嚴(yán) 蘭

(中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，東營(yíng) 257015)

勝利油田自開展聚合物驅(qū)及聚合物/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)以來，取得了顯著的降水增油效果;但隨著化學(xué)驅(qū)規(guī)模擴(kuò)大，適合三次采油的油藏資源越來越少。據(jù)資料顯示，勝利油田中低滲高溫油藏資源豐富，儲(chǔ)量巨大。地層溫度95～120 ℃，滲透率(50～100)×10－3μm2，油藏單元地質(zhì)儲(chǔ)量 2.3×108t，占全油田儲(chǔ)量的14.6%，且采出程度低，基本尚未動(dòng)用。

對(duì)中低滲高溫油藏來說，采用常規(guī)聚合物作為擴(kuò)大波及的手段存在注入困難、黏度保留率低等問題，而適用于高溫高鹽油藏的新型聚合物目前還尚未取得突破。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)［1］，乳狀液黏度較高(尤其W/O型)，產(chǎn)生乳狀液后流度比下降，可提高宏觀和微觀(相鄰孔隙和巖心級(jí))波及體積。如果研制出在地層中易形成穩(wěn)定的乳狀液驅(qū)替體系，可能會(huì)進(jìn)一步提高油藏的驅(qū)油效率，并可代替(或部分代替)聚合物。由于一些表面活性劑的耐溫、耐礦化度性能好于聚合物，有可能解決高溫低滲油藏的流度控制問題。

本研究對(duì)CH系列表面活性劑進(jìn)行耐老化實(shí)驗(yàn)及HLB值計(jì)算，以此為依據(jù)篩選了乳狀液所需表面活性劑，并對(duì)以此表面活性劑配制的油水乳狀液體系進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，考察其在中低滲油藏應(yīng)用的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與原料

旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀，TEXAS－500，美國(guó)彪馬公司;流變儀，Physica MCR300，Anton Paar;烘箱，DHG－9140A型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;天平，LP620S，Sartorius;螺口樣品瓶，20 mL，上海安譜科學(xué)儀器有限公司。

純17塊NX9模擬原油，黏度5.6 mPa·s;純5注入水，礦化度 9652 mg/L，Ca2++Mg2+278 mg/L;地層水，礦化度12478 mg/L，Ca2++Mg2+478 mg/L;表面活性劑樣品CH系列，陰非兩性離子表面活性劑，遠(yuǎn)大化工有限公司提供 ;填砂管，尺寸為 φ2.5 cm ×30 cm，滲透率150 ×10－3μm2。

1.2 耐老化性能測(cè)定方法

用純5注入水配制0.4%CH系列表面活性劑溶液，在 110℃烘箱中老化 3 d，使用TEXAS－500旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測(cè)定油水動(dòng)態(tài)界面張力，觀察溶液中是否相分離或沉淀生成，測(cè)定溫度為80℃。

1.3 HLB值的測(cè)定及計(jì)算

按照文獻(xiàn)［2］測(cè)定純17塊NX9模擬原油乳化所需HLB值;按照文獻(xiàn)［3］計(jì)算CH系列表面活性劑的HLB值。

1.4 乳狀液的配制

稱取表面活性劑樣品加入螺口樣品瓶中，加入一定量純5注入水，稀釋搖勻，再加入適量的模擬原油(70℃烘箱恒溫2 h)，手工搖動(dòng)200次，使油水混合均勻，置于110℃烘箱中待用。

1.5 乳狀液穩(wěn)定性能實(shí)驗(yàn)

將裝有乳狀液的螺口樣品瓶放入110℃烘箱中，記錄不同時(shí)間析出水體積。以增溶水率評(píng)價(jià)乳狀液的穩(wěn)定性能，增溶水率fv計(jì)算公式如下。

式中，V1為配制乳狀液所用水體積，mL;V2為析出水的體積，mL。

1.6 物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

將填砂管飽和地層水及NX9模擬原油后，在110℃烘箱中老化12 h。再以0.23 mL/min的驅(qū)替速度將填砂管水驅(qū)至含水率94%，注入0.5 PV 0.6%CH8表面活性劑驅(qū)替溶液，直至含水率達(dá)100%，計(jì)算水驅(qū)后采收率;填充同樣條件的填砂管飽和地層水，飽和模擬原油，以相同的速度注入0.1 PV 乳狀液 +0.5 PV 0.6%CH8。

2 乳狀液驅(qū)用表面活性劑的篩選

乳狀液驅(qū)提高采收率的主要作用機(jī)理是利用合適的乳化劑(表面活性劑)將不相溶的油水相乳化成較高黏度的W/O或O/W乳狀液，從而起到乳化攜帶及乳狀液調(diào)剖作用。對(duì)乳狀液驅(qū)體系而言，要求表面活性劑乳化能力和降低界面張力二者兼?zhèn)?。良好的乳化能力有助于?qū)油體系在地層中波及幅度增加;而油水界面張力的降低能使油滴在地層中形變拉伸，易流動(dòng)，通過狹小的巖石孔隙。另外，界面張力的降低可使巖石由油濕變?yōu)樗疂瘢褂偷我讋冸x巖石，達(dá)到驅(qū)油目的［4］。同時(shí)還要求表面活性劑在油藏溫度下性能穩(wěn)定，不分層、絮凝、堵塞地層，這對(duì)高溫低滲油藏極為重要，對(duì)表面活性劑的篩選也較苛刻。

在110℃下老化3 d，考察CH系列10個(gè)表面活性劑樣品的耐老化性能，結(jié)果見表1。

表1 CH系列表面活性劑耐老化試驗(yàn)結(jié)果

從表1看出，在110℃下多個(gè)表面活性劑出現(xiàn)相分離、混濁及沉淀現(xiàn)象，喪失部分或全部的界面活性，僅 CH2，CH5，CH8，CH94 個(gè)樣品溶液澄清，界面活性較高，油水界面張力達(dá)10－3mN/m。

對(duì)油水體系來說，要形成性能優(yōu)良的乳狀液，乳化劑的選擇是關(guān)鍵。生產(chǎn)中對(duì)乳化劑的選擇有多種方法和原則，其中HLB值一直被作為選擇乳化劑的重要依據(jù)和手段。本研究對(duì)CH2、CH5、CH8、CH94個(gè)耐老化性能較好的表面活性劑樣品進(jìn)行HLB值計(jì)算，并與NX9模擬原油乳化所需的最佳HLB值比對(duì)，結(jié)果見表2。表面活性劑樣品中CH8的 HLB值是9.2，與乳化 NX9模擬原油所需的最佳HLB值(9.4)最接近。因此，選用CH8作為乳化劑配制油水乳狀液。

表2 CH系列表面活性劑HLB值計(jì)算結(jié)果

3 乳狀液體系性能評(píng)價(jià)

在三次采油中，乳狀液的流變性是其驅(qū)油性能好壞的關(guān)鍵。乳狀液的流變性不僅受內(nèi)相濃度、乳化劑濃度因素的影響，且受熱力條件、剪切條件及時(shí)間因素的影響，均使乳狀液的宏觀性質(zhì)發(fā)生變化［5］。

3.1 含水率對(duì)乳狀液黏度的影響

配制5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)CH8的系列乳狀液，在110℃下，考察含水率對(duì)乳狀液黏度的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 含水率對(duì)乳狀液黏度的影響

從圖1看出，NX9 模擬原油黏度5.6 mPa·s。含水率為30%時(shí)，乳狀液黏度為9.2 mPa·s，說明該乳狀液類型為W/O型;隨著含水率增加，乳狀液黏度增加，當(dāng)含水率為55%時(shí)，黏度達(dá)最高，為13.3 mPa·s;當(dāng)含水率達(dá)60%時(shí)，乳狀液黏度陡降至3.2 mPa·s，再增加含水率，乳狀液黏度基本不變。這是由于含水率超過“轉(zhuǎn)相點(diǎn)”后［6］，乳狀液內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)相，由W/O型轉(zhuǎn)變?yōu)镺/W型，導(dǎo)致體系黏度急劇下降。

3.2 CH8質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)乳狀液黏度的影響

其他條件不變，配制含水率50%的系列乳狀液，考察CH8質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)乳狀液黏度的影響，結(jié)果見圖2。當(dāng)CH8質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，由于表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，導(dǎo)致乳化效率低，體系黏度僅為2.2 mPa·s;當(dāng)CH8質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，體系黏度達(dá)8.5 mPa·s，遠(yuǎn)高于 NX9模擬原油黏度;再增加 CH8質(zhì)量分?jǐn)?shù)，體系黏度增加。當(dāng)CH8質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%時(shí)，對(duì)純5注入水/NX9模擬原油體系具有較好的增黏效果。

圖2 CH8質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)乳狀液黏度的影響

3.3 乳狀液耐溫抗剪切性能

用純5注入水配制含水率50%、CH8質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的乳狀液，考察溫度和剪切速率對(duì)體系黏度的影響，結(jié)果見圖3。隨著溫度增加，乳狀液黏度迅速降低，但當(dāng)溫度大于110℃時(shí)，黏度變化不大。另外，在較低溫度時(shí)乳狀液表觀黏度受剪切速率的影響較大，剪切稀釋性明顯;而當(dāng)升至一定溫度后，乳狀液表觀黏度對(duì)剪切速率變化不敏感。溫度為 70 ℃ 時(shí)，剪切速率為 7.34，30.00，60.00 s－1時(shí)，對(duì)應(yīng)的乳狀液黏度依次為 128.0，75.0，44.9 mPa·s;而當(dāng)溫度升至110 ℃時(shí)，剪切速率為 7.34，30.00，60.00 s－1時(shí)，對(duì)應(yīng)的乳狀液黏度依次為30.0，20.1，11.7 mPa·s，各剪切速率下的表觀黏度差異減小;當(dāng)溫度繼續(xù)升至150℃時(shí)，剪切速率為 7.34，30.00，60.00 s－1時(shí)，對(duì)應(yīng)的乳狀液黏度趨于同一點(diǎn)。這是因?yàn)楫?dāng)溫度較低時(shí)，油水乳狀液呈假塑性流體，由于絮凝效應(yīng)和液滴變形表現(xiàn)出較強(qiáng)的剪切稀釋性，導(dǎo)致各剪切速率下的黏度差異較大;而當(dāng)溫度升至某一值時(shí)，乳狀液由假塑性流體轉(zhuǎn)變成牛頓流體，其表觀黏度基本不隨剪切速率而變化［7］。

圖3 溫度和剪切速率對(duì)乳狀液黏度的影響

3.4 乳狀液靜態(tài)穩(wěn)定性能

根據(jù)熱力學(xué)理論，乳狀液是一種不穩(wěn)定體系，最終均破乳分層，析出油相或水相，影響產(chǎn)品質(zhì)量。110℃下，CH8質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%，考察不同含水率的乳狀液體系30 d的穩(wěn)定性能，結(jié)果見圖4。當(dāng)含水率為40%～80%時(shí)，乳狀液增溶水率處于“升－降－升－降”動(dòng)態(tài)波動(dòng)狀態(tài)，即乳狀液體系隨著時(shí)間增加處于“乳化－破乳－再乳化”動(dòng)態(tài)平衡中;而當(dāng)含水率增加至90%時(shí)，乳狀液增溶水率基本為零，說明其穩(wěn)定性差，油水乳化困難，這說明乳狀液驅(qū)不適合超高含水(含水率≥90%)油藏。

圖4 含水率對(duì)乳狀液穩(wěn)定性能的影響

3.5 物理模擬驅(qū)油試驗(yàn)結(jié)果

物理模擬驅(qū)油試驗(yàn)是室內(nèi)評(píng)價(jià)化學(xué)驅(qū)配方的重要環(huán)節(jié)，通過在實(shí)驗(yàn)室模擬地層條件(包括地層實(shí)際溫度、壓力、滲透率、含油飽和度等)，對(duì)配方的注入濃度、注入量、注入時(shí)機(jī)等進(jìn)行篩選，也可對(duì)配方進(jìn)一步優(yōu)化，制定合適的注入方案。考察單一表面活性劑水驅(qū)、乳狀液/表面活性劑驅(qū)對(duì)提高采收率的影響，結(jié)果見表3。單一表面活性劑驅(qū)提高采收率為6.3%;乳狀液/表面活性劑驅(qū)提高采收率為15.8%，即2#巖心中乳狀液驅(qū)對(duì)采心率的貢獻(xiàn)為9.5%。說明乳狀液/表面活性劑驅(qū)驅(qū)油效果明顯高于單一表面活性劑水驅(qū)，對(duì)采收率的貢獻(xiàn)主要是乳狀液，通過乳狀液的調(diào)剖堵水、乳化攜帶及降低界面張力洗油能力實(shí)現(xiàn)驅(qū)油效果［8］。

表3 不同注入量和注入方式對(duì)驅(qū)油性能的影響

4 結(jié)論

(1)CH8表面活性劑在110℃下溶液澄清，界面活性高，界面張力達(dá)10－3mN/m，且CH8理論計(jì)算HLB值與NX9模擬原油所需HLB值接近，易用作NX9模擬原油、純5注入水乳化所需乳化劑。

(2)用CH8、NX9模擬原油及純5注入水配制的油水乳狀液在含水率達(dá)55%時(shí)發(fā)生相轉(zhuǎn)變，由W/O型變成O/W型，黏度迅速下降;溫度≥110℃時(shí)，各剪切速率下的黏度值差異減小，流體抗剪切能力增強(qiáng);通過物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)證實(shí)，乳狀液對(duì)采收率的貢獻(xiàn)高于表面活性劑驅(qū)。

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