致密油納米流體增滲驅(qū)油體系特征及提高采收率機(jī)理

丁彬，熊春明，耿向飛，管保山，潘竟軍，許建國(guó)，董景鋒，張成明

（1.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司油田化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；3.中國(guó)石油新疆油田公司，新疆克拉瑪依 834000；4.中國(guó)石油吉林油田公司，吉林松原 138000）

0 引言

致密油已逐漸成為中國(guó)油氣勘探開(kāi)發(fā)的重要戰(zhàn)略接替資源[1-2]。美國(guó)能源信息署（EIA）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017年美國(guó)致密油產(chǎn)量占原油總產(chǎn)量的54%[3]。胡文瑞等[4]指出，中國(guó)致密油儲(chǔ)集層普遍具有滲透率低、孔隙度低、孔喉細(xì)小、可動(dòng)流體飽和度低等特點(diǎn)。武若霞[5]和楊滿(mǎn)平等[6]研究發(fā)現(xiàn)，鄂爾多斯、松遼和準(zhǔn)噶爾等盆地的致密原油在儲(chǔ)集層條件下流動(dòng)性極差，平均流度小于0.2×10-3μm2/（mPa·s），與超稠油流度基本一致，均屬于低流度型，導(dǎo)致致密油產(chǎn)量?jī)H占原油總產(chǎn)量的不到1%，因此必須采用合理的開(kāi)發(fā)技術(shù)提高流體的流動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)致密油的高效開(kāi)采。“長(zhǎng)水平井+體積改造”已成為致密油的主體開(kāi)發(fā)方式并規(guī)?；瘧?yīng)用，提高了儲(chǔ)集層的有效滲透率，但最終采收率尚低于10%[7-11]。近年來(lái)，為了提高致密油增產(chǎn)效果，國(guó)內(nèi)外研究人員積極探索注水、注表面活性劑吞吐等能量補(bǔ)充與提高采收率方法[12-18]。然而，現(xiàn)有體積改造用液體體系存在一些問(wèn)題。何建平[19]和廖子涵等[20]研究發(fā)現(xiàn)，體積改造用線(xiàn)性植物膠、滑溜水等液體體系的水動(dòng)力學(xué)半徑均為微米級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于致密儲(chǔ)集層平均孔喉半徑，液體體系難以高效進(jìn)入基質(zhì)孔隙，導(dǎo)致裂縫與基質(zhì)連通能力較差，持續(xù)補(bǔ)充地層能量難度大；LIANG T B等[21]和馮程等[22]研究發(fā)現(xiàn)，目前液體體系均為水相體系，補(bǔ)充能量主要依靠毛細(xì)管力產(chǎn)生的滲吸作用，但致密油儲(chǔ)集層潤(rùn)濕性復(fù)雜，且大部分區(qū)域處于油濕或偏油濕狀態(tài)，注入的水相體系無(wú)法進(jìn)入這些區(qū)域，導(dǎo)致毛細(xì)管力變?yōu)槊?xì)阻力，難以有效發(fā)揮毛細(xì)滲吸作用；于馥瑋等[23]和LIANG T等[24]等研究發(fā)現(xiàn)，部分表面活性劑具有潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)的能力，但經(jīng)體積改造后致密油儲(chǔ)集層表面積極大，利用潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)改變潤(rùn)濕性需要注入大量的化學(xué)藥劑，且作用周期長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施費(fèi)用高、難度大；原油在致密儲(chǔ)集層中流動(dòng)性差是影響致密油高效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵因素[4-6]，現(xiàn)有液體體系均不具備改善致密油流動(dòng)性的能力，且部分表面活性劑易與原油發(fā)生乳化或反相乳化作用，形成“水包油”或“油包水”顆粒，增大原油顆粒尺寸或表觀黏度，加大原油在致密儲(chǔ)集層中的運(yùn)移難度。

本文針對(duì)致密油開(kāi)發(fā)面臨的“水注不進(jìn)去、油采不出來(lái)”的技術(shù)難題，提出納米流體增滲驅(qū)油提高采收率的技術(shù)思路，研發(fā)具有“小尺寸液”、“小尺寸油”、高表界面活性、雙相潤(rùn)濕和破乳降黏等5大特征的納米流體增滲驅(qū)油體系，采用實(shí)驗(yàn)方法評(píng)價(jià)該體系的特征與提高采收率機(jī)理。

1 技術(shù)思路

研發(fā)了具有核-殼結(jié)構(gòu)的納米流體增滲驅(qū)油體系，外殼為二苯醚類(lèi)水溶性（雙子）表面活性劑，內(nèi)核為C10—C14直鏈烴類(lèi)油溶性原油解締合劑（見(jiàn)圖1a）。該核-殼結(jié)構(gòu)的納米流體增滲驅(qū)油體系具有以下5大特征與提高采收率機(jī)理。

①“小尺寸液”特征與擴(kuò)大微納米孔喉基質(zhì)波及體積機(jī)理。制備的納米流體增滲驅(qū)油體系外殼為水溶性（雙子）表面活性劑，內(nèi)核為油溶性原油解締合劑，體系整體呈“水包油”微乳液狀態(tài)，平均粒徑小于30 nm，具有“小尺寸液”特征，儲(chǔ)集層條件下穩(wěn)定性好?！八汀奔{米微乳液具有在基質(zhì)微納米孔喉中滲透、擴(kuò)散、運(yùn)移的能力，可大幅減弱水的氫鍵締合作用，降低注入介質(zhì)啟動(dòng)壓力梯度，擴(kuò)大基質(zhì)波及體積。

②“小尺寸油”特征與提高微納米孔喉基質(zhì)原油滲流能力機(jī)理。如圖1b所示，納米流體增滲驅(qū)油體系整體呈現(xiàn)“水包油”納米微乳液狀態(tài)，在模擬儲(chǔ)集層條件下接觸原油后水相外殼破裂，立即釋放內(nèi)核油溶性原油解締合劑，基于解締合劑與原油組分的“相似相溶”原理，減弱甚至消除原油各組分間的分子締合作用，在運(yùn)動(dòng)條件下將原油打散成“小尺寸油”狀態(tài)，大幅提高原油在儲(chǔ)集層條件下的運(yùn)移與滲流能力，有利于原油從基質(zhì)中被采出，在水驅(qū)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高驅(qū)油效率。

③高表界面活性特征與提高洗油效率機(jī)理。體系與原油具有超低界面張力，增強(qiáng)儲(chǔ)集層基質(zhì)原油洗脫能力，有效提高細(xì)小孔隙洗油效率。

④雙相潤(rùn)濕特征與有效發(fā)揮毛細(xì)作用機(jī)理。體系對(duì)親水、親油界面均具有良好的潤(rùn)濕能力，能夠有效進(jìn)入不同潤(rùn)濕條件下的微納米孔喉基質(zhì)，高效發(fā)揮毛細(xì)作用，提高復(fù)雜潤(rùn)濕條件下毛細(xì)作用適應(yīng)能力。

⑤破乳降黏特征與改善原油流動(dòng)性機(jī)理。體系具有破乳脫水能力，可破壞原油“油包水”反相乳化狀態(tài)，大幅度提高“油包水”反相乳化原油破乳降黏效率，輔助提高原油流動(dòng)性。

通過(guò)納米流體增滲驅(qū)油體系5大特征協(xié)同作用，擴(kuò)大致密油儲(chǔ)集層微納米孔喉基質(zhì)波及體積，提高原油在儲(chǔ)集層條件下的滲流能力，最終實(shí)現(xiàn)大幅度提高致密油動(dòng)用程度、開(kāi)發(fā)效果及采收率的目標(biāo)。

圖1 納米流體增滲驅(qū)油體系結(jié)構(gòu)示意圖及“小尺寸油”提高原油滲流能力機(jī)理示意圖

2 實(shí)驗(yàn)介紹

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

將4,4′-二甲酸二苯醚進(jìn)行酰氯化反應(yīng)，得到4,4′-二甲酰氯二苯醚；4,4′-二甲酰氯二苯醚再與辛基苯酚聚氧乙烯醚（OP-10）發(fā)生酯化反應(yīng)制得（辛基苯酚聚氧乙烯醚雙取代）二甲酸二苯醚[25-26]，即得到作為納米流體增滲驅(qū)油體系外殼的二苯醚類(lèi)（雙子）表面活性劑。

將二苯醚類(lèi)（雙子）表面活性劑、C10—C14直鏈烴類(lèi)化合物和余量水按照一定優(yōu)選比例在低能條件下（30～400 r/min，20～50 ℃）混合攪拌，直至混合物完全溶解為均相混合溶液，使用去離子水或無(wú)機(jī)鹽水將制備的均相混合溶液稀釋至低濃度狀態(tài)（0.05%～0.50%），即得到具有核-殼結(jié)構(gòu)的納米流體增滲驅(qū)油體系[27-29]。

實(shí)驗(yàn)對(duì)比用化學(xué)劑均為市售產(chǎn)品，主要是重烷基苯磺酸鹽（國(guó)內(nèi)某油田提供）、甜菜堿（國(guó)內(nèi)某油田提供）。

根據(jù)新疆某致密油儲(chǔ)集層地層水礦化度條件制備模擬地層水或氘水體系，礦化度為10 900 mg/L，具體組成為：277.1 mg/L Na2SO4，6 087.4 mg/L NaCl，219.8 mg/L KCl，86.9 mg/L CaCl2，49.9 mg/L MgCl2·6H2O和4 179 mg/L NaHCO3。

實(shí)驗(yàn)用油為新疆某致密油，其中飽和烴含量49.57%，輕芳烴含量2.28%，中芳烴含量2.46%，重芳烴含量7.47%，膠質(zhì)含量13.82%，瀝青質(zhì)含量4.12%，儲(chǔ)集層條件下表觀黏度33.4 mPa·s。

毛細(xì)管為石英材質(zhì)，潤(rùn)濕性為水相潤(rùn)濕。在其內(nèi)壁用十八烷基三甲基溴化銨等同類(lèi)型化合物制作疏水涂層，可得到疏水毛細(xì)管。

接觸角測(cè)試中親水表面為玻璃載玻片，親油表面為用十八烷基三甲基氯化銨等同類(lèi)型化合物制作疏水涂層的玻璃載玻片。

2.5維玻璃微觀模型（見(jiàn)圖2）具有更接近儲(chǔ)集層3維孔喉結(jié)構(gòu)的特征，近年來(lái)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于油氣滲流的相關(guān)研究[30-31]。本文中模型尺寸為1.5 cm×1.5 cm，孔隙深度15 μm，喉道深度2 μm，孔隙體積為10 mm3。

圖2 2.5維基質(zhì)孔喉模型圖

人造露頭致密巖心，主要材質(zhì)為石英砂，尺寸為2.5 cm×5.0 cm，氣測(cè)滲透率為1×10-3μm2，水測(cè)滲透率為0.02×10-3μm2，孔隙度為10.13%。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括：JNM-ECA600核磁共振波譜儀（600 HZ）（日本電子株式會(huì)社）；毛細(xì)作用分析系統(tǒng)（自主研發(fā)），主要由注入系統(tǒng)、毛細(xì)管束模型、顯微觀察系統(tǒng)、微流量計(jì)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5部分組成[32]，該設(shè)備的基本原理是將注入介質(zhì)在儲(chǔ)集層中的滲流等效為在毛細(xì)管束中的滲流，以此評(píng)價(jià)不同類(lèi)型化學(xué)劑在親水、疏水毛細(xì)管注入過(guò)程中啟動(dòng)壓力梯度的變化情況；微流控系統(tǒng)，包括Leica M165FC顯微鏡、Leica CCD相機(jī)（100幀，2 560像素×1 920像素）、neMESYS注入泵等；低場(chǎng)核磁共振巖心驅(qū)替裝置，包括MesoMR23-060H-HTHP低場(chǎng)核磁分析儀（上海紐邁電子科技有限公司）和MR-dd高溫高壓驅(qū)替裝置（南通華興石油儀器有限公司）；BI-200SM廣角動(dòng)/靜態(tài)激光散射儀；TX 500C旋轉(zhuǎn)滴超低界面張力儀；Dataphysics接觸角測(cè)定儀；哈克RS600流變儀等。

2.3 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

納米流體增滲驅(qū)油體系特征評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)均在新疆某致密油儲(chǔ)集層溫度條件（85 ℃）下進(jìn)行。

2.3.1 “小尺寸液”特征評(píng)價(jià)

粒徑及其分布評(píng)價(jià)：采用動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)（DLS），在波長(zhǎng)532 nm、散射角90°條件下，測(cè)定不同濃度條件下納米流體增滲驅(qū)油體系的水動(dòng)力學(xué)半徑及其分布。

氧譜核磁共振（17O-NMR）評(píng)價(jià)：自然界中的水不是以單一的分子形式存在，而是通過(guò)氫鍵締合作用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。17O-NMR譜線(xiàn)的寬度可直接反映水分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的相對(duì)大小，即水分子氫鍵締合作用的強(qiáng)弱。譜線(xiàn)半峰寬越寬，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越大，氫鍵締合作用越強(qiáng)；譜線(xiàn)半峰寬越窄，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越小，氫鍵締合作用越弱[32-33]。室溫下測(cè)定純凈水、礦化水以及用礦化水配制的濃度均為0.1%的甜菜堿和納米流體增滲驅(qū)油體系17O-NMR譜線(xiàn)的半峰寬，對(duì)比研究納米流體增滲驅(qū)油體系減弱水的氫鍵締合作用的能力。

啟動(dòng)壓力梯度評(píng)價(jià)：目前國(guó)內(nèi)外研究注入介質(zhì)啟動(dòng)壓力梯度均采用數(shù)值模擬或巖心注入物理模擬評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，但是由于巖心可重復(fù)性差，導(dǎo)致巖心注入實(shí)驗(yàn)難以重復(fù)、誤差較大。國(guó)內(nèi)外均未見(jiàn)采用毛細(xì)管注入法評(píng)價(jià)啟動(dòng)壓力梯度的報(bào)道，本文采用毛細(xì)作用分析系統(tǒng)[32]，將不同注入介質(zhì)在0.1 mL/min恒速條件下分別注入內(nèi)徑為1 μm或300 nm、長(zhǎng)度為60 cm的親水、疏水毛細(xì)管。如圖3所示，實(shí)時(shí)測(cè)定不同介質(zhì)在注入毛細(xì)管過(guò)程中的壓差變化，當(dāng)注入壓差接近平衡區(qū)域時(shí)，繪制壓差-注入時(shí)間變化曲線(xiàn)，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合得到計(jì)算公式，外推至橫坐標(biāo)零點(diǎn)即可得到該注入介質(zhì)的臨界啟動(dòng)壓力，將臨界啟動(dòng)壓力除以毛細(xì)管長(zhǎng)度（60 cm）即得到臨界啟動(dòng)壓力梯度。通過(guò)在毛細(xì)管中注入不同介質(zhì)，可準(zhǔn)確評(píng)價(jià)注入介質(zhì)在模擬儲(chǔ)集層孔喉?xiàng)l件下啟動(dòng)壓力梯度變化情況，進(jìn)而確定注入介質(zhì)在等效孔喉中的進(jìn)入能力。啟動(dòng)壓力梯度越小，說(shuō)明注入介質(zhì)毛細(xì)阻力越小。

圖3 毛細(xì)作用分析系統(tǒng)測(cè)試的壓差-注入時(shí)間曲線(xiàn)示例

2.3.2 “小尺寸油”特征評(píng)價(jià)

微觀刻蝕模型驅(qū)替評(píng)價(jià)：采用自制2.5維玻璃孔喉模型作為基質(zhì)單元，結(jié)合微流控模擬技術(shù)研究原油在模擬儲(chǔ)集層條件下的流動(dòng)性能。具體實(shí)驗(yàn)步驟為：①將原油注入模型直至完全飽和油（見(jiàn)圖2b）；②在100 mL/min恒速條件下將不同介質(zhì)注入模型直至模型中原油不再被驅(qū)替出；③對(duì)基質(zhì)區(qū)域進(jìn)行視頻圖像采集，通過(guò)Image J軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，計(jì)算驅(qū)替前后基質(zhì)區(qū)域含油飽和度與驅(qū)替效率[23]。

低場(chǎng)核磁共振巖心驅(qū)替評(píng)價(jià)：低場(chǎng)核磁共振技術(shù)基于質(zhì)子自旋弛豫原理，可以測(cè)定含氫質(zhì)子流體的T2（橫向弛豫時(shí)間）譜。較大的T2對(duì)應(yīng)巖心大孔隙區(qū)域，較小的T2對(duì)應(yīng)巖心小孔隙區(qū)域[34]。本文將低場(chǎng)核磁共振與巖心驅(qū)替聯(lián)用，通過(guò)測(cè)定飽和油、使用氘水配制的礦化水驅(qū)油和使用礦化氘水配制的濃度為0.1%的納米流體增滲驅(qū)油體系驅(qū)油過(guò)程中油的T2譜，評(píng)價(jià)納米流體增滲驅(qū)油體系的驅(qū)油效果?；夭ㄩg隔為0.3 ms，等待時(shí)間為3 000 ms，回波個(gè)數(shù)為8 000。對(duì)人造致密巖心依次進(jìn)行飽和油、礦化氘水驅(qū)、納米流體增滲驅(qū)油體系驅(qū)，驅(qū)替速度為0.01～0.02 mL/min。

2.3.3 高表界面活性特征評(píng)價(jià)

按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5370—1999《表面及界面張力測(cè)定方法》執(zhí)行，轉(zhuǎn)速為6 000 r/min。

2.3.4 雙相潤(rùn)濕特征評(píng)價(jià)

按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5153—1999《油藏巖石潤(rùn)濕性測(cè)定》執(zhí)行，測(cè)定納米流體增滲驅(qū)油體系與親水SiO2和親油SiO2界面的接觸角。

2.3.5 破乳降黏特征評(píng)價(jià)

原油破乳評(píng)價(jià)按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5281—2000《原油破乳劑使用性能檢測(cè)方法（瓶試法）》執(zhí)行；原油降黏評(píng)價(jià)按照中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 118—2013《水包油型稠油降黏劑技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 “小尺寸液”特征與擴(kuò)大微納米孔喉基質(zhì)波及體積機(jī)理

圖4顯示，當(dāng)納米流體增滲驅(qū)油體系濃度為0.1%時(shí)，水動(dòng)力學(xué)半徑均在30 nm以下，平均僅為10 nm左右，且分布窄，說(shuō)明體系整體呈“水包油”納米微乳液狀態(tài)。

圖4 濃度0.1%的納米流體增滲驅(qū)油體系在測(cè)試溫度85 ℃下的初始水動(dòng)力學(xué)半徑分布圖

圖5顯示，在模擬致密油儲(chǔ)集層條件下，濃度0.1%，0.3%和0.5%的納米流體增滲驅(qū)油體系初始平均粒徑分別為8.0，11.5，15.0 nm，這主要是因?yàn)殡S著體系濃度的增加，“水包油”納米微乳液液滴布朗運(yùn)動(dòng)加劇，碰撞幾率加大，致使體系初始粒徑略有增加，但整體粒徑保持在20 nm以下，說(shuō)明二苯醚表面活性劑形成的水相外殼穩(wěn)定性良好，可有效保持體系的“水包油”微乳液的“小尺寸液”狀態(tài)。隨著時(shí)間的不斷增加，濃度0.1%的體系微乳液狀態(tài)保持穩(wěn)定，平均粒徑為10 nm且基本保持不變；當(dāng)體系濃度提高至0.3%和0.5%時(shí)，隨著時(shí)間的增加體系粒徑隨之增加并達(dá)到平衡，最終穩(wěn)定在30 nm左右。

圖5 不同濃度納米流體增滲驅(qū)油體系在測(cè)試溫度85 ℃下的穩(wěn)定性

純凈水、礦化水、甜菜堿和納米流體增滲驅(qū)油體系的17O-NMR譜線(xiàn)半峰寬分別為125.56，96.42，80.02，65.71 Hz。可以看出，礦化水和2種化學(xué)劑對(duì)純凈水的17O-NMR譜線(xiàn)半峰寬均有一定程度的降低作用，其中，濃度為0.1%的納米流體增滲驅(qū)油體系可將純凈水的17O-NMR譜線(xiàn)半峰寬由125.56 Hz降至65.71 Hz，降低幅度約50%，降幅最大。這說(shuō)明納米流體增滲驅(qū)油體系可有效減弱水分子間的氫鍵締合作用，縮小水分子的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生可進(jìn)入致密油儲(chǔ)集層的“小尺寸液”。

圖6顯示，對(duì)于內(nèi)徑為1 μm、300 nm的親水和疏水毛細(xì)管，與注礦化水時(shí)相比，注納米流體增滲驅(qū)油體系時(shí)啟動(dòng)壓力梯度大幅下降，而注入甜菜堿時(shí)下降幅度相對(duì)較小。這主要是因?yàn)榧{米流體增滲驅(qū)油體系呈納米級(jí)“水包油”微乳液狀態(tài)，且體系穩(wěn)定性好，其“小尺寸液”特征可確保體系在親水、疏水微納米毛細(xì)管條件下有效運(yùn)移，從而大幅降低微納米孔隙的毛細(xì)阻力，有效擴(kuò)大基質(zhì)波及體積。而對(duì)于甜菜堿，由于在微納米毛細(xì)管注入過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生分子纏繞和聚集作用，降低微納米孔隙毛細(xì)阻力作用有限，有效擴(kuò)大微納米基質(zhì)波及體積能力有限。

圖6 不同注入介質(zhì)（濃度均為0.1%）注入親水和疏水毛細(xì)管時(shí)的啟動(dòng)壓力梯度

結(jié)合體系粒徑測(cè)試、氧譜核磁共振和啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，納米流體增滲驅(qū)油體系具有“小尺寸液”特征，可大幅降低微納米孔喉的啟動(dòng)壓力梯度，提高微納米級(jí)孔喉進(jìn)入能力，有效擴(kuò)大基質(zhì)波及體積。

3.2 “小尺寸油”特征與提高微納米孔喉基質(zhì)原油滲流能力機(jī)理

圖7 2.5維孔喉模型“小尺寸油”特征評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

圖7顯示，在原油表觀黏度分別為33.4 mPa·s和5.3 mPa·s條件下，向2.5維孔喉刻蝕模型中注入濃度0.1%的納米流體增滲驅(qū)油體系后，原油立即呈現(xiàn)“小尺寸油”分散狀態(tài)。這主要是因?yàn)轶w系呈“水包油”納米微乳液狀態(tài)，當(dāng)體系接觸原油后，原油與體系內(nèi)核原油解締合劑會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的分子間吸引作用，破壞體系“水包油”微乳液狀態(tài)，并釋放原油解締合劑進(jìn)入原油中，利用解締合劑與原油各組分的“相似相溶”作用，大幅減弱甚至消除原油飽和烴、環(huán)烷烴、芳烴等組分間的締合效應(yīng)，將原油“打碎”成“小尺寸油”分散狀態(tài)，大幅提高原油在孔隙和喉道中的滲流能力與運(yùn)移效率，有利于原油從基質(zhì)中被采出。根據(jù)基質(zhì)區(qū)域含油飽和度計(jì)算結(jié)果，注入1 PV（注入孔隙體積倍數(shù)）納米流體增滲驅(qū)油體系后基質(zhì)區(qū)域原油波及體積占比與洗油效率均超過(guò)95%，證實(shí)體系可大幅提高原油在模擬儲(chǔ)集層條件下的滲流能力。

圖8a為人造致密巖心飽和油、礦化氘水驅(qū)后、納米流體增滲驅(qū)油體系驅(qū)后剩余油的低場(chǎng)核磁共振T2譜，圖中各曲線(xiàn)的積分面積代表剩余油總量。經(jīng)計(jì)算可得，礦化氘水驅(qū)油效率為49.1%，且主要驅(qū)替較大孔隙（對(duì)應(yīng)較大的T2）中的原油；納米流體增滲驅(qū)油體系驅(qū)可在礦化氘水驅(qū)的基礎(chǔ)上將驅(qū)油效率總體再提高19.7個(gè)百分點(diǎn)，且較小孔隙區(qū)域（T2在0.1～10.0 ms）剩余油驅(qū)替效率與礦化氘水驅(qū)相比大幅提高。說(shuō)明體系更容易進(jìn)入致密巖心微納米孔喉，并改善原油在基質(zhì)內(nèi)流動(dòng)性能，利用“小尺寸油”特征有效提高微納米孔喉基質(zhì)原油驅(qū)替效率。

3.3 高表界面活性特征與提高洗油效率機(jī)理

圖8 水驅(qū)后、納米流體增滲驅(qū)油體系驅(qū)后剩余油T2譜（a）及不同T2區(qū)間的驅(qū)替效率（b）

圖9顯示，在濃度均為0.1%條件下，納米流體增滲驅(qū)油體系與新疆某致密油界面張力平衡值和甜菜堿與該致密油界面張力平衡值基本相同，達(dá)到1×10-2mN/m級(jí)別，遠(yuǎn)低于重烷基苯磺酸鹽與該致密油界面張力平衡值，說(shuō)明納米流體增滲驅(qū)油體系外殼二苯醚類(lèi)表面活性劑與原油間具有高界面活性特征，可大幅降低原油與表面活性劑水溶液的界面張力。結(jié)合表1可知，納米流體增滲驅(qū)油體系達(dá)到超低界面張力的時(shí)間最短，在4 min左右可使界面張力達(dá)到平衡值，主要是因?yàn)榧{米流體增滲驅(qū)油體系接觸原油后，其釋放的內(nèi)核原油解締合劑可大幅減弱原油各組分間締合作用，外殼表面活性劑分子更容易到達(dá)油水界面并規(guī)則排列，從而快速降低油水界面張力，提高儲(chǔ)集層基質(zhì)細(xì)小孔隙洗油效率。

圖9 測(cè)試溫度85 ℃下不同化學(xué)劑（濃度均為0.1%）與新疆某致密油界面張力變化曲線(xiàn)

表1 測(cè)試溫度85 ℃下不同化學(xué)劑（濃度均為0.1%）與新疆某致密油界面活性

3.4 雙相潤(rùn)濕特征與有效發(fā)揮毛細(xì)作用機(jī)理

由（1）式可知，當(dāng)毛細(xì)管半徑和界面張力一定時(shí)，接觸角（潤(rùn)濕性）是影響毛細(xì)管力滲吸作用的關(guān)鍵。當(dāng)注入介質(zhì)與界面的接觸角小于90°時(shí)，毛細(xì)管力發(fā)揮毛細(xì)滲吸作用，化學(xué)劑可自發(fā)滲吸進(jìn)入細(xì)小孔隙；當(dāng)注入介質(zhì)與界面的接觸角大于90°時(shí)，毛細(xì)管力則變?yōu)槊?xì)阻力，化學(xué)劑將無(wú)法自發(fā)進(jìn)入油濕儲(chǔ)集層，且容易產(chǎn)生水鎖效應(yīng)。致密油儲(chǔ)集層普遍存在親水、親油的混合潤(rùn)濕條件[35]，所以要求注入介質(zhì)與親水和親油界面接觸角均小于90°，從而在儲(chǔ)集層條件下有效發(fā)揮毛細(xì)滲吸作用。

式中pc——毛細(xì)管力，Pa；γ——界面張力，N/m；θ——接觸角，（°）；r——毛細(xì)管半徑，m。

由圖10可以測(cè)得，礦化水與親水、親油SiO2界面的接觸角分別為（9±1）°和（107±1）°，因此礦化水只能自發(fā)進(jìn)入水濕孔隙，不能自發(fā)進(jìn)入油濕孔隙。濃度0.1%的納米流體增滲驅(qū)油體系與親水和親油界面的接觸角分別為（46±1）°和（68±1）°。一方面說(shuō)明納米增滲驅(qū)油體系對(duì)水濕與油濕界面均具有良好的潤(rùn)濕性，可自發(fā)進(jìn)入親水、親油微納米孔隙基質(zhì)；另一方面顯示出該體系具有改變巖石潤(rùn)濕性的功能，可將親油儲(chǔ)集層變?yōu)槿跤H水，有效減少油水兩相毛細(xì)管末端效應(yīng)，發(fā)揮注入介質(zhì)毛細(xì)滲吸作用，提高在復(fù)雜儲(chǔ)集層條件下毛細(xì)作用適應(yīng)能力。

圖10 溫度85 ℃下礦化水及濃度0.1%的納米流體增滲驅(qū)油體系與親水和親油SiO2界面接觸角圖像

3.5 破乳降黏特征與改善原油流動(dòng)性機(jī)理

新疆某致密油在儲(chǔ)集層條件下極易與地層水發(fā)生反相乳化作用，原油采出液平均含水率為30%，且普遍呈現(xiàn)反相“油包水”狀態(tài)，導(dǎo)致原油表觀黏度大幅上升，嚴(yán)重影響原油在儲(chǔ)集層內(nèi)流動(dòng)性。表2顯示，在85 ℃、5 h條件下，納米流體增滲驅(qū)油體系對(duì)反相乳化原油具有良好的破乳脫水效果，用量為300 mg/L時(shí)破乳脫水率就超過(guò)80%，優(yōu)于市售水溶性破乳劑。

表2 85 ℃、5 h條件下不同體系對(duì)含水30%的反相乳化原油的破乳脫水效果對(duì)比

圖11顯示，加入納米流體增滲驅(qū)油體系可大幅降低反相乳化原油表觀黏度。在儲(chǔ)集層溫度85 ℃下，反相乳化原油表觀黏度從110 mPa·s下降至12 mPa·s左右，降黏率達(dá)89%，驗(yàn)證了納米流體增滲驅(qū)油體系可以輔助破乳降黏，提高原油流動(dòng)性。

圖11 反相乳化的新疆某致密油及其加入納米流體增滲驅(qū)油體系后黏溫曲線(xiàn)

4 結(jié)論

納米流體增滲驅(qū)油體系以二苯醚類(lèi)水溶性（雙子）表面活性劑為外殼，以C10—C14直鏈烴類(lèi)油溶性原油解締合劑為內(nèi)核，具有5大特征：①“小尺寸液”特征，可擴(kuò)大微納米孔喉基質(zhì)波及體積；②“小尺寸油”特征，可大幅提高原油在微納米孔喉基質(zhì)中的滲流能力與驅(qū)替效率；③雙相潤(rùn)濕特征，可在儲(chǔ)集層復(fù)雜潤(rùn)濕條件下有效發(fā)揮毛細(xì)作用；④高表界面活性特征，可有效提高細(xì)小孔隙基質(zhì)洗油效率；⑤破乳降黏特征，可提高原油在儲(chǔ)集層和井筒中的流動(dòng)性。體系5大特征及其提高采收率機(jī)理協(xié)同作用，可用于致密油儲(chǔ)集層補(bǔ)充地層能量、改善開(kāi)發(fā)效果與提高采收率等領(lǐng)域。