改性納米硅強(qiáng)化乳狀液調(diào)驅(qū)體系研制與應(yīng)用

毛 源 葛際江 唐存知 蔣 平 李月勝 裴海華

(1.中國(guó)石化股份公司勝利油田分公司河口采油廠，山東 東營(yíng) 257200；2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，山東 青島 266580)

勝利陳莊油田陳25塊主要含油層系為下館陶組，是一個(gè)具繼承性發(fā)育的受基巖古地形控制的披覆構(gòu)造稠油油藏。注水開發(fā)中存在的問(wèn)題有：(1) 儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，層間動(dòng)用差異大；(2) 井間普遍存在注水沖刷形成的高滲通道；(3) 稠油黏度高，水驅(qū)采收率低[1-6]。針對(duì)陳25塊地下稠油黏度較高、水驅(qū)采收率低的問(wèn)題，提出了在封堵高滲透通道的基礎(chǔ)上開展改性納米硅強(qiáng)化乳狀液深部調(diào)驅(qū)技術(shù)[7-9]，提高層內(nèi)的驅(qū)油效率，達(dá)到降水增油效果。該體系不但可以對(duì)稠油有優(yōu)異的稀釋降黏作用，也可大幅度降低驅(qū)替前沿稠油的黏度，從而有效降低稠油的流動(dòng)阻力；同時(shí)改性納米硅強(qiáng)化的乳狀液可以賦予驅(qū)替相增黏機(jī)理、乳狀液捕集機(jī)理，使驅(qū)替相具有較為理想的流度控制能力，從而有效改善水油流度比[10-14]，提高區(qū)塊采收率。

1 穩(wěn)定乳狀液體系的制備

以廉價(jià)的脂肪酸甲酯為油相，研究了新型乳化劑制備O/W型乳狀液體系的條件，考察不同乳化劑濃度、無(wú)機(jī)鹽濃度等對(duì)乳狀液體系的穩(wěn)定性、粒度分布以及流變性的影響，從而優(yōu)化乳狀液配方。研究表明，單純?nèi)榛瘎┲频玫娜闋钜悍€(wěn)定性不夠，且耐鹽性較差。本次研究利用改性納米硅和乳化劑的協(xié)同作用，進(jìn)一步提高乳狀液的穩(wěn)定性和耐鹽性。

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

實(shí)驗(yàn)儀器：HGB550高速攪拌器；DV-II+Brookfield黏度計(jì)；Zetasizer 2000 Zeta 電位儀；pHS-25型pH計(jì)；ST-2000比表面孔徑測(cè)定儀；FS-250超聲波粉碎儀；PH100 Phenix數(shù)碼顯微鏡；JJ-1-160A增力電動(dòng)攪拌器。

實(shí)驗(yàn)藥品：脂肪酸甲酯；TX-60S乳化劑(100%，自制)；改性納米硅(自制)；NaCl(分析純)；HCl(分析純)；NaOH(分析純)。

1.2 改性納米硅強(qiáng)化乳狀液制備

首先配置改性納米硅和乳化劑母液。將母液攪拌30 min，使改性納米硅均勻分散；再用超聲波震蕩 15 min后，將其倒入高速攪拌器中，以3 000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌的同時(shí)緩慢將脂肪酸甲酯加入攪拌器；最后以9 000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5～10 min 即可得到乳狀液體系。

1.3 試驗(yàn)方法

乳狀液流變性主要通過(guò)DV-Ⅱ+Brookfield黏度計(jì)測(cè)定；乳狀液的粒度分布用PH100 Phenix數(shù)碼顯微鏡測(cè)定；改性納米硅的比表面積由ST-2000比表面孔徑測(cè)定儀測(cè)定；Zeta電位由Zetasizer 2000型Zeta電位測(cè)定儀測(cè)定。

2 改性納米硅強(qiáng)化乳狀液體系性能評(píng)價(jià)

2.1 改性納米硅濃度對(duì)乳狀液性能的影響

2.1.1 乳狀液的穩(wěn)定性

在65 ℃條件下，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%～1.00%的改性納米硅分別與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%的乳化劑TX-60S混合，經(jīng)高速攪拌后得到所需的乳狀液，然后放入比色管中靜置。觀察發(fā)現(xiàn)，改性納米硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)乳狀液穩(wěn)定性具有顯著影響。

2.1.2 乳狀液的粒度分布

用數(shù)碼顯微鏡觀察不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的改性納米硅和0.10% TX-60S復(fù)配制備的乳狀液。實(shí)驗(yàn)表明，在0.10%TX-60S中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改性納米硅后，都能形成粒徑均勻的O/W型乳狀液。

2.1.3 乳狀液的流變性

用黏度計(jì)測(cè)定了在0.10%TX-60S體系中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改性納米硅(分別為0.01%、0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%)后乳狀液的流變性，如圖1所示。從圖中可以看出，當(dāng)改性納米硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.30%時(shí)，乳狀液的黏度基本不發(fā)生變化；當(dāng)改性納米硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于0.30%時(shí)，乳狀液的黏度顯著提高。

圖1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改性納米硅和0.10%TX-60S制備的乳狀液流變性曲線

2.2.1 乳狀液體系的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

在65 ℃條件下，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%的改性納米硅與質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.01%、0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%的TX-60S乳化劑經(jīng)過(guò)高速攪拌后得到O/W型乳狀液，將其裝入 50 mL比色管中靜置。結(jié)果顯示，當(dāng)乳化劑TX-60S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.05%時(shí)，乳狀液體系不穩(wěn)定，發(fā)生了明顯的分層現(xiàn)象。當(dāng)TX-60S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.10%后，乳狀液進(jìn)入穩(wěn)定階段。所以，與0.30%改性納米硅復(fù)配后，為使乳狀液保持穩(wěn)定，TX-60S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能低于0.10%。

2.2.2 乳狀液體系的粒度分布評(píng)價(jià)

用數(shù)碼顯微鏡采集不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TX-60S和0.30%改性納米硅復(fù)配制備的乳狀液的微觀圖片?？梢钥闯觯煌|(zhì)量分?jǐn)?shù)的TX-60S和0.30%改性納米硅復(fù)配，制備的乳狀液粒徑隨著TX-60S質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上升，粒度分布逐漸均勻，且平均粒徑越來(lái)越小。

2.2.3 乳狀液體系的流變性評(píng)價(jià)

采用Brookfield黏度計(jì)評(píng)價(jià)了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%的改性納米硅和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TX-60S(0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%)形成的穩(wěn)定乳狀液的流變性，如圖2所示。隨著TX-60S質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，乳狀液的黏度逐漸降低；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.30%后，乳狀液黏度變化不大。

圖2 加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TX-60S體系對(duì)乳狀液體系流變性的影響

因此既要保證乳狀液體系具有較好的穩(wěn)定性，又要使乳狀液體系具有一定的黏度，最佳的乳化液配方是0.10%(TX-60S)+0.30%改性納米硅。

2.3 改性納米硅強(qiáng)化乳狀液體系的耐鹽性分析

2.3.1 乳狀液體系的穩(wěn)定性

將脂肪酸甲酯與含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaCl(0.50%、1.00%、2.50%、5.00%、10.00%)的0.30%改性納米硅+0.10%(TX-60S)水溶液經(jīng)高速攪拌機(jī)攪拌，得到水包油乳狀液，然后各裝50 mL在比色管中。當(dāng)ωNaCl<2.50%時(shí)，乳狀液可以穩(wěn)定30 d，但是當(dāng)ωNaCl>2.50%后，乳狀液開始不穩(wěn)定，隨后發(fā)生明顯分層現(xiàn)象。

2.3.2 乳狀液體系的粒度分布

用數(shù)碼顯微鏡觀察0.30%改性納米硅+0.10%(TX-60S)體系在不同ωNaCl條件下的乳狀液微觀圖像?？梢钥闯?，當(dāng)ωNaCl<2.50%時(shí)，乳狀液的粒徑較小且非常均勻，此時(shí)乳狀液的穩(wěn)定性也較好；當(dāng)ωNaCl>2.50%時(shí)，乳狀液的粒徑明顯變大，且變得十分不均勻，此時(shí)乳狀液變得十分不穩(wěn)定，發(fā)生明顯的分層現(xiàn)象。

2.3.3 乳狀液體系的流變性

采用黏度計(jì)評(píng)價(jià)了不同ωNaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0%～10%)下，與0.30%改性納米硅+0.10%(TX-60S)制備的乳狀液的流變性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著ωNaCl的上升，乳狀液黏度逐漸降低，但是下降幅度不明顯。由此可見，改性納米硅強(qiáng)化乳狀液體系具有很好的耐鹽能力。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果分析

2015年9～12月，在陳25塊主體部位完成5口井乳狀液調(diào)驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)施工，受效油井24口。措施前日產(chǎn)油107.3 t，綜合含水率95.7%。整體調(diào)驅(qū)后，日產(chǎn)油上升至145.4 t，綜合含水率下降至94.5%，日增油38.1 t，綜合含水率下降了1.2%，累計(jì)增產(chǎn)原油 11 653 t(見圖3)。

圖3 陳25塊主體部位試驗(yàn)單元調(diào)驅(qū)前后生產(chǎn)曲線

4 結(jié) 語(yǔ)

(1) 在0.10%(TX-60S)乳化劑中加入改性納米硅后，乳狀液體系穩(wěn)定性得到顯著提高。當(dāng)改性納米硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.30%時(shí)，乳狀液的黏度顯著上升，且耐鹽性允許ωNaCl達(dá)到2.50%。

(2) 改性納米硅強(qiáng)化乳狀液體系的最佳配方是0.10%(TX-60S)+0.30%改性納米硅。由此制備的乳狀液體系既穩(wěn)定且具有一定黏度，同時(shí)具有較好的耐鹽性。

(3) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，試驗(yàn)單元增油降水明顯，提高采收率效果顯著。