羅 強(qiáng)，石國(guó)新，聶小斌，唐 可，劉紅現(xiàn)，李 明，李織宏，劉佳幸

（1.中國(guó)石油新疆油田公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆克拉瑪依 834000；2.新疆油田-西南石油大學(xué)提高采收率聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，新疆克拉瑪依 834000；3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司油田化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室新疆油田分研究室，新疆克拉瑪依 834000；4.中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)石油學(xué)院，新疆克拉瑪依 834000）

0 前言

新疆油田吉木薩爾凹陷蘆草溝組已形成10 億噸級(jí)頁(yè)巖油儲(chǔ)量規(guī)模區(qū)，是中國(guó)首個(gè)規(guī)?；_(kāi)發(fā)的陸源碎沉積頁(yè)巖油藏，2019年被確定為國(guó)家級(jí)陸相頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)示范區(qū)［1］。歷經(jīng)數(shù)年的勘探開(kāi)發(fā)，逐步形成了細(xì)分切割體積壓裂的開(kāi)發(fā)技術(shù)定型、水平井開(kāi)發(fā)部署和壓裂改造參數(shù)組合［2］。非常規(guī)生產(chǎn)井初期產(chǎn)量較高，然后迅速遞減，一次采收率一般低于10%［3-4］。因此，在驅(qū)替作用受限的情況下，表面活性劑通過(guò)改變巖心潤(rùn)濕性，誘導(dǎo)自發(fā)滲吸，提高基質(zhì)與裂縫之間油水交換強(qiáng)度，可進(jìn)一步提高致密油藏采收率［5-12］。印度尼西亞南蘇門(mén)答臘省Semoga 油田X-1 和X-2 井成功實(shí)施了表面活性劑單井吞吐先導(dǎo)性試驗(yàn)。燜井7 d 后含水率降低約8%，3個(gè)月累計(jì)原油產(chǎn)量增加了約5800桶［13］。

巨明霜等［14］、馮程等［15］、張新旺等［16］和師煜涵［17］基于核磁共振技術(shù)研究了以水或壓裂液為介質(zhì)的鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組致密油巖心不同孔隙滲吸變化規(guī)律。但是，采用核磁共振技術(shù)研究表面活性劑對(duì)致密油或頁(yè)巖油不同孔隙動(dòng)用規(guī)律的研究報(bào)道較少。而且，與國(guó)內(nèi)外其他頁(yè)巖油藏物性和流體參數(shù)不同，新疆油田吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁(yè)巖油儲(chǔ)集層具有物性差（滲透率0.01×10-3μm2）、原油黏度高（50 ℃下的黏度為50.3～123.2 mPa·s）以及地層原油流動(dòng)難度大［2］等特點(diǎn)。本文采用核磁共振技術(shù)開(kāi)展了吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁(yè)巖油藏巖心在陰離子表面活性劑溶液的滲吸效率實(shí)驗(yàn)研究，得到了兩種潤(rùn)濕性巖心的不同孔隙動(dòng)用規(guī)律認(rèn)識(shí)，為壓裂液優(yōu)化及頁(yè)巖油儲(chǔ)集層高效開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)理論。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

陰離子表面活性劑Surf-L，有效含量35%，自制；實(shí)驗(yàn)巖心為吉木薩爾凹陷蘆草溝組某取心井冷凍蠟封樣巖心，編號(hào)為S39 和S52；胍膠，取自新疆油田吉慶作業(yè)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)；氧化氘（D2O），上海阿拉丁生化科技股份有限公司。吉木薩爾凹陷蘆草溝組某油井產(chǎn)出水，礦化度5891.85 mg/L，主要離子組成（單位為mg/L）：HCO3-2682.69、Cl-1322.78、SO42-16.41、Ca2+22.22、Na++K+1843.25，pH 值8.01。某油井脫氣原油，黏度為98.43 mPa·s（50 ℃）。

SPEC035 型低場(chǎng)核磁成像系統(tǒng)，北京斯派克科技發(fā)展有限公司；TX500型界面張力儀，美國(guó)彪維工業(yè)公司；DSA25S型接觸角測(cè)量?jī)x，德國(guó)Krüss公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）界面張力測(cè)定

參照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5370—2018《表面及界面張力測(cè)定方法》中的旋轉(zhuǎn)滴法，在85 ℃、轉(zhuǎn)速6000 r/min 條件下分別測(cè)試胍膠溶液和含表面活性劑的胍膠溶液與原油間的界面張力，取平衡值。

（2）巖心潤(rùn)濕性測(cè)定

參照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5153—2017《油藏巖石潤(rùn)濕性測(cè)定方法》中接觸角法判斷不同流體處理前后巖心的潤(rùn)濕性。具體地，采用DSA25S 型接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定模擬產(chǎn)出水、吉木薩爾蘆草溝原油在巖心表面的接觸角。

（3）滲吸效率及貢獻(xiàn)率測(cè)定

先用重水配制模擬產(chǎn)出水，然后用上述模擬產(chǎn)出水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的胍膠溶液；再用上述胍膠溶液配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的陰離子表面活性劑Surf-L溶液，即0.1%的Surf-L胍膠溶液。

核磁共振自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）采集巖心初始核磁共振T2譜；（2）分別浸沒(méi)巖心于上述胍膠溶液和Surf-L胍膠溶液中；（3）在不同時(shí)間取出巖心，除去表面的浮油和水溶液，采集核磁共振T2譜。低場(chǎng)核磁成像系統(tǒng)的測(cè)試條件為：主頻率14.2 MHz，回波間隔時(shí)間0.2 μs，等待時(shí)間3000 ms，回波個(gè)數(shù)4096，掃描次數(shù)64，增益20，核磁共振測(cè)試結(jié)束后通過(guò)反演為T(mén)2譜。通過(guò)計(jì)算某階段T2譜曲線和初始T2譜曲線的包絡(luò)面積與初始T2譜曲線包絡(luò)面積之比得到滲吸效率；由某孔隙T2譜曲線和初始T2譜曲線的包絡(luò)面積與所有孔隙T2譜曲線和初始T2譜曲線的包絡(luò)面積之比計(jì)算不同孔隙滲吸效率貢獻(xiàn)率。

2 結(jié)果與討論

2.1 吉木薩爾頁(yè)巖油儲(chǔ)層物性特征

吉木薩爾頁(yè)巖油儲(chǔ)層的滲透率低、原油黏度高，為減少洗油過(guò)程對(duì)巖心潤(rùn)濕性以及煤油作為模擬油對(duì)滲吸效率的影響，本文采用天然冷凍蠟封巖心開(kāi)展表面活性劑對(duì)滲吸效率影響規(guī)律的研究。巖心S39 和S52 分別來(lái)自某取心井3550.2 m 和3555.0 m 處，巖性分別為砂質(zhì)云巖和粉砂巖。模擬產(chǎn)出水在巖心S39 平行樣表面的接觸角為127.8°，在巖心S52平行樣表面的接觸角為83.4°。因此，巖心S39 的潤(rùn)濕性為親油（105°＜θ≤180°），巖心S52的潤(rùn)濕性為中性（75°≤θ≤105°）。

為確保巖心物性、潤(rùn)濕性和含油飽和度等條件基本一致，兩塊巖心S39和S52被一分為二，分別為S39-1、S39-2、S52-1 和S52-2，巖心的基本參數(shù)見(jiàn)表1。從表1可知，巖心S39的孔隙度和滲透率明顯低于巖心S52。

表1 吉木薩爾頁(yè)巖油天然巖心基本參數(shù)

核磁共振橫向弛豫時(shí)間（T2）可反映樣品內(nèi)部氫質(zhì)子所處的化學(xué)環(huán)境，與氫質(zhì)子所受的束縛力及其自由度有關(guān)，而氫質(zhì)子的束縛程度又與樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有密不可分的關(guān)系。在多孔介質(zhì)中，孔隙半徑越大，存在于孔隙中的水弛豫時(shí)間越長(zhǎng)；孔隙半徑越小，存在于孔隙中的水受到的束縛程度越大，弛豫時(shí)間越短，即T2譜峰的位置與孔隙半徑大小有關(guān)，峰的面積大小與對(duì)應(yīng)孔隙的多少有關(guān)［14］。核磁共振T2譜掃描結(jié)果顯示，巖心S39-1、S39-2、S52-1和S52-2 均呈單峰，孔隙相對(duì)均質(zhì)，其中巖心S39-1 和S39-2 的主峰位于5 ms 左右，而巖心S52-1 和S52-2的主峰位于20 ms左右（見(jiàn)圖1）。由于4塊巖心的T2值主要分布在0.1 ms 至120 ms 之間，因此，規(guī)定當(dāng)0.1 ms≤T2≤1 ms 時(shí)對(duì)應(yīng)為小孔隙；當(dāng)1 ms＜T2≤10 ms 時(shí)對(duì)應(yīng)為中孔隙；當(dāng)10 ms＜T2≤120 ms 時(shí)對(duì)應(yīng)為大孔隙。

圖1 原始天然巖心S39和S52的核磁T2譜

2.2 表面活性劑Surf-L的滲吸行為

表面活性劑改變儲(chǔ)層潤(rùn)濕性能的主要機(jī)理包括離子對(duì)形成［18-19］和吸附［20-21］。表面活性劑通過(guò)離子成對(duì)或吸附機(jī)理，改善巖石潤(rùn)濕性，從巖石表面上剝離油滴，同時(shí)降低油水界面張力和流動(dòng)毛管阻力，提高滲吸效率。沈安琪等［22］實(shí)驗(yàn)證明，陰離子表面活性劑改變巖心潤(rùn)濕性的能力好于非離子表面活性劑，且最佳界面張力值范圍為10-1～10-2mN/m。在模擬油藏溫度下測(cè)試了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的胍膠溶液和0.1%的Surf-L 胍膠溶液與吉木薩爾原油的界面張力，分別為1.44 mN/m和5.19×10-2mN/m。

巖心S39-1 和S52-1 滲吸實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表2）結(jié)果表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的胍膠溶液對(duì)中性和親油巖心都具有滲吸置換排油作用，但在中性巖心中的滲吸效率更高，對(duì)親油巖心S39-1 的滲吸效率僅為9.96%，而對(duì)中性巖心S52-1 的滲吸效率卻高達(dá)33.61%。

表2 頁(yè)巖油巖心在不同測(cè)試樣中處理前后潤(rùn)濕性變化及滲吸效率

于馥瑋等［23］的實(shí)驗(yàn)表明，陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉能顯著提高致密中性砂巖滲吸效率35%以上。陰離子表面活性劑Surf-L可輕微改善中性巖心S52-2 的潤(rùn)濕性為中性偏親水，但可明顯改善油濕巖心S39-2的潤(rùn)濕性為中性。由于潤(rùn)濕性的改善，中性巖心S52-2的滲吸效率比S52-1提高6.95百分點(diǎn)，親油巖心S39-2 的滲吸效率比S39-1 提高18.89百分點(diǎn)。

從滲吸效率隨時(shí)間變化曲線（見(jiàn)圖2）可知，除親油巖心S39-1 受潤(rùn)濕性、滲透率和胍膠溶液的綜合影響導(dǎo)致滲吸反應(yīng)滯后外，其余3 塊巖心均呈現(xiàn)相似的規(guī)律。吉木薩爾頁(yè)巖油巖心滲吸過(guò)程可分為前期、中期和后期3 個(gè)階段：滲吸前期（＜20 h），巖心表層連通孔喉優(yōu)先發(fā)生快速滲吸置換，巖心中大量原油被產(chǎn)出；滲吸中期，隨著滲吸液不斷進(jìn)入深層孔隙，深層油相被置換出來(lái)，滲吸效率增幅相對(duì)減緩；滲吸后期，滲吸效率基本不再發(fā)生變化。同時(shí)，0.1%胍膠溶液的滲吸平衡時(shí)間約為51 h，而0.1%的Surf-L胍膠溶液的滲吸平衡時(shí)間約為100 h。

圖2 吉木薩爾頁(yè)巖油巖心在0.1% 胍膠和0.1% Surf-L胍膠溶液中滲吸效率隨時(shí)間變化

綜上所述，陰離子表面活性劑Surf-L 不僅能提高中性巖心的滲吸效率，還能大幅度提高親油巖心的滲吸效率。因此，在胍膠溶液中加入具有改善潤(rùn)濕性能和降低界面張力的表面活性劑，可進(jìn)一步提高吉木薩爾蘆草溝組頁(yè)巖油藏采收率。

2.3 表面活性劑Surf-L在中性巖心的微觀動(dòng)用

Anderson［24］提出，原油中的瀝青質(zhì)可吸附在致密儲(chǔ)集層表面，將原本水濕的礦物改變?yōu)槠蜐?。吉木薩爾蘆草溝組油藏源儲(chǔ)一體，粉砂巖儲(chǔ)集層距離烴源巖近，原油中極性物質(zhì)的吸附改變親水砂巖為中性。

對(duì)比中性潤(rùn)濕巖心S52 在0.1%胍膠溶液（見(jiàn)圖3）與0.1%的Surf-L胍膠溶液（見(jiàn)圖4）的滲吸過(guò)程T2譜可知，兩者的滲吸動(dòng)用規(guī)律大致相同，主峰幅度峰值隨滲吸時(shí)間而向下向左偏移，峰面積縮小。胍膠溶液的滲吸效率在51 h后基本無(wú)變化；滲吸動(dòng)用的主要部分是大、中孔隙。0.1%Surf-L胍膠溶液在中、小孔隙動(dòng)用程度更高。

圖3 巖心S52-1在0.1%胍膠溶液中不同滲吸時(shí)間T2譜圖

圖4 巖心S52-2在0.1% Surf-L胍膠溶液中不同滲吸時(shí)間T2譜圖

對(duì)不同孔隙的滲吸效率及貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)圖5）發(fā)現(xiàn)，對(duì)于潤(rùn)濕性為中性的巖心S52-1，胍膠溶液主要?jiǎng)佑么?、中孔隙?nèi)的原油，其中大孔隙貢獻(xiàn)最大，占比79.5%，其次是中孔隙，占比19.1%。小孔隙動(dòng)用程度低，滲吸貢獻(xiàn)率僅為1.4%。

圖5 巖心S52-1和S52-2不同孔隙的滲吸效率及貢獻(xiàn)率

與0.1% 胍膠溶液相比，0.1% Surf-L 胍膠溶液對(duì)中性巖心S52-2 的大、中、小孔隙動(dòng)用程度更高，特別是中、小孔隙，滲吸效率分別提高11.2 百分點(diǎn)和21.6 百分點(diǎn)，3 者的滲吸貢獻(xiàn)率分別為64.4%、28.8%和6.8%。表面活性劑Surf-L通過(guò)有效動(dòng)用中性巖心中、低孔隙內(nèi)原油，最終滲吸效率比胍膠溶液的提高6.95百分點(diǎn)。

2.4 表面活性劑Surf-L在親油巖心的微觀動(dòng)用

原油組分中極性化合物可以吸附在碳酸鹽礦物表面，可將其改變?yōu)槠蜐裥裕?5］。從親油巖心S39 在0.1% 胍膠溶液（見(jiàn)圖6）和0.1% Surf-L 胍膠溶液（見(jiàn)圖7）中不同滲吸時(shí)間核磁T2譜可知，表面活性劑Surf-L導(dǎo)致T2譜主峰幅度峰值向下且峰面積明顯減少。0.1%的Surf-L 胍膠溶液對(duì)親油巖心S39-2的滲吸動(dòng)用程度明顯高于胍膠溶液對(duì)親油巖心S39-1的，特別是對(duì)巖心的中、小孔隙的動(dòng)用程度更高。致密儲(chǔ)集層狹小且呈偏油濕性的孔喉具有很強(qiáng)的毛管力，阻礙了水基壓裂液滲吸進(jìn)入孔隙置換原油［26］。巖心S39 的滲透率低且潤(rùn)濕性為親油，從而阻礙胍膠溶液進(jìn)入親油的小孔隙，導(dǎo)致其滲吸效率僅為9.96%。

圖6 巖心S39-1在0.1%胍膠溶液中不同滲吸時(shí)間T2譜圖

圖7 巖心S39-2在0.1% Surf-L胍膠溶液中不同滲吸時(shí)間T2譜圖

不同孔隙的滲吸效率及滲吸效率貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)（圖8），大、中、小孔隙的滲吸效率分別為18.95%、4.83%、11.78%。在提高滲吸效率方面，0.1%胍膠溶液主要?jiǎng)佑糜H油砂質(zhì)云巖S39-1大孔隙內(nèi)的原油，其貢獻(xiàn)率為54.1%，中、小孔隙的滲吸貢獻(xiàn)率分別為26.8%和19.1%。

圖8 巖心S39-1和S39-2不同孔隙的滲吸效率及貢獻(xiàn)率

在0.1%Surf-L胍膠溶液中，親油巖心的大、中、小孔隙得到充分的動(dòng)用，滲吸效率分別為34.98%、23.82%、36.00%，相對(duì)于胍膠溶液分別提高16.0 百分點(diǎn)、19.0 百分點(diǎn)和24.2 百分點(diǎn)，而且中、小孔隙的滲吸效率貢獻(xiàn)率分別達(dá)到46.5%和23.2%。因此，相對(duì)于0.1%胍膠溶液，0.1%Surf-L胍膠溶液通過(guò)改善親油巖心的潤(rùn)濕性，有效動(dòng)用中、小孔隙的原油，可進(jìn)一步提高親油巖心滲吸效率18.89百分點(diǎn)。

致密砂巖油藏進(jìn)行注水開(kāi)發(fā)時(shí)，注入水在毛細(xì)管力作用下首先進(jìn)入小孔道，大孔道則依賴于相連通的大小孔道之間的毛細(xì)管力之差將孔隙中的原油驅(qū)出。因此，小孔道吸水、大孔道排油是致密水濕砂巖油藏靜態(tài)滲吸驅(qū)油的一般規(guī)律，靜態(tài)滲吸對(duì)小孔隙中原油的動(dòng)用程度遠(yuǎn)高于其他孔隙，所以靜態(tài)滲吸是開(kāi)發(fā)致密水濕砂巖油藏的一種重要機(jī)理。

與水濕致密砂巖巖心滲吸規(guī)律不同，親油性巖心S39-1的滲吸效率貢獻(xiàn)率還是以大孔隙為主（見(jiàn)圖9）。滲吸12 h 時(shí)，雖然中孔隙的滲吸貢獻(xiàn)率最高，但此時(shí)巖心的滲吸效率僅為1.96%。隨著大孔隙的滲吸貢獻(xiàn)率增加，巖心滲吸效率逐步提高到9.96%。

圖9 S39-1巖心不同孔隙滲吸效率貢獻(xiàn)率隨時(shí)間變化

從親油巖心S39-2不同孔隙在0.1%Surf-L胍膠溶液中的滲吸效率貢獻(xiàn)率隨時(shí)間變化曲線可知（圖10），滲吸前期，中、小孔隙的滲吸效率貢獻(xiàn)率大，其中中孔隙貢獻(xiàn)率最高為61.7%，小孔隙次之，最高為38.6%；滲吸中后期，中、小孔隙的滲吸效率貢獻(xiàn)率下降并基本維持在47.0%和23.7%，而大孔隙滲吸效率貢獻(xiàn)率逐漸上升至30.0%。表面活性劑能快速改變親油巖心小孔隙潤(rùn)濕性，毛管力驅(qū)替原油進(jìn)入中、大孔隙并產(chǎn)出。因此，對(duì)于親油性儲(chǔ)層，需采用改善潤(rùn)濕性的表面活性劑來(lái)提高中、低孔隙的動(dòng)用程度，進(jìn)而提高整個(gè)孔隙空間的滲吸采收率。

圖10 S39-2巖心不同孔隙滲吸效率貢獻(xiàn)率隨時(shí)間變化

3 結(jié)論

吉木薩爾凹陷蘆草溝組天然巖心滲吸實(shí)驗(yàn)表明，受巖心潤(rùn)濕性和滲透率影響，粉砂巖巖心滲吸效率高于砂質(zhì)云巖巖心。

相對(duì)于現(xiàn)有胍膠溶液，0.1%的Surf-L 胍膠溶液可大幅度提高吉木薩爾凹陷蘆草溝組親油儲(chǔ)層滲吸效率。這有助于現(xiàn)有壓裂用胍膠溶液配方優(yōu)化或壓裂后表面活性劑吞吐配方選擇。

表面活性劑在滲吸前期提高巖心采收率速度明顯快于胍膠溶液，達(dá)到滲吸平衡需要時(shí)間更長(zhǎng)，這有助于現(xiàn)場(chǎng)壓裂或吞吐?tīng)F井時(shí)間的優(yōu)化。