中低滲高溫油藏乳狀液驅油體系的研究

嚴 蘭

(中國石化勝利油田分公司地質科學研究院，東營 257015)

勝利油田自開展聚合物驅及聚合物/表面活性劑二元復合驅礦場試驗以來，取得了顯著的降水增油效果;但隨著化學驅規(guī)模擴大，適合三次采油的油藏資源越來越少。據資料顯示，勝利油田中低滲高溫油藏資源豐富，儲量巨大。地層溫度95～120 ℃，滲透率(50～100)×10－3μm2，油藏單元地質儲量 2.3×108t，占全油田儲量的14.6%，且采出程度低，基本尚未動用。

對中低滲高溫油藏來說，采用常規(guī)聚合物作為擴大波及的手段存在注入困難、黏度保留率低等問題，而適用于高溫高鹽油藏的新型聚合物目前還尚未取得突破。實驗發(fā)現［1］，乳狀液黏度較高(尤其W/O型)，產生乳狀液后流度比下降，可提高宏觀和微觀(相鄰孔隙和巖心級)波及體積。如果研制出在地層中易形成穩(wěn)定的乳狀液驅替體系，可能會進一步提高油藏的驅油效率，并可代替(或部分代替)聚合物。由于一些表面活性劑的耐溫、耐礦化度性能好于聚合物，有可能解決高溫低滲油藏的流度控制問題。

本研究對CH系列表面活性劑進行耐老化實驗及HLB值計算，以此為依據篩選了乳狀液所需表面活性劑，并對以此表面活性劑配制的油水乳狀液體系進行了性能評價，考察其在中低滲油藏應用的可行性。

1 實驗

1.1 儀器與原料

旋轉滴界面張力儀，TEXAS－500，美國彪馬公司;流變儀，Physica MCR300，Anton Paar;烘箱，DHG－9140A型，上海精宏實驗設備有限公司;天平，LP620S，Sartorius;螺口樣品瓶，20 mL，上海安譜科學儀器有限公司。

純17塊NX9模擬原油，黏度5.6 mPa·s;純5注入水，礦化度 9652 mg/L，Ca2++Mg2+278 mg/L;地層水，礦化度12478 mg/L，Ca2++Mg2+478 mg/L;表面活性劑樣品CH系列，陰非兩性離子表面活性劑，遠大化工有限公司提供 ;填砂管，尺寸為 φ2.5 cm ×30 cm，滲透率150 ×10－3μm2。

1.2 耐老化性能測定方法

用純5注入水配制0.4%CH系列表面活性劑溶液，在 110℃烘箱中老化 3 d，使用TEXAS－500旋轉滴界面張力儀測定油水動態(tài)界面張力，觀察溶液中是否相分離或沉淀生成，測定溫度為80℃。

1.3 HLB值的測定及計算

按照文獻［2］測定純17塊NX9模擬原油乳化所需HLB值;按照文獻［3］計算CH系列表面活性劑的HLB值。

1.4 乳狀液的配制

稱取表面活性劑樣品加入螺口樣品瓶中，加入一定量純5注入水，稀釋搖勻，再加入適量的模擬原油(70℃烘箱恒溫2 h)，手工搖動200次，使油水混合均勻，置于110℃烘箱中待用。

1.5 乳狀液穩(wěn)定性能實驗

將裝有乳狀液的螺口樣品瓶放入110℃烘箱中，記錄不同時間析出水體積。以增溶水率評價乳狀液的穩(wěn)定性能，增溶水率fv計算公式如下。

式中，V1為配制乳狀液所用水體積，mL;V2為析出水的體積，mL。

1.6 物理模擬驅油實驗

將填砂管飽和地層水及NX9模擬原油后，在110℃烘箱中老化12 h。再以0.23 mL/min的驅替速度將填砂管水驅至含水率94%，注入0.5 PV 0.6%CH8表面活性劑驅替溶液，直至含水率達100%，計算水驅后采收率;填充同樣條件的填砂管飽和地層水，飽和模擬原油，以相同的速度注入0.1 PV 乳狀液 +0.5 PV 0.6%CH8。

2 乳狀液驅用表面活性劑的篩選

乳狀液驅提高采收率的主要作用機理是利用合適的乳化劑(表面活性劑)將不相溶的油水相乳化成較高黏度的W/O或O/W乳狀液，從而起到乳化攜帶及乳狀液調剖作用。對乳狀液驅體系而言，要求表面活性劑乳化能力和降低界面張力二者兼?zhèn)洹Ａ己玫娜榛芰τ兄隍層腕w系在地層中波及幅度增加;而油水界面張力的降低能使油滴在地層中形變拉伸，易流動，通過狹小的巖石孔隙。另外，界面張力的降低可使巖石由油濕變?yōu)樗疂?，使油滴易剝離巖石，達到驅油目的［4］。同時還要求表面活性劑在油藏溫度下性能穩(wěn)定，不分層、絮凝、堵塞地層，這對高溫低滲油藏極為重要，對表面活性劑的篩選也較苛刻。

在110℃下老化3 d，考察CH系列10個表面活性劑樣品的耐老化性能，結果見表1。

表1 CH系列表面活性劑耐老化試驗結果

從表1看出，在110℃下多個表面活性劑出現相分離、混濁及沉淀現象，喪失部分或全部的界面活性，僅 CH2，CH5，CH8，CH94 個樣品溶液澄清，界面活性較高，油水界面張力達10－3mN/m。

對油水體系來說，要形成性能優(yōu)良的乳狀液，乳化劑的選擇是關鍵。生產中對乳化劑的選擇有多種方法和原則，其中HLB值一直被作為選擇乳化劑的重要依據和手段。本研究對CH2、CH5、CH8、CH94個耐老化性能較好的表面活性劑樣品進行HLB值計算，并與NX9模擬原油乳化所需的最佳HLB值比對，結果見表2。表面活性劑樣品中CH8的 HLB值是9.2，與乳化 NX9模擬原油所需的最佳HLB值(9.4)最接近。因此，選用CH8作為乳化劑配制油水乳狀液。

表2 CH系列表面活性劑HLB值計算結果

3 乳狀液體系性能評價

在三次采油中，乳狀液的流變性是其驅油性能好壞的關鍵。乳狀液的流變性不僅受內相濃度、乳化劑濃度因素的影響，且受熱力條件、剪切條件及時間因素的影響，均使乳狀液的宏觀性質發(fā)生變化［5］。

3.1 含水率對乳狀液黏度的影響

配制5%(質量分數，下同)CH8的系列乳狀液，在110℃下，考察含水率對乳狀液黏度的影響，結果見圖1。

圖1 含水率對乳狀液黏度的影響

從圖1看出，NX9 模擬原油黏度5.6 mPa·s。含水率為30%時，乳狀液黏度為9.2 mPa·s，說明該乳狀液類型為W/O型;隨著含水率增加，乳狀液黏度增加，當含水率為55%時，黏度達最高，為13.3 mPa·s;當含水率達60%時，乳狀液黏度陡降至3.2 mPa·s，再增加含水率，乳狀液黏度基本不變。這是由于含水率超過“轉相點”后［6］，乳狀液內部結構發(fā)生轉相，由W/O型轉變?yōu)镺/W型，導致體系黏度急劇下降。

3.2 CH8質量分數對乳狀液黏度的影響

其他條件不變，配制含水率50%的系列乳狀液，考察CH8質量分數對乳狀液黏度的影響，結果見圖2。當CH8質量分數為0.5%時，由于表面活性劑質量分數低，導致乳化效率低，體系黏度僅為2.2 mPa·s;當CH8質量分數為1.0%時，體系黏度達8.5 mPa·s，遠高于 NX9模擬原油黏度;再增加 CH8質量分數，體系黏度增加。當CH8質量分數大于1.0%時，對純5注入水/NX9模擬原油體系具有較好的增黏效果。

圖2 CH8質量分數對乳狀液黏度的影響

3.3 乳狀液耐溫抗剪切性能

用純5注入水配制含水率50%、CH8質量分數5%的乳狀液，考察溫度和剪切速率對體系黏度的影響，結果見圖3。隨著溫度增加，乳狀液黏度迅速降低，但當溫度大于110℃時，黏度變化不大。另外，在較低溫度時乳狀液表觀黏度受剪切速率的影響較大，剪切稀釋性明顯;而當升至一定溫度后，乳狀液表觀黏度對剪切速率變化不敏感。溫度為 70 ℃ 時，剪切速率為 7.34，30.00，60.00 s－1時，對應的乳狀液黏度依次為 128.0，75.0，44.9 mPa·s;而當溫度升至110 ℃時，剪切速率為 7.34，30.00，60.00 s－1時，對應的乳狀液黏度依次為30.0，20.1，11.7 mPa·s，各剪切速率下的表觀黏度差異減小;當溫度繼續(xù)升至150℃時，剪切速率為 7.34，30.00，60.00 s－1時，對應的乳狀液黏度趨于同一點。這是因為當溫度較低時，油水乳狀液呈假塑性流體，由于絮凝效應和液滴變形表現出較強的剪切稀釋性，導致各剪切速率下的黏度差異較大;而當溫度升至某一值時，乳狀液由假塑性流體轉變成牛頓流體，其表觀黏度基本不隨剪切速率而變化［7］。

圖3 溫度和剪切速率對乳狀液黏度的影響

3.4 乳狀液靜態(tài)穩(wěn)定性能

根據熱力學理論，乳狀液是一種不穩(wěn)定體系，最終均破乳分層，析出油相或水相，影響產品質量。110℃下，CH8質量分數5%，考察不同含水率的乳狀液體系30 d的穩(wěn)定性能，結果見圖4。當含水率為40%～80%時，乳狀液增溶水率處于“升－降－升－降”動態(tài)波動狀態(tài)，即乳狀液體系隨著時間增加處于“乳化－破乳－再乳化”動態(tài)平衡中;而當含水率增加至90%時，乳狀液增溶水率基本為零，說明其穩(wěn)定性差，油水乳化困難，這說明乳狀液驅不適合超高含水(含水率≥90%)油藏。

圖4 含水率對乳狀液穩(wěn)定性能的影響

3.5 物理模擬驅油試驗結果

物理模擬驅油試驗是室內評價化學驅配方的重要環(huán)節(jié)，通過在實驗室模擬地層條件(包括地層實際溫度、壓力、滲透率、含油飽和度等)，對配方的注入濃度、注入量、注入時機等進行篩選，也可對配方進一步優(yōu)化，制定合適的注入方案。考察單一表面活性劑水驅、乳狀液/表面活性劑驅對提高采收率的影響，結果見表3。單一表面活性劑驅提高采收率為6.3%;乳狀液/表面活性劑驅提高采收率為15.8%，即2#巖心中乳狀液驅對采心率的貢獻為9.5%。說明乳狀液/表面活性劑驅驅油效果明顯高于單一表面活性劑水驅，對采收率的貢獻主要是乳狀液，通過乳狀液的調剖堵水、乳化攜帶及降低界面張力洗油能力實現驅油效果［8］。

表3 不同注入量和注入方式對驅油性能的影響

4 結論

(1)CH8表面活性劑在110℃下溶液澄清，界面活性高，界面張力達10－3mN/m，且CH8理論計算HLB值與NX9模擬原油所需HLB值接近，易用作NX9模擬原油、純5注入水乳化所需乳化劑。

(2)用CH8、NX9模擬原油及純5注入水配制的油水乳狀液在含水率達55%時發(fā)生相轉變，由W/O型變成O/W型，黏度迅速下降;溫度≥110℃時，各剪切速率下的黏度值差異減小，流體抗剪切能力增強;通過物理模擬驅油實驗證實，乳狀液對采收率的貢獻高于表面活性劑驅。

［1］王德民，王剛.天然巖芯化學驅采收率機理的一些認識［J］.西南石油大學學報，2011，33(2):2 －6.

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