殷代印，賈江芬

(東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

低滲透油藏的天然物性較差，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，低孔低滲現(xiàn)象普遍，油藏非均質(zhì)性差，天然能量低，滲流阻力大，地層壓力下降快，油藏見水后由于地層壓力急劇下降導(dǎo)致油井產(chǎn)量驟降，因此，低滲透油藏開發(fā)難度較大[1-5]。微乳液驅(qū)具有降低界面張力、改變油水流度比和巖石表面潤濕性的特點(diǎn)，從而提高原油采收率，達(dá)到進(jìn)一步提高油藏開發(fā)效果的目的。楊珂等[6]通過驅(qū)油效率對微乳液配方的優(yōu)選進(jìn)行研究，驗(yàn)證了微乳液提高采收率的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)證明，界面張力對相對滲透率曲線和殘余油飽和度都有較大影響。近年來，微乳液驅(qū)油廣泛應(yīng)用于三次采油，在低滲透油藏中的開發(fā)效果最為明顯。微乳液中的表面活性劑是降低界面張力的主要因素，乳化作用是提高驅(qū)油效率的重要因素，更多的研究表明[7-10]加入鹽、醇的微乳液體系驅(qū)油效果更好。前人對微乳液的研究主要側(cè)重配方的研制、驅(qū)油效果的評價(jià)，缺乏詳細(xì)的機(jī)理研究和剩余油動用狀況研究[11]。本課題從宏觀和微觀兩方面相結(jié)合說明微乳液驅(qū)提高采收率的機(jī)理，為提高采收率提供理論依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及材料

真空泵，上海真空泵廠海安分廠生產(chǎn)；HW-4A型恒溫箱，海安華達(dá)石油儀器有限公司生產(chǎn)；HSB-100型雙缸恒速恒壓泵，海安縣石油科研儀器有限公司生產(chǎn)；TY-2型巖心夾持器，江蘇海安石油儀器廠制造。

實(shí)驗(yàn)所用模擬油是以大慶第十采油廠原油與煤油按一定比例配制而成，模擬油45 ℃的動力黏度為9.7 mPa·s；模擬鹽水的礦化度分別為6 778 mgL和508 mgL；大慶油田第十采油廠天然巖心標(biāo)記為2-1，3-1，6-1，7-1；光刻玻璃模型天然巖心編號為1號，2號，3號；正辛烷，分析純，純度大于95%，沈陽華東試劑廠生產(chǎn)；十二烷基磺酸鈉，分析純，純度大于99%，沈陽華東試劑廠生產(chǎn)；正丁醇，分析純，純度大于98%，沈陽華東試劑廠生產(chǎn)；NaCl，分析純，純度大于95%，沈陽華東試劑廠生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)利用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)最佳微乳液體系，以不同含量的十二烷基磺酸鈉、正丁醇和NaCl為影響因素，以溶液體系的界面張力為評價(jià)指標(biāo)，根據(jù)各水平因素的加權(quán)平均值優(yōu)選出最佳的微乳液配方。

1.2.2天然巖心微乳液驅(qū)油實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟：①將巖心抽真空，然后飽和模擬地層水，測定其滲透率和孔隙度；②用模擬油驅(qū)替巖心至出口端不再見水為止，計(jì)算巖心的初始含油飽和度；③在45 ℃的恒溫條件下用礦化度為508 mgL的模擬水驅(qū)替巖心中的原油，直至出口端含水率第1次達(dá)到98%；④轉(zhuǎn)注累積注入倍數(shù)為0.3的微乳液，然后進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，直至出口端含水率再次達(dá)到98%時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

1.2.3光刻玻璃模型微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)以光刻玻璃模型為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，該模型具有孔隙結(jié)構(gòu)真實(shí)可靠、透明度高、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，其具體制作過程如下：對大慶外圍低滲透典型區(qū)塊進(jìn)行取心，得到不同滲透率的天然巖心，將所取巖心的孔隙結(jié)構(gòu)照片印在玻璃板底上，并利用氫氟酸的腐蝕作用，使底板上的孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)立體化。然后在蓋板上鉆出所需的注入端和采出端，把蓋板和底板粘連在一起，最終形成不同滲透率的光刻玻璃模型。制作好的光刻玻璃模型如圖1所示。利用光刻玻璃模型進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，通過微觀圖像采集系統(tǒng)將驅(qū)油過程的圖像保存在計(jì)算機(jī)上，為后續(xù)的圖像處理和分析提供條件。將計(jì)算機(jī)與顯微鏡結(jié)合構(gòu)成微觀圖像采集系統(tǒng)，將顯微鏡的圖像信號轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)數(shù)字信號，拍攝并保存整個(gè)微乳液驅(qū)油過程中的圖像，實(shí)現(xiàn)微觀驅(qū)油過程的可視化，這是光刻玻璃模型最大的優(yōu)勢，有助于深入研究剩余油的類型和分布規(guī)律。具體實(shí)驗(yàn)方法如下：①將光刻玻璃模型飽和模擬油在45 ℃的恒溫條件下放置2 h；②用礦化度為6 778 mgL的模擬鹽水以恒定的速率驅(qū)替模型中的原油，直至采出液中不再含油為止，利用微觀圖像采集系統(tǒng)全程錄制驅(qū)油過程，計(jì)算采收率，分析剩余油的類型和分布規(guī)律；③注入微乳液體系驅(qū)替水驅(qū)油后形成的剩余油，直至出口端不再含油為止。利用微觀圖像采集系統(tǒng)全程錄制驅(qū)油過程，計(jì)算微乳液驅(qū)采收率，分析驅(qū)替過程中不同時(shí)刻剩余油的變化情況。

圖1 光刻玻璃模型示意

2 結(jié)果與討論

2.1 微乳液體系優(yōu)選結(jié)果

利用正交試驗(yàn)優(yōu)選出最佳微乳液體系，研究不同含量的表面活性劑十二烷基磺酸鈉(a)、助劑正丁醇(b)和鹽NaCl(c)對微乳液體系界面張力的影響，最終確定界面張力最低的微乳液體系為最佳配方。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果見表1～表3。由表1～表3正交實(shí)驗(yàn)分析可得，界面張力最低的組合為a2b2c3，即十二烷基磺酸鈉、正丁醇、NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4.8%，7.0%，6.0%，經(jīng)測定該體系的界面張力為0.002 4 mNm。

表1 微乳液體系的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) w,%

表2 微乳液體系的正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 微乳液體系的試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2 驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分別選取編號為2-1，3-1，6-1，7-1的天然巖心進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，微乳液驅(qū)油效果見表4。從表4可以看出：①天然巖心2-1，3-1，6-1，7-1的滲透率分別為1.78×10-3，7.65×10-3，13.89×10-3，29.11×10-3μm2；孔隙度分別為15.23%，17.31%，18.29%，20.65%；②采收率隨滲透率的增大而增大，當(dāng)巖心滲透率從1.78×10-3μm2增大到29.11×10-3μm2時(shí)，水驅(qū)采收率從18.89%增大到37.24%，微乳液驅(qū)采收率從24.34%增大到49.38%；與水驅(qū)相比，微乳液驅(qū)采收率增幅從5.45百分點(diǎn)增大到12.14百分點(diǎn)?？梢娢⑷橐候?qū)提高采收率效果較為顯著。

表4 天然巖心微乳液驅(qū)油效果

圖2 天然巖心3-1和巖心6-1驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在45 ℃的恒溫條件下以上述優(yōu)選出的最佳配方的微乳液體系為驅(qū)替液，選取2種滲透率級別不同的巖心編號分別為3-1和6-1的天然巖心進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，研究含水率和采出程度與累積注入倍數(shù)的關(guān)系，結(jié)果見圖2。從圖2可以看出：①注水前期含水率隨累積注入倍數(shù)的增大而急劇上升，當(dāng)含水率達(dá)到90%時(shí)，含水率曲線逐漸平緩，含水率達(dá)到98%時(shí)，注入微乳液，此時(shí)含水率迅速下降，當(dāng)降低到最低點(diǎn)后進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，含水率開始上升直至再次達(dá)到98%；②采出程度隨累積注入倍數(shù)的增大逐漸增大，當(dāng)注入微乳液后，采出程度曲線出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)，此時(shí)采油速率增大，采出程度上升速率明顯加快。不同滲透率級別的巖心采出程度上升速率不同，滲透率大的巖心采出程度大，上升速率更快。

2.3 光刻玻璃模型驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

選取1號、2號、3號天然巖心，利用光化學(xué)刻蝕技術(shù)將其孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)刻錄在玻璃模型上，制成不同孔隙結(jié)構(gòu)的光刻玻璃模型。以優(yōu)選出的最佳配方微乳液體系為驅(qū)替液，研究不同滲透率級別的光刻玻璃模型的微觀驅(qū)油效果，不同滲透率光刻玻璃模型采收率見表5。從表5可以看出：①1號、2號、3號天然巖心的滲透率分別為5×10-3，15×10-3，25×10-3μm2；②隨巖心滲透率的增大，水驅(qū)和微乳液驅(qū)的采收率逐漸增大，相同滲透率條件下，微乳液驅(qū)的采收率大于水驅(qū)采收率，采收率增幅隨滲透率的增大而增大；③當(dāng)光刻玻璃模型的滲透率由5×10-3μm2增大到25×10-3μm2時(shí)，水驅(qū)采收率由20.64%增大到35.82%，微乳液驅(qū)采收率由25.98%增大到46.97%，與水驅(qū)相比，微乳液驅(qū)采收率增幅從5.34百分點(diǎn)增大到11.15百分點(diǎn)。

表5 不同滲透率光刻玻璃模型采收率

通過對比天然巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)和可視化微觀驅(qū)油的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，光刻玻璃模型與對應(yīng)的天然巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的變化規(guī)律相同，微乳液驅(qū)的采收率均隨滲透率的增大而增大；同一滲透率級別條件下，微乳液驅(qū)的采收率相差不大；與水驅(qū)相比，采收率增幅也相差不大，微乳液驅(qū)的驅(qū)油效果相同，均能有效提高采收率。證明了光刻玻璃模型驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性，能夠用該模型來模擬微乳液在實(shí)際地層中的滲流狀況和剩余油分布狀況及其流動過程。

2.4 剩余油微觀動用機(jī)理

圖3 膜狀剩余油的照片

圖4 油滴狀剩余油的照片

圖5 盲端狀剩余油的照片

2.4.1驅(qū)替結(jié)果微乳液驅(qū)油開始后，水驅(qū)形成的剩余油開始發(fā)生啟動和運(yùn)移，根據(jù)微觀驅(qū)油的圖像采集系統(tǒng)記錄驅(qū)油過程，觀察剩余油啟動和運(yùn)移的過程，分析微乳液驅(qū)油過程中各類剩余油的形態(tài)和位置變化，以深入分析微乳液體驅(qū)的微觀驅(qū)油機(jī)理。依據(jù)剩余油在孔隙中的分布狀態(tài)將低滲透油藏的微觀剩余油分為5種類型：膜狀、油滴狀、盲端狀、簇狀、柱狀剩余油。不同類型剩余油初始狀態(tài)和最終狀態(tài)的形貌照片見圖3～圖7。不同類型的剩余油分布形態(tài)和位置變化不同，膜狀剩余油的初始狀態(tài)為緊貼在孔隙壁上不易流動，隨微乳液的注入，膜狀剩余油逐漸被拉長從而斷裂為小油滴被驅(qū)替出去；油滴狀剩余油以大油滴的狀態(tài)存在于喉道中，注入微乳液后，可以降低油水界面張力，從而克服流動阻力，使剩余油以小油滴的形式從狹小喉道中被驅(qū)替出去；盲端狀剩余油主要?dú)埓嬖诤淼蓝瞬浚S微乳液的注入逐漸被乳化成小油滴，最終被驅(qū)替出去；簇狀剩余油主要以死油區(qū)的形式存在，注入微乳液后，增大波及面積，最終被驅(qū)替出去；柱狀剩余油主要以柱狀的形式殘存在喉道中，注入微乳液后，驅(qū)替壓差增大，剩余油逐漸被拉伸變形成小油滴被驅(qū)替出去。

圖6 簇狀剩余油的照片

圖7 柱狀剩余油的照片

從光刻玻璃模型實(shí)驗(yàn)中可以得到微乳液驅(qū)油后各類型剩余油的動用比例，結(jié)果見表6。從表6可以看出：①簇狀剩余油動用比例隨巖心滲透率的降低而降低，而其它4類剩余油動用比例則隨巖心滲透率的降低而增大；②在同一巖心滲透率的條件下，簇狀剩余油動用比例最大，油滴狀剩余油次之，膜狀剩余油動用比例最小，當(dāng)巖心滲透率為15×10-3μm2時(shí)，簇狀剩余油的動用比例為51.89%，膜狀剩余油的動用比例為6.12%。這是因?yàn)殡S巖心滲透率的降低，滲流阻力增大，滲流速率較慢，容易形成簇狀剩余油；由于低滲透巖心的驅(qū)替阻力較大，導(dǎo)致簇狀剩余油的動用比例隨滲透率的降低而降低，而其它4類剩余油受驅(qū)替壓差和喉道的作用，動用比例隨滲透率的降低而增大。

表6 微乳液驅(qū)油后各類型剩余油的動用比例

2.4.2驅(qū)替機(jī)理微乳液體系中的表面活性劑可以與原油發(fā)生反應(yīng)，從而增強(qiáng)原油的活性，進(jìn)一步降低界面張力。微乳液驅(qū)替前期微乳液體系通過降低界面張力使毛管力、內(nèi)聚力和黏滯力大幅度降低，從而可以驅(qū)動巖石孔隙內(nèi)的各種殘余油，使不可動殘余油可動。與水驅(qū)相比，高黏度的微乳液具有較強(qiáng)的乳化攜帶作用，改變油水流度比，使殘余油拉伸、斷裂為小油滴，進(jìn)入流動通道中被驅(qū)替出去。在驅(qū)油過程中，微乳液可以改變巖石潤濕性，從而改變毛管力方向和大小，將毛管力變?yōu)轵?qū)替動力，提高驅(qū)油效率[12-18]。

3 結(jié) 論

(1)天然巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采收率隨滲透率的增大而增大；與水驅(qū)相比，微乳液驅(qū)可以顯著提高采收率，巖心滲透率從1.78×10-3μm2增大到29.11×10-3μm2，則采收率增幅從5.45百分點(diǎn)增大到12.14百分點(diǎn)。

(2)可視化微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光刻玻璃模型微乳液驅(qū)采收率由25.98%增大到46.97%，驅(qū)油效果與天然巖心驅(qū)油效果一致，說明結(jié)論具有可靠性。

(3)將微觀剩余油分為簇狀、柱狀、盲端、油滴、膜狀5種類型，觀察剩余油動用狀況，其中簇狀剩余油和油滴狀剩余油的動用比例最高，而膜狀剩余油的動用比例最低。

參考文獻(xiàn)

[1] 殷代印，房雨佳，辛勇亮.低滲透油藏改變驅(qū)替方向微觀機(jī)理研究[J].特種油氣藏，2017，24(3)：59-63

[2] 劉日強(qiáng).低滲透油藏注氣提高采收率方法及應(yīng)用綜述[J].吐哈油氣，2004，9(2)：112-116

[3] 殷代印，房雨佳.三元復(fù)合驅(qū)微觀剩余油驅(qū)替機(jī)理及動用比例研究[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2017，30(1)：18-22

[4] 王偉楠.二類油層三元復(fù)合驅(qū)后微觀剩余油變化規(guī)律[D].大慶：東北石油大學(xué)，2015

[5] 趙紅.杏南開發(fā)區(qū)微觀剩余油分布特征研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2011

[6] 楊珂，徐守余.微觀剩余油實(shí)驗(yàn)方法研究[J].斷塊油氣田，2009，16(4)：75-77

[8] 周冰靈.微乳液的制備及其驅(qū)油效果評價(jià)[D].大慶：東北石油大學(xué)，2016

[9] 高博禹，彭仕宓，王建波.剩余油形成與分布的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].特種油氣藏，2004，11(4)：7-11

[10] Zhao Xiaoliang，Rui Zhenhua，Liao Xinwei.Case studies on the CO2storage and EOR in heterogeneous，highly water-saturated，and extra-low permeability Chinese reservoirs[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering，2016，27(29)：275-283

[11] 王雷，竇之林，林濤，等.縫洞型油藏注水驅(qū)油可視化物理模擬研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，33(2)：121-124

[12] 陳濤平，宋文玲，高明，等.超低界面張力體系驅(qū)油方式與微觀驅(qū)油效果[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2010，10(7)：259-262

[13] 殷代印，項(xiàng)俊輝，房雨佳.低滲透油藏微乳液驅(qū)微觀剩余油驅(qū)替機(jī)理研究[J].特種油氣藏，2017，24(5)136-140

[14] 張文會.水驅(qū)老油田微觀孔隙變化及剩余油分布的影響因素研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2015

[15] 王克亮，申彤，劉海鷗，等.不同驅(qū)油體系在貝雷巖心中的驅(qū)替特征[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2017，36(2)：90-94

[16] 王啟民，隋軍，冀寶發(fā)，等.大慶油田三次采油技術(shù)的實(shí)踐與認(rèn)識[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，20(2)：1-8

[17] 李建路，曹鐵，鹿守亮，等.三元復(fù)合驅(qū)室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)研究：天然巖心與人造巖心的差異[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2003，22(4)：64-66

[18] Rudin J，Bernard C，Wasan D T.Effect of added surfactant on in-terfacial tension and spontaneous emulsification in alkaliacidic oil systems[J].Industrial & Engineering Chemistry Research，1994，33(5)：1150-1158