìn)作用明顯，在不同的油水比條件下均能在巖心中發(fā)生乳化現(xiàn)象。在高滲透巖心中，聚表劑體系在注入初期既發(fā)生乳化，而在低滲透巖心中則是注入后期乳化現(xiàn)象明顯。

2.2.3 聚表劑的乳化運(yùn)移規(guī)律

高、低滲透巖心不同位置采樣點(diǎn)采出液的平均粒徑隨注入體積變化見圖16 和圖17。高滲透巖心中采出液的平均粒徑整體上隨聚表劑溶液注入體積的增大呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)，采出液的平均粒徑波動(dòng)較大；低滲透巖心中采出液的平均粒徑相對(duì)穩(wěn)定，全程粒徑分布較均勻。高滲透巖心在450 cm 處取樣點(diǎn)的采出液的平均粒徑隨聚表劑溶液注入體積的增加變化程度較大，說(shuō)明油墻形成后更容易在此位置形成乳化體系。按照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)乳化分級(jí)，平均粒徑小于45 μm 時(shí)為中乳化強(qiáng)度，平均粒徑大于45 μm 時(shí)為弱乳化強(qiáng)度。高、低滲透巖心在不同取樣點(diǎn)的中乳化時(shí)機(jī)及持續(xù)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。距離入口端越遠(yuǎn)的采樣點(diǎn)體系達(dá)到中乳化時(shí)機(jī)所需時(shí)間越長(zhǎng)，且中乳化時(shí)機(jī)的持續(xù)時(shí)間越短。聚表劑乳狀液的穩(wěn)定性受油水比和聚表劑濃度的影響，較高的聚表劑濃度、較接近的油水量有利于生成穩(wěn)定的乳狀液。

表2 巖心不同位置的中乳化時(shí)機(jī)及持續(xù)時(shí)間

圖16 聚合物驅(qū)后聚表劑驅(qū)過(guò)程中高滲透巖心不同位置采出液的粒徑

圖17 聚合物驅(qū)后聚表劑驅(qū)過(guò)程中低滲透巖心不同位置采出液的粒徑

2.3 聚合物驅(qū)后聚表劑驅(qū)過(guò)程中壓裂設(shè)計(jì)

2.3.1 聚合物驅(qū)后聚表劑驅(qū)過(guò)程中壓裂的必要性

聚表劑溶于水后，疏水基團(tuán)之間的相互締合形成具有彈性的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可將原油包裹起來(lái)形成穩(wěn)定的乳狀液。乳化作用將對(duì)聚合物驅(qū)后油層起到“二級(jí)增黏”效果，所形成的乳狀液起到了調(diào)堵作用［16］。聚表劑分子的締合作用增大了分子水動(dòng)力學(xué)半徑，乳狀液滴發(fā)生的賈敏效應(yīng)將在通過(guò)孔喉時(shí)產(chǎn)生彈性變形和恢復(fù)，共同起到“黏彈性”驅(qū)油作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由聚表劑產(chǎn)生的乳狀液較穩(wěn)定，因此乳化封堵現(xiàn)象嚴(yán)重，注入壓力達(dá)到聚合物驅(qū)時(shí)的4 倍?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)受到注入壓力的限制，高峰期產(chǎn)液量降至投注初期的50%以上，因此現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中需要對(duì)采出端實(shí)施壓裂引效，達(dá)到有效釋放產(chǎn)液量的目的［15］。

2.3.2 聚合物驅(qū)后聚表劑驅(qū)過(guò)程中壓裂設(shè)計(jì)及效果

基于以上聚表劑和乳狀液體系的特性和運(yùn)移規(guī)律，通過(guò)油水比、聚表劑濃度影響及乳化運(yùn)移規(guī)律的分析，聚表劑發(fā)生乳化的條件并不苛刻，且易發(fā)生在含油飽和度高的部位。高滲透層由于開發(fā)效果較好，需要油墻形成后通過(guò)聚表劑驅(qū)進(jìn)一步形成乳化封堵，而低滲透層由于含油飽和度較高，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中采出端較高滲透層發(fā)生乳化的時(shí)間早0.2 PV。因此，在壓裂的時(shí)機(jī)和層位選擇上，應(yīng)當(dāng)首先壓裂薄差油層。按照室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，壓力在注入聚表劑溶液1 PV 時(shí)升至最高，采出端在3/4 井距外發(fā)生乳化的時(shí)機(jī)明顯延后，因此，對(duì)于低滲透層，壓裂的時(shí)機(jī)應(yīng)選擇在0.7 PV前，壓裂半徑至少設(shè)計(jì)大于1/4井距，并且在壓力上升高峰期前壓裂；對(duì)于高滲透層，壓裂的時(shí)機(jī)可以適當(dāng)延后，在注入0.9 PV前開始?jí)毫?，半徑至少設(shè)計(jì)大于1/4井距。

通過(guò)斷東聚合物驅(qū)后聚表劑試驗(yàn)區(qū)的壓裂效果統(tǒng)計(jì)，壓裂半徑為1/3井距，在0.4～0.9 PV時(shí)壓裂15 口井，壓裂后含水率下降4.2%，增液80.8 t/d，增油7.3 t/d；在0.9～1.35 PV時(shí)壓裂16口井，壓裂后含水率下降2.9%，增液57.1 t/d，增油5.6 t/d。壓裂后出現(xiàn)乳化的井?dāng)?shù)達(dá)到100%，為水包油型中乳化?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步證明了聚表劑在地下的乳化現(xiàn)象和壓裂釋放乳化油的可行性［17］，且壓裂時(shí)機(jī)應(yīng)選擇在0.9 PV 前更為有效。壓裂后乳化油釋放對(duì)聚合物驅(qū)后聚表劑提高采收率的貢獻(xiàn)達(dá)到2.5%以上。

3 結(jié)論

聚表劑由于界面活性和空間位阻效應(yīng)具有乳化能力，當(dāng)聚表劑濃度達(dá)到臨界締合濃度后乳狀液穩(wěn)定性進(jìn)一步增加。聚表劑乳狀液受到原油組成影響較大，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量高時(shí)乳化嚴(yán)重，乳狀液的穩(wěn)定性受礦化度的影響較小，因此聚表劑驅(qū)更適合應(yīng)用于聚合物驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率。

聚表劑驅(qū)過(guò)程中聚表劑在巖心中能夠較聚合物具有更好的濃度分布，活塞式推進(jìn)作用明顯，在不同的油水比條件下能夠在巖心中達(dá)到發(fā)生乳化現(xiàn)象的濃度條件。在高滲透巖心中聚表劑注入初期既可以達(dá)到乳化條件，在低滲透巖心中則是注入后期乳化現(xiàn)象越明顯。

聚表劑驅(qū)替階段乳狀液表現(xiàn)為水包油型輕、中度乳化，產(chǎn)生位置為注入端的58%～75%井距。高滲透層乳化時(shí)機(jī)由開始注入聚表劑0.2 PV 到0.8 PV，低滲透層乳化時(shí)機(jī)由開始注入聚表劑0.5 PV到0.8 PV。

在聚合物驅(qū)后聚表劑進(jìn)一步提高采收率現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，采出井壓裂的時(shí)機(jī)應(yīng)在0.9 PV時(shí)的乳化封堵形成前進(jìn)行，壓裂半徑設(shè)計(jì)至少大于1/4井距。