低滲油藏自乳化驅油體系研制與性能研究*

崔向東，董曉東，郭鵬超，張向宇，劉玉婷

（中國石油天然氣股份有限公司 遼河油田分公司 勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124000）

低滲儲層的滲透率劃定范圍為10×10-3～50×10-3m2，在此滲透率下儲層常常伴隨著物性較差，在提采驅油過程中出現(xiàn)因注采壓力過高導致的敏感性問題頻發(fā)，驅油過程中提采效果低下，造成地層嚴重堵塞情況發(fā)生[1-5]。不同滲透率地層采用的化學驅技術不可簡單互通共用，比如無法將聚合驅油技術有效應用于低滲儲層，而聚合驅油技術可在中、高滲透率地層取得良好的驅油效果[6-10]。反觀具有界面活性高、乳化性佳以及油層潤濕性易改性強特點的表面活性劑驅已成為低滲透油藏啟動剩余油的有效途徑之一[11-15]。自乳化驅油體系可以在地層中水驅后自乳化殘余油，可以將體系中的乳狀液液滴進行粒徑大小調節(jié)，從而達到降低低滲油藏地層殘余油飽和度的目的。本文以低滲油藏原油為研究對象，合成出高水溶性表面活性劑DZRH。并基于表面活性驅特有低臨界張力和強自乳化兩大特性，優(yōu)化兩性表面活性劑的濃度和復配比參數(shù)，并對該自乳化驅油體系在低滲透油藏中的驅油性能加以研究。此舉可為低滲透油藏改善水驅性能和改進采收率新技術研究提供有效的方法和理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 材料及儀器

非離子表面活性劑NP10（AR 山東振一發(fā)展化工有限公司）；異丙醇、NaOH，分析純，上海潤恒化工科技有限公司；巰基咪唑丙磺酸鈉（AR 江蘇潤豐合成科技有限公司）。

HWCL-5 型恒溫磁力攪拌器（鄭州長城科工貿有限公司）；LDZL20A 型界面張力儀（武漢市龍電電氣設備有限公司）；RE-52AA 型旋轉蒸發(fā)儀（鄭州市亞榮儀器有限公司）。

1.2 表面活性劑合成

首先，將50mL 異丙醇溶劑加入到300mL 三口燒瓶中，隨后將6.35g NP10 加入其中，設定攪拌速度為1000r·min-1，并將整體置于50℃環(huán)境下的恒溫水浴中，并將適量NaOH 引流至三口燒瓶內，并在上述攪拌速度下繼續(xù)攪拌4h，隨后將溶解在20mL 水中的巰基咪唑丙磺酸鈉溶液緩慢滴入三口燒瓶內，反應8h 以上結束反應。將多余的反應溶劑通過旋轉蒸發(fā)儀除去，隨后用無水乙醇洗滌，干燥后即可得到類橙色的表面活性劑DZRH。

1.3 評價方法及原理

（1）油水界面張力測定 基于旋轉液滴法利用油水界面張力儀對油相和水相之間的界面張力進行測量，油相和水相分別為油田中脫水脫氣原油和模擬地層水，測試溫度控制在50℃。實驗中，向充滿水相的試管中加入油滴，并將轉速調節(jié)至6000r·min-1。將油滴隨時間的變化利用圖像采集系統(tǒng)記錄下來，從而完成不同時間下油水界面張力計算。

（2）低滲巖芯物理模擬驅替實驗 對巖芯加壓，使地層水真空飽和24h，測量其孔隙度和滲透率；以0.05mL·min-1注入速率使原油飽和，直到液體生產端不出水。飽和完成后，在110℃恒溫箱中老化24h；按照圖1 安裝所有實驗裝置后，測試實驗裝置連接的緊密性；室內配制的耐鹽泡沫系統(tǒng)以一定的注入速率注入，進行驅油，直到出口端的含水量穩(wěn)定超過98.0%。根據(jù)實驗方案記錄產出液體的體積和注入壓力；后續(xù)的優(yōu)化水驅在一定的注入速率下進行，在實驗過程中記錄采出液的體積和注入壓力，待采出液含水量穩(wěn)定超過98.0%后停止實驗；最后進行處理和分析實驗數(shù)據(jù)。

2 結果與討論

2.1 表面活性劑復配與濃度優(yōu)選

本文選取陽離子表面活性劑LHSB 與本文合成的表面活性劑DZRH 混合后進行油水界面張力評價實驗，結果見圖2。根據(jù)摩爾比1∶1 的比例，使用DZRH 和LHSB 用油田模擬地層水制備總表面活性劑濃度為1000~5000mg·L-1的水溶液，測試DZRH、LHSB 以及DZRH/LHSB 復配體系存在下，與原油間的油水界面張力變化情況。

圖2 表面活性劑DZRH/LHSB 復配體系界面張力Fig.2 Interfacial tension of surfactant DZRH/LHSB compounding system

由圖2 可見，DZRH 與LHSB 體系與表面活性劑濃度呈負相關，而DZRH/LHSB 復配體系則在4000mg·L-1濃度處界面張力達到最小，其最小值為1.6×10-3mN·m-1，而后界面張力隨著表面活性劑濃度的持續(xù)增加有增大趨勢。與單獨的表面活性劑相比，DZRH／LHSB 復配體系的界面張力值顯著降低，在3000~5000mg·L-1濃度范圍均可達到超低的界面張力，說明該體系可實現(xiàn)高效的協(xié)同作用。

2.2 表面活性劑復配體系摩爾比優(yōu)選

在固定表面活性劑總濃度為3000mg·L-1的條件下，考察表面活性劑DZRH 與LHSB 二者復配摩爾比和油水界面張力之間的變化規(guī)律，結果見圖3。

圖3 DZRH/LHSB 不同摩爾比對界面張力的影響Fig.3 Effect of diffrernt molar ratios of DZRH∶LHSB on the interfacial tension

由圖3 可見，界面張力隨著復配體系中表面活性劑LHSB 濃度的增加而呈現(xiàn)先降低后逐步升高的變化規(guī)律。當DZRH 和LHSB 的復配摩爾比為6∶4 時，其復配體系的界面張力值最小，為1.8×10-3mN·m-1。而在復配摩爾比為2∶8 時，復配體系的界面張力值要大于單獨的DZRH 體系值。理論上，當陰離子和陽離子表面活性劑二者的摩爾比為5∶5 時，彼此之間的庫侖靜電吸引最大，從而導致油水界面張力最小。但本文中測量得到的最小界面張力值卻為復配摩爾比為6∶4 體系，原因是原油中含有一定濃度的樹脂瀝青質等組分，其中所含的天然離子表面活性劑會與水相中添加的表面活性劑混合，吸附在油水界面層上。因此，陰離子和陽離子表面活性劑化合物摩爾比的理論計算與實際溶液和摩爾比的界面不同。另外，實驗結果表明，3000mg·L-1DZRH/LHSB 體系在復配摩爾比8∶2、6∶4 和5∶5 的條件下可以實現(xiàn)超低的界面張力值，表明陰離子-陽離子表面活性劑復合體系可使得超低界面張力面積增大，從而提升協(xié)同能力，并且可以在少量界面擾動的幫助下產生瞬態(tài)非平衡狀態(tài)，這有利于自乳化現(xiàn)象的產生。

2.3 自乳化驅油體系粒徑分布

從上文可知，DZRH/LHSB 自乳化系統(tǒng)具有在弱界面擾動條件下快速自乳化原油的能力，然而，由于低滲透儲層的孔喉尺寸較小，需要大量的小粒徑的乳液滴粒徑，以便在毛細管阻力非常小的情況下通過隨后的流體注入將其排出地層。為了更清楚地描述乳狀液滴的大小分布，使用全范圍散射法對體系中乳液進行粒度測試。圖4 為不同體系乳狀液的平均粒徑（D50）分布情況。

圖4 不同摩爾比下自乳化乳狀液液滴平均粒徑分布Fig.4 Average droplet size distribution of self-emulsification emulsion at different molar ratios

由圖4 可見，3000mg·L-1濃度DZRH 體系的乳狀液液滴D50為25μm。當陽離子表面活性劑LHSB添加到該體系時，體系中乳狀液液滴平均粒徑急劇下降，并在復配摩爾比為6∶4 時D50達到最小值，為0.2μm。

圖5 為總濃度為3000mg·L-1、摩爾比為6∶4 的DZRH/LHSB 體系粒徑分布。

圖5 DZRH/LHSB 體系自乳化液滴粒徑分布曲線Fig.5 Grain size distribution curve of DZRH/LHSB system self-emulsification droplet size

由圖5 可見，本文復配乳液液滴呈現(xiàn)粒徑小且分布集中的規(guī)律，絕大多數(shù)的乳液液滴粒徑均在1μm 以內。綜上可知，DZRH/LHSB 體系可顯著減小乳狀液的液滴尺寸，并改善液滴粒徑的尺寸分布。這有助于形成小的自乳化液滴，使其足夠小，從而有效降低注水后剩余油飽和度，改善三級采油階段采收率。

2.4 自乳化體系驅油性能

在總濃度為3000mg·L-1的條件下，進行DZRH和摩爾比6∶4、5∶5 的DZRH/LHSB 驅油體系物理巖芯驅替實驗，并將采收率驅油過程中的含水量和核心壓降變化情況進行對比，其中采收率在各驅油階段的變化情況見表1。

表1 不同驅油體系驅替效果對比結果Tab.1 Comparison of displacement effects of different oil displacement systems

由表1 可見，在低滲透巖芯中，兩種不同的摩爾比DZRH/LHSB 驅油體系可在常規(guī)水驅基礎上進一步提高6.79%～14.56%的原油采收率。在30×10-3μm2左右的滲透率下，巖芯2#為摩爾比6∶4 的DZRH/LHSB 體系可實現(xiàn)將采收率提升14.56%的效果；巖芯3#為摩爾比5∶5 的DZRH/LHSB 體系可實現(xiàn)將采收率提升12.89%的效果，而DZRH 體系僅能將采收率提升6.34%。由此可見，復配的自乳化驅油體系的驅油能力與自身的自乳化性能呈正相關性，即自身自乳化效果越好，體系所表現(xiàn)出來的驅油性能越好。同時隨著巖芯滲透率的減小，化學驅的效果呈現(xiàn)減弱的趨勢，即提升原油采收率的效果逐漸下降。

3 結論

（1）基于合成的表面活性劑DZRH，于室內配制出超低油水界面自乳化驅油體系，即濃度為3000mg·L-1、復配摩爾比為6∶4 的DZRH/LHSB 表面活性劑復配體系。實驗結果表明，該體系可快速自乳化原油，使其分散成平均粒徑約為0.2μm 的乳狀液滴，并呈現(xiàn)均勻分布規(guī)律。

（2）不同摩爾比的DZRH/LHSB 自乳化驅油體系可在常規(guī)水驅的基礎上進一步提高采收率6.79%~14.56%。結果表明，自乳化驅油體系驅油性能和復合體系自乳化性能二者呈現(xiàn)較強的正相關性。即復合體系中自乳化性能越強，改善采收率的效果越好。此外，相同化學驅油體系中化學驅的效果與巖芯滲透率息息相關，巖芯滲透率越小，驅油效果越弱，即提升原油采收率的效果逐漸下降。