表面活性劑乳化能力差異對(duì)低滲油藏提高采收率的影響

董杰 岳湘安 孔彬 鄒積瑞

1.油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)

結(jié)合長(zhǎng)慶低滲透油藏條件，選用超低界面張力強(qiáng)乳化能力和超低界面張力弱乳化能力的2種活性劑，開展巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，研究表面活性劑乳化性能對(duì)低滲透油藏提高采收率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.1 材料及設(shè)備

表面活性劑：BA、TS，由實(shí)驗(yàn)室復(fù)配。

實(shí)驗(yàn)用油：長(zhǎng)慶油田脫水原油，50 ℃條件下，黏度2.1 mPa·s。

實(shí)驗(yàn)用水：長(zhǎng)慶油田地層水，總礦化度81 910 mg/L，Ca2+、Mg2+礦化度13 258 mg/L；室內(nèi)配制長(zhǎng)慶模擬注入水，礦化度512.17 mg/L。

實(shí)驗(yàn)巖心：實(shí)驗(yàn)室人造模擬巖心，其中柱狀均質(zhì)巖心尺寸Φ2.5 cm×30 cm，滲透率10×10-3μm2；非均質(zhì)方巖心尺寸4.5 cm×4.5 cm×30 cm。其中，高滲層厚度1 cm，滲透率30×10-3μm2；低滲層厚度3.5 cm，滲透率3×10-3μm2。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：TX-500C旋滴界面張力儀、調(diào)頻電機(jī)試管乳化器、油氣藏開發(fā)模擬系統(tǒng)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1) 乳化能力對(duì)比。將原油和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)活性劑溶液按體積比3∶7加入刻度試管并密封，利用調(diào)頻電機(jī)試管乳化器在50 ℃條件下以相同頻率震蕩10 min后，將試管豎直放置在50 ℃恒溫箱內(nèi)，每隔一段時(shí)間讀取試管底部析出的清液體積，計(jì)算析水率，其計(jì)算公式為：

首先，對(duì)違法行為嚴(yán)肅追究。嚴(yán)肅查處超劑量使用獸藥和飼料添加劑的違法行為。進(jìn)一步加強(qiáng)聯(lián)合執(zhí)法，畜牧行政部門應(yīng)該與司法部門加強(qiáng)溝通聯(lián)系，強(qiáng)化案件處理力度，通過(guò)嚴(yán)肅處理違法行為，提高違法成本，震懾違法分子。同時(shí)，還應(yīng)該嚴(yán)格按照國(guó)家法律法規(guī)，落實(shí)好畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管職責(zé)，構(gòu)建完善的績(jī)效考核制度和責(zé)任追究制度[3]；其次，暢通投訴舉報(bào)渠道。設(shè)立投訴舉報(bào)電話，構(gòu)建畜產(chǎn)品質(zhì)量安全投訴舉報(bào)信息平臺(tái)，及時(shí)處理和反饋公眾投訴舉報(bào)。全面推行有獎(jiǎng)舉報(bào)制度，擴(kuò)大社會(huì)監(jiān)督。推進(jìn)誠(chéng)信體系建設(shè)，建立違法違規(guī)“黑名單”制度，對(duì)不法生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者依法公開其違法信息，營(yíng)造良好信用環(huán)境。

E=V′/V×100%

(1)

式中：E為析水率，%；V′為析出清液體積，mL；V為加入試管內(nèi)活性劑溶液總體積，mL。

(2) 油水界面張力評(píng)價(jià)。應(yīng)用TX-500C旋滴界面張力儀，在50 ℃時(shí)，測(cè)定不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2種活性劑溶液與長(zhǎng)慶脫水原油間的界面張力。

(3) 表面活性劑巖心驅(qū)油特征。將均質(zhì)巖心飽和地層水、原油，老化24 h。水驅(qū)至采出液含水率98%后，注入0.6 PV活性劑溶液，后續(xù)水驅(qū)至采出液含水率100%，記錄巖心入口、距巖心入口5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm等位置的壓力；非均質(zhì)巖心實(shí)驗(yàn)過(guò)程與均質(zhì)巖心實(shí)驗(yàn)過(guò)程基本相同。實(shí)驗(yàn)溫度50 ℃。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 表面活性劑乳化能力與界面性能

2.1.1乳化能力評(píng)價(jià)

乳狀液靜置一段時(shí)間后，其析水率越小，說(shuō)明乳狀液穩(wěn)定性越好，表明該活性劑乳化能力越強(qiáng)；反之析水率越大，說(shuō)明活性劑乳化能力越弱。因此，可利用析水率對(duì)比不同活性劑的乳化能力。

圖1為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的BA、TS活性劑溶液與長(zhǎng)慶脫水原油震蕩乳化形成的乳狀液，在50 ℃時(shí)析水率隨時(shí)間的變化曲線。從圖1可看出，相同的靜置時(shí)間條件下，BA活性劑溶液與原油形成的乳狀液的析水率相對(duì)較低，說(shuō)明BA與原油形成的乳狀液更加穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BA的乳化能力較強(qiáng)，而TS的乳化能力相對(duì)較弱。

2.1.2界面性能評(píng)價(jià)

從表1可看出，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.3%時(shí)，BA溶液與原油均達(dá)到了10-3mN/m的超低界面張力；質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%、0.3%的TS活性劑溶液與原油的界面張力也能達(dá)到10-3mN/m的超低界面張力。

表1 2種表面活性劑與原油的界面張力Table1 Interfacialtensionbetween2kindsofsurfactantsandcrudeoilw/%γ(BA)/(mN·m-1)γ(TS)/(mN·m-1)0.15.79×10-31.30×10-20.23.90×10-33.80×10-30.38.90×10-33.30×10-3

結(jié)合乳化能力評(píng)價(jià)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)：BA活性劑能夠?qū)崿F(xiàn)超低界面張力且原油乳化能力較強(qiáng)；TS活性劑也具備較強(qiáng)的降低界面張力的能力但原油乳化能力較弱。以此乳化性能差異對(duì)比結(jié)果，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%的2種活性劑溶液分別開展驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。

2.2 均質(zhì)巖心表面活性劑驅(qū)油特征

圖2為柱狀長(zhǎng)巖心驅(qū)替過(guò)程中，巖心入口及各位置測(cè)壓點(diǎn)的壓力變化情況。對(duì)比圖2(a)和圖2(b)可看出，兩根巖心的水驅(qū)階段各測(cè)壓點(diǎn)壓力動(dòng)態(tài)變化基本一致。

1號(hào)巖心水驅(qū)后，以相同速度注入BA活性劑0.6 PV，之后進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)。在注入BA段塞階段，除25 cm處測(cè)壓點(diǎn)外，其余各測(cè)壓點(diǎn)壓力均有所上升。后續(xù)水驅(qū)階段，各測(cè)壓點(diǎn)壓力緩慢下降。在此過(guò)程中，采出液中原油乳化現(xiàn)象明顯，取樣在顯微鏡下觀察，如圖3所示。表明乳化性較強(qiáng)的BA活性劑與原油在巖心滲流過(guò)程中形成了乳狀液，而乳液液滴因在孔喉部位的堆積堵塞作用，導(dǎo)致流動(dòng)阻力增大，造成各測(cè)點(diǎn)壓力上升。

2號(hào)巖心水驅(qū)后，注入TS活性劑0.6 PV。由于TS乳化性能較差，無(wú)法充分乳化殘余油，沒(méi)有在采出液中觀察到原油乳化現(xiàn)象。因此，水驅(qū)后注入TS活性劑溶液，降低了毛管力，滲流阻力下降，造成各測(cè)點(diǎn)壓力進(jìn)一步下降，表現(xiàn)出很好的降壓增注作用。

圖4(a)為均質(zhì)巖心水驅(qū)后注入BA活性劑過(guò)程中，巖心各位置壓力梯度隨注入量的變化情況。隨著0.6 PV的BA段塞注入，巖心0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm段的壓力梯度依次升高，后續(xù)水驅(qū)過(guò)程中，20～25 cm、25～30 cm段壓力梯度也出現(xiàn)小幅度升高。表明活性劑BA與原油形成的乳狀液向前運(yùn)移過(guò)程中，由巖心入口向尾端，依次提高了各段的流動(dòng)阻力。圖4(b)為長(zhǎng)巖心水驅(qū)后注入TS活性劑過(guò)程中，巖心各位置壓力梯度隨注入量的變化情況。由于TS活性劑界面張力低，乳化性較差，因此隨著TS注入，巖心各段的壓力梯度逐漸下降。

圖5為注入BA段塞過(guò)程中，巖心內(nèi)各位置壓力梯度的分布變化，直觀表現(xiàn)出整個(gè)乳化帶的影響范圍：隨著BA注入量的增加，巖心壓力梯度最高的位置逐漸向前移動(dòng)。表明在注入過(guò)程中，BA與原油形成的乳化帶逐漸向前運(yùn)移，并不斷擴(kuò)大，在乳化波及區(qū)域壓力梯度逐漸增大，表現(xiàn)出較好的封堵效果。由于0～5 cm段殘余油與BA活性劑形成乳狀液向前推移，該段殘余油飽和度下降而無(wú)法進(jìn)一步產(chǎn)生乳狀液。因此，BA注入量達(dá)0.32 PV后，該段壓力梯度有所下降。

由于乳狀液滴在喉道處的堵塞作用，導(dǎo)致巖心滲透率減低。表2為注BA后，巖心各位置殘余阻力系數(shù)和封堵率的分布。從表2可看出，巖心0～5 cm段殘余阻力系數(shù)小于1且封堵率為負(fù)數(shù)，這主要是由于巖心入口段受注入水沖刷，殘余油飽和度低，無(wú)法形成足夠的乳狀液。同時(shí)，BA在該段降低了毛細(xì)管力，使流動(dòng)阻力下降，導(dǎo)致該段注入水的相對(duì)滲透率增大，從而造成封堵率為負(fù)數(shù)。隨著BA段塞向巖心內(nèi)部運(yùn)移，形成的乳狀液增多，乳狀液滴堵塞喉道，降低了滲透率，巖心中部的殘余阻力系數(shù)為2.08。對(duì)比圖5、表2巖心各段壓力梯度和殘余阻力系數(shù)分布可發(fā)現(xiàn)，表面活性劑BA在長(zhǎng)巖心內(nèi)各段表現(xiàn)出性能有所差異，即入口段降壓增注，中部乳化封堵。

由于乳化液滴增大了流動(dòng)阻力，造成巖心內(nèi)部驅(qū)替壓力梯度升高，從而有利于殘余油滴的驅(qū)動(dòng)。如表3所示，表面活性劑BA提高驅(qū)油效率13.49%，而乳化能力較弱的活性劑TS提高驅(qū)油效率6.54%。

表2 1號(hào)巖心(注BA)殘余阻力系數(shù)和封堵率Table2 Residualresistancecoefficientandpluggingrateof1#core巖心段整體0～5cm5～10cm10～15cm15～20cm20～25cm25～30cm殘余阻力系數(shù)1.280.551.991.432.081.530.83封堵率/%22.06-83.1449.7430.2752.0234.77-20.91

表3 兩種活性劑驅(qū)油結(jié)果Table3 Oildisplacementresultsoftwokindsofsurfactants巖心編號(hào)w(活性劑)巖心滲透率/10-3μm2水驅(qū)效率/%最終驅(qū)油效率/%活性劑驅(qū)油效率增幅/%10.2%BA10.1241.3054.7913.4920.2%TS9.9839.4545.996.54

2.3 非均質(zhì)巖心表面活性劑驅(qū)油特征

圖6為非均質(zhì)巖心驅(qū)替動(dòng)態(tài)曲線，水驅(qū)至含水率98%以上，3號(hào)、4號(hào)巖心分別注入0.6 PV的BA活性劑和0.6 PV的TS活性劑。注入BA后，驅(qū)替壓力逐漸上升，同時(shí)含水率波動(dòng)下降；而注入TS后，驅(qū)替壓力呈下降趨勢(shì)，含水率下降幅度較小。

表4 兩種活性劑驅(qū)油結(jié)果Table4 Oildisplacementresultsoftwokindsofsurfactants巖心編號(hào)w(活性劑)巖心滲透率/10-3μm2水驅(qū)采收率/%最終采收率/%活性劑采收率增幅/%30.2%BA低滲層3高滲層3035.1246.5811.4640.2%TS低滲層3高滲層3035.5141.395.88

原因主要是BA與原油形成的乳狀液在竄流層中建立了流動(dòng)阻力，造成后續(xù)驅(qū)油劑繞流進(jìn)入低滲區(qū)，提高了波及效率。而注入TS后，由于無(wú)法形成乳狀液建立流動(dòng)阻力，造成后續(xù)驅(qū)替劑繼續(xù)沿著注水竄流通道向前推進(jìn)，難以波及到剩余油。由表4可知，表面活性劑BA在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率11.46%，而TS僅提高5.88%，強(qiáng)乳化能力的BA活性劑提高采收率幅度相對(duì)較大。

3 結(jié) 論

(1) 低滲巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中，同時(shí)具備強(qiáng)乳化性和超低界面張力的活性劑BA，在注入過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生入口段降低驅(qū)替壓力梯度，巖心中部乳化封堵的效果；而僅具備超低界面張力的活性劑TS只能起到降壓增注的作用，難以產(chǎn)生封堵效果。

(2) 在界面性能相同的情況下，乳化能力強(qiáng)的活性劑BA可在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率11.46%，乳化能力較弱的活性劑TS提高采收率幅度為5.88%。說(shuō)明在乳化性能存在差異的情況下，乳化能力更強(qiáng)的BA活性劑在低滲油藏中提高采收率的幅度更大。

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