蒲萬(wàn)芬，李博文，賀 偉，常家靖，劉仁保

(西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500)

在油田注水開(kāi)發(fā)后期，通?？紤]實(shí)施三次采油。表面活性劑驅(qū)油能夠提高洗油效率，其乳化作用是提高原油采收率的重要機(jī)理。加入乳化劑可使油-水界面張力降低，使相界面處形成定向分散雙電層界面膜[1-3]。同時(shí)，由于地層剪切、拉伸作用，使注入的原位乳化體系能與原油就地乳化，形成的乳液具有調(diào)剖作用，可提高水驅(qū)波及系數(shù)，控制微觀驅(qū)油劑流度。目前，核磁共振技術(shù)已被用于石油領(lǐng)域。核磁共振儀不僅能對(duì)流體氫含量作定性分析，還能評(píng)價(jià)流體在多孔介質(zhì)內(nèi)平均流速及微觀分布等。本文依托新疆油田BDW油藏，針對(duì)注水開(kāi)發(fā)后期油藏高含水等問(wèn)題，開(kāi)展室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，為該油藏殘余油開(kāi)發(fā)提供合理意見(jiàn)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

Brookfield DV-Ⅲ+Pro型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，美國(guó)博勒飛；DM2700M型徠卡顯微鏡，德國(guó)萊茵TüV集團(tuán)；SDT300009702型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀、DSA100型全自動(dòng)界面張力儀，德國(guó)KRüSS公司；FJ-200-SH型乳化機(jī)，廣州恒東乳化設(shè)備有限公司；LDY40-180型高溫高壓巖心驅(qū)替裝置，成都巖心科技有限公司；SPEC-RCI多孔介質(zhì)核磁滲流實(shí)驗(yàn)分析儀，北京斯派克科技發(fā)展有限公司。

1.2 乳化體系及乳狀液制備

采用模擬水，按0.05%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)自制表面活性劑D、0.2%自制表面活性劑L3、0.05%油酸鈉、0.1%單甘脂配制乳化體系，備用。利用乳化機(jī)，在溫度29.5 ℃，轉(zhuǎn)速500 r/min下剪切0.5 h得到各含水率乳液。

1.3 乳化劑性能評(píng)價(jià)方法

利用徠卡顯微鏡觀察乳液微觀結(jié)構(gòu)并統(tǒng)計(jì)粒徑。采用旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測(cè)定原油-乳化體系及乳液-模擬水IFT。利用全自動(dòng)界面張力儀測(cè)定乳液界面擴(kuò)張模量后將其置于29.5 ℃的烘箱內(nèi)并記錄階段析水量。

1.4 驅(qū)油效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)

1)將巖心飽和油后接入驅(qū)替裝置；2)對(duì)巖心采用錳水驅(qū)至含水98%，記錄產(chǎn)液量；3)向巖心注入濃度為4 000 mg/L的原位乳化體系，隨后采用錳水驅(qū)至100%；4)對(duì)飽和油及每次驅(qū)替完成后的巖心進(jìn)行核磁共振儀掃描。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳液黏度測(cè)定

乳液黏度及增溶結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)，含水率60%的乳液黏度最高，為936.48 mPa·s。含水率30%～60%乳液的黏度逐漸增大；含水率60%的乳液增溶率最高；當(dāng)含水率大于60%，乳液黏度減小，增溶率降低。

表1 乳液黏度測(cè)定及增溶結(jié)果

2.2 微觀結(jié)構(gòu)分析

原油乳狀液粒度特征是其主要標(biāo)志之一。觀察乳液粒度特征既能從微觀上確定原油乳狀液分散相的組成，又能從宏觀上描述其絮凝和聚結(jié)等過(guò)程[4-6]。各含水率乳液微觀結(jié)構(gòu)及粒徑分布曲線見(jiàn)圖1、圖2。

由圖1和圖2可見(jiàn)，含水率60%乳液的分子豐度最大，平均粒徑較小，為1.961 μm，曲線呈左歪度。觀察到含水率80%的乳液平均粒徑最小，為1.192 μm，但微觀下乳液分子豐度明顯最小，宏觀上基本不乳化，故淘汰此試樣。

同時(shí)，微觀結(jié)構(gòu)中，液滴內(nèi)相襯度明顯低于外相，且將乳液滴定于蒸餾水中不發(fā)生分散，故判斷為W/O型乳液[7]。優(yōu)選目標(biāo)乳化劑時(shí)，可參考乳化劑在構(gòu)成乳液的兩相液體中的溶解度。

2.3 動(dòng)態(tài)界面張力(IFT)測(cè)定

乳液熱力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，降低其界面張力是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的途徑之一。測(cè)得原油-模擬水界面張力為32.29 mN/m，各乳液-模擬水界面張力見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，含水率60%的乳液與模擬水間界面張力最小，為13.72 mN/m。低IFT有利于乳液穩(wěn)定，能夠使乳液體系內(nèi)能減小，故含水率60%的乳液穩(wěn)定性較好。但I(xiàn)FT并非影響乳液穩(wěn)定的決定性因素，降低的同時(shí)也會(huì)減弱構(gòu)成乳液體系的兩液間界面膜強(qiáng)度。影響乳液穩(wěn)定的主要因素是乳液界面膜強(qiáng)度及表面活性劑作用[8-12]。故對(duì)乳液穩(wěn)定性的準(zhǔn)確判斷，還需借助老化實(shí)驗(yàn)。

圖2 不同含水率乳液的粒徑分布

表3 乳液-模擬水IFT

2.4 乳液界面黏彈性

對(duì)不同含水率乳液的黏彈行為進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，對(duì)乳液施加一定應(yīng)變，楊氏模量和黏性模量均隨頻率的增加而擬線性增加，楊氏模量增幅更大。低頻振蕩下，乳液受到外部剪切作用發(fā)生變形和取向變化，分子間作用增強(qiáng)，使乳液在宏觀上更突出地表現(xiàn)彈性特征。頻率不同引起模量的變化是因?yàn)槿橐后w系中液膜的變形伴隨液滴流動(dòng)，不同頻率下兩者共同作用引起的能量耗散不同[13]。當(dāng)界面膜受干擾時(shí)，通過(guò)各種弛豫過(guò)程來(lái)對(duì)抗干擾，使其回復(fù)到平衡狀態(tài)，因此振蕩頻率是影響界面擴(kuò)張性質(zhì)的重要因素之一。

圖3 不同含水率乳液黏彈行為

2.5 乳液老化實(shí)驗(yàn)

將乳液試樣置于油藏溫度下10 d，記錄階段析水量并計(jì)算析水率，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同含水率乳液的析水率曲線

由圖4可見(jiàn)，含水率60%的乳液析水最少(1.5 mL)，析水率最低(8.3%)，穩(wěn)定性較好；70%最差。乳液老化并非簡(jiǎn)單的析水、聚并和破乳的過(guò)程，還伴隨水、油分子熱運(yùn)動(dòng)[14]。表面活性劑類型、油水體積比、乳液黏度等因素都會(huì)對(duì)乳液穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

2.6 物理模擬實(shí)驗(yàn)

利用核磁共振技術(shù)研究驅(qū)油過(guò)程巖心內(nèi)油水分布的變化，采用錳水和原位乳化體系進(jìn)行模擬驅(qū)替，得到驅(qū)替壓力及累計(jì)采收率隨注入體積的變化情況，見(jiàn)圖5。

圖5 驅(qū)替壓力、累計(jì)采收率與注入體積的關(guān)系

前期水驅(qū)壓力和含水上升較快，但采收率低。當(dāng)注液超過(guò)0.4 PV，壓力降低，含水近90%，證明水驅(qū)前緣已突破介質(zhì)，巖心中為殘余油。

原位乳化體系驅(qū)階段，乳化體系與原油形成W/O乳液后，驅(qū)替壓力上升較快，含水先下降后上升且幅度較小。是因?yàn)槿榈萎a(chǎn)生疊加的賈敏效應(yīng)，封堵了大孔道，使后進(jìn)入的驅(qū)油劑被迫進(jìn)入小孔道，提高了微觀波及系數(shù)。因此，含水率在短時(shí)間內(nèi)有所下降，但隨著體系驅(qū)進(jìn)行，又緩慢上升。

后續(xù)水驅(qū)壓力突降，采收率明顯上升。可能是巖心滲透率較高，內(nèi)部孔徑較乳滴偏大，乳液封堵不完全致巖心中的乳液段塞被突破，使壓力下降。因此，后續(xù)水驅(qū)能明顯提高采收率的原因可能是表面活性劑作用。

在模擬驅(qū)替過(guò)程中，通過(guò)核磁共振掃描確定巖心內(nèi)油水分布的變化情況。根據(jù)原油中氫元素在巖心內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度和T2橫向弛豫時(shí)間譜相關(guān)關(guān)系進(jìn)行傅里葉反衍，可得巖心孔隙半徑(r)[15]。巖心孔徑與T2弛豫時(shí)間成正比，從而可根據(jù)T2譜圖峰值范圍的變化情況判斷出巖心“大、中、小”孔隙內(nèi)原油動(dòng)用情況。不同物理驅(qū)替階段的T2譜見(jiàn)圖6。

圖6 不同物理驅(qū)替階段的T2譜

由圖6可知，巖心孔徑與T2弛豫時(shí)間成正比。定義T2弛豫時(shí)間小于1 ms的為“小孔隙”，大于100 ms的為“大孔隙”?？傻?，在飽和油狀態(tài)下，T2在1～100 ms和100 ms以上的信號(hào)幅度遠(yuǎn)高于在1 ms以下的值，說(shuō)明原油在大、中孔隙的量遠(yuǎn)高于在小孔隙中的；水驅(qū)后，T2在1～100 ms和100 ms以上的信號(hào)幅度顯著降低，而在1 ms以下的信號(hào)幅度變化較小，說(shuō)明水驅(qū)過(guò)程使原油主要從大、中孔隙被產(chǎn)出，而小孔隙中原油僅有少量動(dòng)用；在體系驅(qū)和后續(xù)水驅(qū)后，T2在1～100 ms和100 ms以上的信號(hào)幅度進(jìn)一步降低，而在1 ms以下的信號(hào)幅度也發(fā)生較明顯的降低，說(shuō)明不僅大孔隙和中孔隙中殘余油被驅(qū)出，小孔隙中殘余油也被較大程度動(dòng)用?？梢?jiàn)，即使在非均質(zhì)條件下，原位乳化體系仍可通過(guò)流度控制作用提高微觀尺度下的波及體積，有效動(dòng)用小孔隙內(nèi)殘余油。

3 結(jié) 論

a.含水60%的乳液黏度及增溶率最高且完全乳化，平均粒徑1.961 μm，粒徑曲線左歪度明顯，乳液-模擬水IFT最低，相同條件下析水最少且析水率最低。因此，綜合來(lái)看：界面張力較低，黏度較大，平均粒徑越小，析水率越低，乳液越穩(wěn)定。

b.振蕩頻率范圍內(nèi)，乳液擴(kuò)張模量隨振蕩頻率增加而擬線性增加，乳液突出表現(xiàn)彈性特征。因此，乳液界面膜穩(wěn)定，在使用應(yīng)變對(duì)其周期性干擾時(shí)，乳液弛豫過(guò)程彈性可恢復(fù)。

c.T2譜圖反映出體系驅(qū)及后續(xù)水驅(qū)完成后，巖心“大、中、小”孔隙內(nèi)原油均有較大動(dòng)用，說(shuō)明DLYD-8乳化體系可通過(guò)流度控制作用擴(kuò)大微觀水驅(qū)波及體積，具有顯著的乳化調(diào)剖驅(qū)油效果。實(shí)驗(yàn)沒(méi)有對(duì)多個(gè)不同物性巖心進(jìn)行物理模擬；對(duì)后續(xù)水驅(qū)壓力突降，但采收率卻仍提升的增產(chǎn)機(jī)理尚不明確。