表面活性劑在壓裂液中對提高滲吸采收率的研究

張邈 劉義坤

摘 要： 針對致密砂巖油藏開展了3種表面活性劑（ZPS、SDBS、SB）在水溶液和低濃度瓜爾膠壓裂液中對提高滲吸采收率的研究。只有非離子表面活性劑（SB）未起到潤濕反轉的作用。加有三種表面活性劑的溶液均使界面張力達到了巖心滲吸的最佳效果。分析實驗得出：與注入水相比，在加有表面活性劑的溶液中對提高采收率都起到了一定的作用，在低濃度瓜爾膠壓裂液中的滲吸采收率最高。改向和黏彈作用是低濃度瓜爾膠壓裂液提高滲吸采收率的主要機理。

關 鍵 詞：潤濕性；界面張力；滲吸；致密油

中圖分類號：TE 357 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1767-03

Abstract： Improving imbibition oil recovery of tight sandstone reservoirs by adding surfactants （ZPS，SDBS，SB） in water and low concentration of guar gum fracturing fluid was studied. The results show that single nonionic surfactant （SB） does not play the role of wettability alteration. The interfacial tension of solution with three kinds of surfactants can achieve the best result of imbibition.Adding surfactants in the fracturing fluid can enhance oil recovery to a certain extent； Adding surfactants in low concentration of guar gum fracturing fluid can obtain the highest oil recovery. Changing the direction and viscoelastic effect of flow is the main mechanism of improving imbibition oil recovery by low concentration of guar gum fracturing fluid.

Key words： wettability； interfacial tension； imbibition； tight oil

低滲透油藏中存在大量的殘余油。因此，提高滲吸采收率是保證低滲透油藏有效開采的關鍵。周鳳軍[1]等提出活性水因顯著的降低了界面張力進而提高了采收率；姚同玉[2]等考慮了潤濕性對低滲透油藏滲析的影響，修正了NB-1值，認為低界面張力對滲吸的采收率的作用是雙向的。本文主要研究了影響滲析采收率的幾種因素，并進行了機理的分析，為低滲透油藏的開發(fā)提供理論依據。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

配液用水為大慶油田采油一廠注入水，礦化度：3 589 mg/L；含Na+：1 190 mg/L，Mg2+：36 mg/L，Ca2+：13 mg/L，Cl-：1182 mg/L，K+：6 mg/L，HCO3-：1 120 mg/L，SO42-：42 mg/L；表面活性劑：甜菜堿，重烷基苯磺酸鹽，石油磺酸鹽，低濃度瓜爾膠配方：0.3%HPG+0.5%DL-15+0.35%交聯劑+0.03%過硫酸銨。實驗用油為模擬油：一廠外輸油與煤油按照1.3︰1配置而成。在45 ℃時，模擬油密度為0.76 g/mL，粘度為3 mPa·s。巖心采用天然露頭巖心。

1.2 實驗儀器

界面張力儀，恒溫箱，攪拌器，粘度測量儀

1.3 實驗方法

1.3.1 潤濕性的測定

實驗所用巖心為天然露頭巖心，采用老化的方法進行測量。老化的時間在20 h左右。將巖心放入地層水、帶有表面活性劑的水溶液、帶有表面活性劑的低濃度瓜爾膠壓裂液中，分布測定巖心的自吸排油量、驅替排油量、自吸排水量和驅替排水量，經計算得出巖心的相對潤濕指數[3]。

1.3.2 界面張力的測定

將三種表面活性劑分別加入到水和低濃度瓜爾膠中配成溶液，測量這幾種溶液與模擬油之間的界面張力值。

1.3.3 滲吸實驗

將巖心抽真空后烘干，飽和地層水，在45 ℃下飽和模擬油。將處理好的巖心放入滲吸瓶中，滲吸瓶中裝入適量滲吸液。滲吸過程中，由于巖心吸水排油及油水的重率差，使析出的油滴上浮。從滲吸瓶中讀出析出油的體積（圖1）。

2 實驗結果分析

2.1 潤濕性

通過巖心對比，非離子表面活性劑（SB）溶液未將巖性轉換成親水的狀態(tài)，而兩種陰離子表面活性劑（ZPS，SDBS）起到了潤濕反轉的作用巖心在加有表現活性劑的滲吸液采收率高于未加表面活性劑的滲吸液。說明巖心的原始潤濕性影響采收率，在驅油過程中，注入地下的液體易于驅走親水油層內的油，而親油油層內的油則不易驅出。通過實驗結果，觀察出由于注入滲吸液時流體的分布狀態(tài)、流動特點和毛細管力吸水排油作用的不同。親水巖心比親油巖心的滲吸效果好（表1）。

2.2 界面張力

具有相同潤濕性的巖心在帶有表面活性劑的溶液中滲吸采收率最高。當油水界面張力值變低時，降低了油滴通過孔喉產生的阻力，此時的阻力由賈敏效應引起。表面活性劑把殘余油從巖石的壁面剝落，使殘余油發(fā)生流動，增大了油相滲透率，卻未改變水相的滲透率。注入表面活性劑的體系降低了油水界面張力值，6號巖心實驗發(fā)現，油滴從頂端和側面析出，可見溶液將殘余油向著流動的方向將其拉成油絲甚至拉斷并乳化成細小的油珠，從而可以被溶液驅走。界面張力值的降低，使細小的油珠在孔喉處的賈敏效應越小，油珠易從小孔道中采出，同時殘余油飽和度大幅度下降。因此，油水界面張力值越低，采收率越高（表2）。

2.3 滲吸機理分析

實驗中，巖心親油，毛管力為水驅時的阻力。對于親水巖心，毛管力為水驅時的動力。三種表面活性劑的界面張力值在0.013～0.019 mN·m-1之間，達到了10-2數量級，由于在親水巖心中，接觸角的增大界面張力值也增大，根據實驗參數算得的NBm-1值為有利的滲吸驅油值（臨界值>5）。水相在受到毛管力時，進入到巖心中，而油相則從孔道中相反的方向驅走，實質上是一種逆向油水交換的過程，稱為逆向滲吸。加入表面活性劑的低濃度瓜爾膠壓裂液對水竄通道起到了一定的封堵作用[5]，改善了吸水剖面，提高注入液體的波及系數[6]（表3）。

低濃度瓜爾膠壓裂液促使了深部液流方向的改變，使表面活性劑能夠進入巖心滲透率較低的部位，進而使毛管數增多降低了殘余油飽和度，提高了采收率。

3 結 論

1）滲透率相差不大潤濕性不同的低低滲透率巖心，親油性增強，束縛水飽和度降低。潤濕性油相采收率影響很大，弱水濕狀態(tài)下的巖心采收率最高，中性潤濕狀態(tài)的巖心次之，親油巖心采收率最低。

2）不同表面活性劑驅油機理和提高采收率的程度有所差異，注入表面活性劑溶液可以顯著的降低殘余油飽和度。

3）低濃度瓜膠壓裂液中加有表面活性劑，不僅僅是壓裂液調驅和表面活性劑驅油的疊加，而溶液在巖心中運移的過程中發(fā)揮了化學驅油作用，又提高了洗油效率。在充分發(fā)揮表面活性劑降低油水界面張力、改變巖心潤濕性的同時又達到了提高采收率目的。

參考文獻：

[1]周鳳軍，陳文明. 低滲透巖心滲吸實驗研究[J]. 復雜油氣藏，2009（1）：54-56.

[2] 姚同玉，李繼山，王建，等. 裂縫性低滲透油藏的滲吸機理及有利條件[J]. 吉林大學學報（工學版），2009，39（04）：937-940.

[3] 曹立迎，劉傳喜，孫建芳. 低滲透碳酸鹽巖稠油油藏熱復合化學方法提高采收率實驗[J]. 油氣地質與采收率，2016（3）：101-105.

[4] 陳金生，王兆豐. 含瓦斯煤滲吸效應試驗研究[J]. 中國安全科學學報，2016（03）.

[5] 馬俯波，周正武，王延忠. 頁巖儲層中黏土對壓裂液吸收能力的影響及其因素分析[J]. 科學技術與工程，2016，16（12）.

[6] 杜彪，萬華，葉智，等. 超低濃度瓜爾膠壓裂液體系在蘇6井區(qū)的應用[J]. 內蒙古石油化工，2013（22）：17-19.