新型“雙微改善”復(fù)合調(diào)驅(qū)體系研究*

呂 鵬，劉長龍，李彥閱，趙 鵬，薛寶慶

（中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津300452）

隨著常規(guī)石油資源的不斷枯竭，稠油油藏開采技術(shù)已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。由于儲層非均質(zhì)性及稠油與水之間不利的油水流度比，稠油油藏的水驅(qū)采收率明顯低于常規(guī)油藏。改善儲層非均質(zhì)性以提高水驅(qū)波及體積和改善稠油與水流動(dòng)比以避免水驅(qū)指進(jìn)是提高稠油采收率的兩個(gè)主要研究方向。目前，具有代表性的技術(shù)分別為凍膠分散體系[1]，弱凝膠[2]，交聯(lián)聚合物微球[3]等專注于改善儲層非均質(zhì)性的凝膠調(diào)剖技術(shù)和聚合物及其復(fù)合體系（堿-聚合物-表面活性劑[4]、聚合物-表面活性劑[5]）、熱流體[6]，降粘劑[7]、混相CO2[8]等專注于降低油水流度比的調(diào)驅(qū)技術(shù)。在此技術(shù)上，筆者提出了雙微改善體系，該體系致力于同時(shí)改善儲層微觀非均質(zhì)性和油水流度比。本文在前期研究基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了MMI和MSI的相互影響及協(xié)同效應(yīng)并探討了BMIS的驅(qū)油機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

NaOH（≥99.5%）、NaHCO3（≥99.5%）、Na2CO3（≥99.5%）、NaCl（＞99.5%）、KCl（＞99.5%）、CaCl2（＞96%）和MgCl2·6H2O（＞99%），北京現(xiàn)代東方精細(xì)化工有限公司；BMIS體系由中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院提供；3個(gè)滲透率分別為1607、3210和6420md的均質(zhì)砂巖巖心由中國石油大學(xué)（北京）制備，分別將它們切成長、寬、高為300、45和45mm的小巖心以備組合使用。

實(shí)驗(yàn)用水為室內(nèi)模擬水，用于制備BMIS溶液。利用一次蒸餾水按照F油田注入水水質(zhì)分析結(jié)果顯示的離子組成配制而成。F油田注入水水質(zhì)分析結(jié)果見表1。

表1 F油田地層水離子組成（mg·L-1）Tab.1 Ion composition of formation brine in F Oilfield

以渤海F油田脫氣、脫水原油為油相進(jìn)行原油降粘及提高采收率實(shí)驗(yàn)。F油田脫水、脫氣原油性能見表2。

表2 F油田脫水原油性能Tab.2 Porperties of the oil from F Oilfield

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

Microtrac-S3500激光粒度分析儀（美國Microtrac公司）；DV-Ⅱ布氏粘度計(jì)（美國阿美泰克公司）；Hitachi S-3400N掃描電子顯微鏡（日本Hitachi公司）；驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置（中國海安石油科學(xué)研究儀器有限公司）。

2 結(jié)果與討論

2.1 MSI在BMIS中的膨脹性能

利用激光粒度分析儀研究MSI在BMIS中初始及膨脹后的粒徑分布。用公式（1）計(jì)算MSI的膨脹倍數(shù)。

式中Ndi：膨脹i天后MSI的膨脹倍數(shù)；Di：MSI在BMIS中膨脹i天后的平均直徑，μm；D0：MSI在BMIS中的初始平均直徑，μm。

MSI在BMIS中初始直徑平均值、不同膨脹時(shí)間后的直徑平均值及膨脹倍數(shù)見表3。

表3 MSI在BMIS中初始直徑平均值、不同膨脹時(shí)間后的直徑平均值及膨脹倍數(shù)Tab.3 Average of initial and expanding diameter of MSI in BMIS and the expanding times at different time

由表3可知，MSI在BMIS中水化膨脹10d后，粒徑膨脹倍數(shù)為2.39。相較于MSI單獨(dú)存在時(shí)的膨脹倍數(shù)，BMIS中MSI的膨脹倍數(shù)因MMI的存在有所降低。這是由于表面活性劑MMI在MSI顆粒表面的吸附所致。MMI在MSI顆粒表面的吸附產(chǎn)生了類似潤滑的效果，使得MSI更難吸收水分，導(dǎo)致MSI膨脹率降低。

2.2 BMIS中MSI的降粘作用

將油和模擬水按不同比例（7∶3、6∶4、5∶5、4∶6和3∶7）混合得到待測樣品。將每種混合樣品分為兩組，第一組作為對照空白實(shí)驗(yàn)組，第二組中分步加入定量的MSI、MMI，使MSI、MMI濃度分別達(dá)到3000和1600mg·L-1。將各待測樣品在50℃水浴中以250r·min-1的速度攪拌5min后，用布氏粘度計(jì)測定其粘度，并計(jì)算降粘率。不同條件下粘度測試結(jié)果及計(jì)算的降粘率見表4。

表4 不同乳化體系的粘度和降粘率Tab.4 Viscosity and viscosity reduction rate in different emulsification system

由表4可知，MMI由于分子間作用力吸附在MSI表面。MMI在MSI的吸附減弱了MMI與原油中活性組分的協(xié)同作用。相同條件（油水比例、MMI濃度）下，BMIS中原油的降粘率比MSI單獨(dú)存在時(shí)的降粘率有所降低。即使降粘率有所降低，當(dāng)油與BMIS溶液的比例為3∶7時(shí)，降粘率仍高達(dá)92.17%。這將顯著降低孔隙中的流體流動(dòng)阻力，提高油水流動(dòng)比，有助于提高原油采收率。

2.3 MMI及BMIS的電鏡掃描結(jié)果

采用冷凍法制樣，可以真實(shí)再現(xiàn)MMI及BMIS在溶液狀態(tài)下的聚集形態(tài)。將配制好的MMI、BMIS樣品迅速轉(zhuǎn)移至冷凍臺上，在-70℃條件下灌注液N2，同時(shí)抽真空，使溶液中的水分升華而除去，最終制得干樣。將制得的干樣置于一定真空度的高壓電場中，在干樣表面鍍上一層可以導(dǎo)電的金屬膜（金），噴金分兩次進(jìn)行，每次30s。將樣品從冷凍室中取出直接移入電子顯微鏡樣品室進(jìn)行結(jié)構(gòu)觀察、分析。MSI和BMIS的電鏡掃描結(jié)果見圖1。

圖1 MSI、BMIS電鏡掃描結(jié)構(gòu)Fig.1 Microstructure observing of MSI and BMIS

MSI在水溶液中呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。BMIS中MMI吸附在MSI顆粒表面后，使整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更稀疏，連接骨架更細(xì)。MMI通過靜電、氫鍵和疏水作用吸附在MSI顆粒表面。這是復(fù)合體系中MSI膨脹率降低、MMI降粘率降低的原因。根據(jù)DLVO理論，帶電粒子之間的靜電斥力將使結(jié)構(gòu)更加松散。MMI起到了潤滑劑的作用，增加了MSI表面的光滑度，降低了MSI之間的摩擦，有利于MSI在多孔介質(zhì)中的遷移。

2.4 BMIS提高采收率性能研究

從3種不同滲透率巖心中各取一塊形成非均質(zhì)并聯(lián)巖心模型。在50℃下，利用非均質(zhì)并聯(lián)巖心模型評價(jià)4種不同方案的提高采收率效果。4種方案如下：

方案1 段塞組成-；

方案2 段塞組成0.1 PV MSI溶液（3000mg·L-1）+0.2 PV MMI溶液（1600mg·L-1）；

方案3 段塞組成0.2 P V MM I溶液（1600m g·L-1）+0.1 P V MS I溶液（3000m g·L-1）；

方案4 段塞組成0.3 P V BM I S溶液（MS I（1000m g·L-1）,MM I溶液（1067m g·L-1）。評價(jià)實(shí)驗(yàn)的具體過程簡述如下：

首先，對稠油飽和模型進(jìn)行水驅(qū)，直至含水達(dá)到98%；

然后，按4種方案分別注入一定P V的不同驅(qū)替段塞后轉(zhuǎn)注水進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，直至含水率達(dá)到98%。

水驅(qū)和不同驅(qū)替體系的注入速度均為0.2mL·min-1，方案2～4中，MSI和MMI的注入量（質(zhì)量）相同。

不同驅(qū)油方案對提高采收率的影響見表5。

表5 不同驅(qū)替方法對采收率的影響Tab.5 Effect of different displacement method on oil recovery

相同藥劑注入量條件下，復(fù)合體系BMIS比單劑、多段塞方案的提高采收率更為顯著。

由表5可知，微球-表面活性劑復(fù)合驅(qū)油體系最大限度地結(jié)合了微球和表面活性劑的驅(qū)油機(jī)理，兩者具有良好的協(xié)同效應(yīng)。微球通過聚集和架橋作用堵塞非均質(zhì)儲層孔隙，改變驅(qū)替流體的流向，提高微觀波及體積。表面活性劑能改變巖石表面的潤濕性，降低油水界面張力，提高驅(qū)替效率。復(fù)合體系通過MSI和MMI的協(xié)同作用，不僅可以通過增大波及體積提高剩余油動(dòng)用程度，而且可以通過乳化作用使更多剩余油流動(dòng)起來。復(fù)合體系同時(shí)改善了儲層微觀結(jié)構(gòu)和油水流度比。兩者的綜合作用可以大幅度地驅(qū)替油藏中的剩余油，最大限度提高采收率。

3 結(jié)論

（1）MSI在BMIS中膨脹10d后，膨脹倍數(shù)為2.39。當(dāng)油與BMIS溶液（MSI:3000mg·L-1;MMI:1600mg·L-1）的比例為3∶7時(shí)，MMI對原油的降粘率高達(dá)92.17%。

（2）MSI在水溶液中呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。BMIS中MMI吸附在MSI顆粒表面后，使整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更稀疏，連接骨架更細(xì)。

（3）相同注入量下，BMIS復(fù)合體系比單一改善劑、多段塞注入法的提高采收率更顯著。

（4）復(fù)合體系通過MSI和MMI的協(xié)同作用，不僅可以通過增大波及體積提高剩余油動(dòng)用程度，而且可以通過乳化作用使更多剩余油流動(dòng)起來。復(fù)合體系同時(shí)改善了儲層微觀結(jié)構(gòu)和油水流度比。兩者的綜合作用可以大幅度地驅(qū)替油藏中的剩余油，最大限度提高采收率。