納米乳液在海上低滲透采油平臺的應(yīng)用研究

杜孟云，于祥春，孫繁榮

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

低滲透油藏根據(jù)滲透率不同可分為[1]：低滲透油藏(10×10-3～50×10-3μm2)；特低滲透油藏(1×10-3～10×10-3μm2)；超低滲油藏(0.1×10-3～1×10-3μm2)。隨著海上油氣田開發(fā)力度的加大，越來越多的低滲油藏被發(fā)現(xiàn)，未開發(fā)儲量中低滲、特低滲儲量所占比例越來越高。雖然受環(huán)境條件和開采成本的制約較大，使海上低滲透油藏的開發(fā)較陸上開發(fā)更加困難[2]。但在保障國家能源安全和中海油增儲上產(chǎn)的目標(biāo)下，充分開發(fā)海上低滲、特低滲油藏的意義重大。因此，這些油藏需要更高效的技術(shù)，以經(jīng)濟(jì)有效地解決開采過程中的困難和風(fēng)險(xiǎn)。

低滲、特低滲油藏一般巖石物性差、孔喉細(xì)小，因而會導(dǎo)致注水壓力高、含水上升較快、采收率低的問題。陸上低滲油藏開發(fā)經(jīng)驗(yàn)較多，常用的提高采收率技術(shù)有：井網(wǎng)加密、酸化壓裂、氣驅(qū)、化學(xué)驅(qū)等[3]。相對于陸上油田，海上油田的注采井網(wǎng)并不是很完善，且注采井距相對較大，受諸多因素限制，導(dǎo)致完善井網(wǎng)所需的費(fèi)用投入較大[4]。常規(guī)酸化壓裂施工時(shí)通常有施工壓力高、注入排量低，導(dǎo)致酸化后增液效果差等問題[5]。化學(xué)驅(qū)是通過在注入水中加入聚合物、表面活性劑、堿等化學(xué)劑，改變驅(qū)替流體及油藏流體間的相互作用，達(dá)到提高采收率的目的。

活性水體系能有效降低界面張力、提高采收率，但低滲、特低滲油藏巖石孔喉細(xì)小，對注入液體粒徑要求高。納米乳液外觀呈透明、半透明狀態(tài)，液滴粒徑在50-500 nm范圍內(nèi)，能夠進(jìn)入微小孔隙中[6]。因此，本文擬將活性水體系與納米乳液體系原理相結(jié)合，得到具有納米尺寸及活性水特性的納米乳液體系[7]。使該體系粒徑能夠達(dá)到進(jìn)入低滲、特低滲油藏的微小巖石孔隙中的標(biāo)準(zhǔn)，解決注入壓力高的問題，同時(shí)利用乳液膠束增溶和有機(jī)溶劑增溶的作用提高驅(qū)油效率。

1 儲層分析

海上H油藏X區(qū)塊儲層孔隙度分布范圍為6.7～18.2%；滲透率主要分布在1×10-3～8.4×10-3μm2，地層原油粘度在42～280 mPa·s，屬于低孔低滲油藏，油藏地下原油粘度差異大，驅(qū)替過程中會出現(xiàn)流動阻力增大、排驅(qū)壓力高的問題。

2 微乳液制備

2.1 有機(jī)溶劑

針對該油藏原油粘度差異大的問題，選用工業(yè)級D-檸檬烯作為有機(jī)溶劑。檸檬烯是一種天然有機(jī)溶劑，能增強(qiáng)體系對原油重質(zhì)烴組分的溶解能力，降低驅(qū)替阻力，且對地層環(huán)境傷害較小[8]。本文以D-檸檬烯為有機(jī)溶劑，與表面活性劑/水復(fù)配制備微乳液，并根據(jù)微乳液稀釋法制備納米乳液。

2.2 表面活性劑

親水親油平衡(HLB)法確定有機(jī)溶劑D-檸檬烯乳化所需的HLB值為12.5。根據(jù)該HLB值將陰離子表面活性劑SDS和5種非離子表面活性劑復(fù)配，在恒溫條件下，將各表面活性劑體系分別乳化D-檸檬烯/水/醇混合物，根據(jù)乳化效果繪制三相圖[9](圖1)，篩選表面活性劑復(fù)配體系如表1所示。

圖1 不同表面活性劑復(fù)配體系的微乳液擬三相圖

表1 表面活性劑復(fù)配體系

計(jì)算五種體系的微乳區(qū)面積，判斷出SDS+JFC為表面活性劑時(shí)乳化效果最好。因此確定SDS/JFC按1：1.2復(fù)配體系為乳化劑。

2.3 醇的種類與比例

將SDS/JFC復(fù)配體系分別與正丁醇、異丁醇、異丙醇、正戊醇=1：1混合，乳化D-檸檬烯/水混合物。根據(jù)2.2的方法繪制三相圖(圖2-a)，根據(jù)四種體系的微乳區(qū)域面積，確定正戊醇為微乳液體系的最佳助表面活性劑。同樣根據(jù)微乳液三相圖(圖2-b)確定正戊醇與表面活性劑用量之比(Km值)為1：1。

圖2 不同醇作為助劑微乳液擬三相圖

綜上所述，微乳液體系選用表面活性劑與醇（SDS：JFC：正戊醇=1：1.2：2.2）復(fù)配作為乳化劑，蒸餾水為水相，D-檸檬烯為有機(jī)溶劑，油水比為1：4?；旌虾笞园l(fā)形成均一透明的微乳液。

3 納米乳液制備及性能評價(jià)

3.1 納米乳液的制備

將上節(jié)制備的微乳液用地層注入水分別以0.02wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.5wt%和1wt%的比例稀釋得到納米乳液。

圖3 微乳液稀釋法得到的納米乳液

3.2 納米乳液粒徑分析

采用冷凍斷裂復(fù)型制樣技術(shù)，在JEM-2000EX電鏡下觀察所制備納米乳液體系的微觀結(jié)構(gòu)并分析其粒徑范圍，由圖4可以看出納米乳液粒徑基本分別在110 nm以內(nèi)，屬于納米級范圍。

圖4 納米乳液粒徑分析

3.3 納米乳液驅(qū)油性能評價(jià)

對微乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.02wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.5wt%和1wt%的納米乳液進(jìn)行驅(qū)油性能評價(jià)，分別對應(yīng)1-7號巖心以0.1mL/min的速度，先后進(jìn)行水驅(qū)、納米乳液驅(qū)、后續(xù)水驅(qū)，至驅(qū)替壓力穩(wěn)定。物理模擬驅(qū)替實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)如表2所示，各驅(qū)替階段的壓力、產(chǎn)液量圖5所示。

表2 納米乳液模擬驅(qū)替實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)

圖5 納米乳液物理模擬驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)圖5可以看出，注入納米乳液后采收率均有明顯提升，降壓性能也比較明顯。對比7組納米乳液的增油率和降壓率，發(fā)現(xiàn)微乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1wt%以下時(shí)，增油率較低；當(dāng)微乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.3wt%時(shí)，增油率能達(dá)到25%以上且降壓率能達(dá)到20%。說明當(dāng)微乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3wt%以上時(shí)，納米乳液的降壓增油效果達(dá)到比較理想的狀態(tài)。衡量實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)成本與效益，本文選擇將微乳液以0.3%的比例稀釋得到最終的納米乳液體系。

4 驅(qū)油機(jī)理分析

（1）納米級尺寸的乳液易進(jìn)入微小孔縫

納米乳液膠束粒徑在100nm左右，遠(yuǎn)小于低滲油藏巖心孔隙半徑，能夠順利通過低滲、特低滲儲層的細(xì)小孔喉和裂縫。解決了常規(guī)表面活性劑溶液進(jìn)入微小孔隙難的問題。

（2）納米乳液膠束有效溶解重質(zhì)烴組分

納米乳液制備過程中選用有機(jī)溶劑D-檸檬烯作為膠束內(nèi)核。檸檬烯在結(jié)構(gòu)和溶解能力上類似于芳香族溶劑，和二甲苯相仿，能夠溶解重油、蠟、瀝青質(zhì)、角質(zhì)等重質(zhì)烴，是石油沉淀物的優(yōu)質(zhì)溶劑。在驅(qū)替過程中有助于高效地乳化重質(zhì)烴組分，降低驅(qū)動壓力，提高采油率。

（3）表面活性劑降低界面張力

納米乳液中的表面活性劑組分能有效降低油水界面張力，可大大降低將油滴從巖石表面脫離所克服的黏附功，有效地增強(qiáng)洗油能力。

5 海上平臺化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)設(shè)計(jì)

海上采油平臺空間有限、載重小、面積小，陸地常用的大體積大面積藥劑注入裝置無法使用，因此通常采用模塊化、橇裝化形式，便于根據(jù)現(xiàn)場條件進(jìn)行布置和安裝。

本納米乳液體系的母液-微乳液，具有較好的熱力學(xué)穩(wěn)定性和動力學(xué)穩(wěn)定性，在長期放置過程中不會發(fā)生上浮、聚結(jié)、沉降、絮凝等不穩(wěn)定現(xiàn)象，有利于實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行長久儲存及運(yùn)輸。因此，在進(jìn)行海上油田的驅(qū)替作業(yè)時(shí)，可先由陸地實(shí)驗(yàn)室制備微乳液，后運(yùn)送至儲罐儲存。在海上采油平臺將母液與生產(chǎn)水系統(tǒng)以既定比例稀釋，得到納米乳液體系，以兼顧實(shí)際應(yīng)用的便利性與經(jīng)濟(jì)可行性。

海上化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)裝置有固定式和移動式兩種，本文根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用情況，將本納米乳液注入系統(tǒng)設(shè)計(jì)為固定式裝置。如圖6化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)簡圖所示，該系統(tǒng)主要包括藥劑儲罐、攪拌機(jī)、電加熱器、高壓注入泵、控制系統(tǒng)及其他附屬設(shè)備管道等。本納米乳液藥劑注入系統(tǒng)控制在控制中心實(shí)現(xiàn)，包括液位、壓力、溫度、流量、攪拌時(shí)間、注入時(shí)間等參數(shù)的PID控制。納米乳液藥劑儲罐儲存能力需要充分考慮平臺供應(yīng)船的運(yùn)送時(shí)間表，通常為一個(gè)星期，即可在7天內(nèi)連續(xù)注入。

圖6 化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)簡圖

6 結(jié)論

（1）本文制備了SDS+JFC/正戊醇/D-檸檬烯/NaCl水微乳液體系，并用地層注入水按0.3%的比例稀釋，可形成粒徑在100nm左右的納米乳液。

（2）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該納米乳液體系能有效降低注入壓力，并提高原油采收率。

（3）所制備的試劑體系將活性水體系和納米乳液的優(yōu)勢結(jié)合，能夠滲透進(jìn)低滲油藏的微小孔隙中，溶解重油、蠟、瀝青質(zhì)、角質(zhì)等重質(zhì)烴組分。

（4）本文結(jié)合海上采油平臺的實(shí)際生產(chǎn)狀況，開展了經(jīng)濟(jì)、可行的海上化學(xué)驅(qū)技術(shù)研究，為提高海上低滲油田采收率探索出一種可行性方法，并為海上油田經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)提供了技術(shù)保障。