劉瑾 倪興雙 寧浩杰 張瀚瀾

西安奧德石油工程技術(shù)有限責(zé)任公司 陜西 西安 710018

超低滲透油藏具有儲(chǔ)層致密、滲透率低等特點(diǎn)，開(kāi)采過(guò)程中容易出現(xiàn)注入壓力過(guò)高，達(dá)不到注水配注要求，嚴(yán)重影響了油井產(chǎn)量。目前，超低滲透油藏注水井降壓增注措施通常采用酸化、壓裂等工藝，該技術(shù)能解除因固相顆粒堵塞、結(jié)垢堵塞、細(xì)菌堵塞等造成的水井欠注問(wèn)題，但對(duì)于因地層低滲引起的地層流體滲流困難、驅(qū)替壓差大、初始啟動(dòng)壓力梯度大等深層次問(wèn)題，卻無(wú)能為力。本文考慮從界面效應(yīng)產(chǎn)生的各種阻力入手，通過(guò)研究表面活性劑的界面效應(yīng)及潤(rùn)濕性改善等各項(xiàng)性能，篩選研發(fā)出適合超低滲透油藏的高效表面活性劑，以達(dá)到降壓増注及提高采收率的目的[1]。

1 注水井高壓欠注原理

本文以某油田長(zhǎng)8儲(chǔ)層為例，研究分析超低滲透油藏注水井高壓欠注原理。該長(zhǎng)8油藏為典型的超低滲透砂巖儲(chǔ)層，具有儲(chǔ)層物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)、低孔、超低滲、吼道半徑小分布不均勻等特點(diǎn)。在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)了注水壓力高、注入難度大，配注合格率低等問(wèn)題，已經(jīng)嚴(yán)重影響了原油產(chǎn)量，急需對(duì)高壓欠注問(wèn)題提出有效解決措施[2]。

1.1 儲(chǔ)層物性分析

某油田長(zhǎng)8儲(chǔ)層由于儲(chǔ)層物性差及均質(zhì)性差造成非達(dá)西滲流效應(yīng)嚴(yán)重，啟動(dòng)壓力梯度高，油水兩相滲流相互制約且共滲區(qū)窄，導(dǎo)致注水阻力大，采收率低。在低滲透油藏中，由于孔喉半徑與水膜厚度處于同一數(shù)量級(jí)，液體邊界層對(duì)滲流阻力影響大，受界面效應(yīng)影響，吸附液膜導(dǎo)致注水壓力升高。從成巖角度分析，該長(zhǎng)8儲(chǔ)層由于儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、巖石粒度細(xì)、孔喉小再加上填隙物含量高等因素，造成儲(chǔ)層滲流能力差，增加了滲流阻力，造成注水井注入能力下降。

1.2 孔隙孔喉特征

滲透率的變化和孔隙的發(fā)育程度有關(guān)。由于長(zhǎng)8儲(chǔ)層孔隙類型主要為粒間孔和長(zhǎng)石溶孔，為微孔-微細(xì)喉孔喉結(jié)構(gòu)，滲流能力差，導(dǎo)致注水壓力升高。當(dāng)原油通過(guò)細(xì)小孔喉時(shí)需克服賈敏效應(yīng)、消耗注水能量，進(jìn)一步造成注水壓力上升。由于該儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，孔喉滲流能力差異大，注入水總是沿高滲層突進(jìn)，不易波及到低滲層，導(dǎo)致主向部位油井過(guò)早水淹、側(cè)向大量剩余油不能被啟動(dòng)，造成采收率差。

1.3 潤(rùn)濕性差異

油藏巖石潤(rùn)濕性控制著油氣水在儲(chǔ)層孔隙中的微觀分布，影響毛管壓力的大小和方向，從而影響水驅(qū)油效率和剩余油分布。親水/親油巖石均會(huì)對(duì)水/油相產(chǎn)生強(qiáng)烈粘附作用，從而產(chǎn)生較厚靜水/油邊界層，降低了有效滲流空間。受水膜效應(yīng)影響，強(qiáng)親水儲(chǔ)層會(huì)引發(fā)水鎖甚至水相圈閉現(xiàn)象；親油儲(chǔ)層，由于原油邊界層增厚導(dǎo)致毛管阻力增大、賈敏效應(yīng)增強(qiáng)，使得油相滯留，水驅(qū)效果變差。加之綠泥石膜在長(zhǎng)8油藏分布廣泛，綠泥石易吸附瀝青質(zhì)而使其表面形成一層薄油膜，不利于注水驅(qū)油，多種原因組合導(dǎo)致注水壓力高、采收率降低。

1.4 敏感性及流體特征

受敏感性礦物的影響，水敏礦物在低礦化度水中晶格膨脹或分散、堵塞孔喉并導(dǎo)致滲透率下降；另一方面，脫落的黏土礦物分割孔隙、增加了孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，引發(fā)儲(chǔ)層損害。受注入水水質(zhì)影響，成垢離子導(dǎo)致深部結(jié)垢，引發(fā)微裂縫和孔隙喉道堵塞損害，造成注水壓力升高；高pH值工作液易與高價(jià)離子結(jié)合形成沉淀，堵塞孔喉形成潛在堿敏損害；酸化作業(yè)引發(fā)地層酸敏（鐵方解石等）傷害。加之儲(chǔ)層殘余油乳化率低、W/O型乳化殘余油通過(guò)賈敏效應(yīng)堵塞孔喉、影響注水及采收率。

1.5 外相物質(zhì)影響

由于注水水質(zhì)不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致機(jī)雜、懸浮物及細(xì)菌堵塞；根據(jù)某油田相關(guān)施工區(qū)域注水井情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，含聚回注水或微球驅(qū)造成堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，造成注水井嚴(yán)重欠注或注不進(jìn)。

2 表面活性劑降壓增注原理

表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)上同時(shí)具有親水和親油基，正因?yàn)樗摹皟捎H性”，使它可以在低濃度下明顯地降低油水界面的表面張力。根據(jù)親水基團(tuán)類型以及結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，表面活性劑可以分為陽(yáng)離子型、陰離子型、非離子型、雙子型、復(fù)配型、以及兩性表面活性劑六大類。

由于低滲儲(chǔ)層孔喉半徑細(xì)小，原油在通過(guò)狹小的孔隙和喉道時(shí)，毛管力會(huì)急劇增加從而引起賈敏效應(yīng)，流體滲流阻力增加。注入表面活性劑后，油水界面通過(guò)吸附表面活性劑引起油水界面張力降低，油滴更容易通過(guò)孔隙喉道，可以有效解除含油堵塞，達(dá)到降低注水壓力的目的。

巖石的潤(rùn)濕性會(huì)影響驅(qū)油效率。驅(qū)油過(guò)程中，親水性表面活性劑可以增加原油與巖石界面的接觸角，降低固體與水之間的界面張力，在巖石表面向親水方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)，從而使油滴在巖石表面粘附率降低，孔壁上的油膜收縮為油珠并參與流動(dòng)，促進(jìn)了原油的剝離。

表面活性劑會(huì)吸附在低滲儲(chǔ)層的邊界層，造成邊界層流體的剝離能量大幅度減小，巖心內(nèi)有效可流動(dòng)孔喉通道變大，流體流動(dòng)阻力減小，油水相滲流能力增加。

3 表面活性劑優(yōu)選

結(jié)合超低滲透儲(chǔ)層的特點(diǎn)，本研究?jī)?yōu)選的AD86表面活性劑，由雙子類與氟碳類表活劑復(fù)配而成，兼具超低界面張力及潤(rùn)濕性修飾能力（見(jiàn)表1）。

表1 AD86表面活性劑基本理化指標(biāo)

篩選4種不同類型的表面活性劑進(jìn)行臨界膠束濃度以及臨界表面張力的測(cè)定和對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同類型表面活性劑的CMC及臨界表面張力測(cè)定對(duì)比

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，AD8608表面活性劑CMC值為0.054g/L，臨界表面張力為28.53mN/m，具有良好的表面活性。

3.1 Zeta電位法

當(dāng)表面活性劑分子在巖石表面發(fā)生吸附后，Zeta電位的絕對(duì)值越大，說(shuō)明吸附越穩(wěn)定。砂巖表面呈負(fù)電性，其Zeta電位值為-11mV。Zeta電位值隨AD86使用量的增大呈現(xiàn)先降低后趨于平穩(wěn)的狀態(tài)，且AD86水溶液在砂巖表面的電位絕對(duì)值大于35mV。Zeta絕對(duì)值大于30mV時(shí)即可認(rèn)為吸附穩(wěn)定。由此可知，AD86溶液可以在巖石表面形成穩(wěn)定的吸附膜，使巖石呈現(xiàn)為較強(qiáng)的水潤(rùn)濕性。

3.2 反滴和正滴法

分別使用天然巖心片和疏水載玻片作為載體，采用反滴（航空煤油）和正滴（蒸餾水），測(cè)試表面活性劑浸泡油濕性固體一定時(shí)長(zhǎng)后，油濕性固體表面的接觸角變化情況。對(duì)天然巖心（油濕）進(jìn)行反滴法測(cè)試發(fā)現(xiàn)，浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，油滴與巖心片之間的接觸角越大（親油性越弱）；且當(dāng)AD86質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，相同時(shí)間間隔內(nèi)接觸角的變化范圍越大。當(dāng)AD86質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，浸泡24h后可將油濕性巖心片表面接觸角由28°增大到130°，改變范圍達(dá)102°，潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)效果良好。

用疏水載玻片通過(guò)正滴法進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，疏水載玻片測(cè)得的接觸角變化趨勢(shì)與天然巖心片測(cè)試結(jié)果基本一致。用AD86處理2h的載玻片與水滴的接觸角變化量最大為46.84°，潤(rùn)濕改變性能良好。通過(guò)延長(zhǎng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)，最終水相接觸角達(dá)到30°，接觸角最大變化值達(dá)到120°，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)。通過(guò)以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，AD86改變潤(rùn)濕性能力強(qiáng)，能較好地實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)。

取某油田長(zhǎng)8巖心3塊，編號(hào)分別為BJ-1、BF-5、BJ-7，實(shí)驗(yàn)流體選擇煤油（25℃下，黏度2.08/mPa.s、密度 0.793g/cm3）；模擬地層水（25℃下，黏度1.002/mPa.s；密度 1.003g/cm3）；AD86表面活性劑（25℃下，黏度1.000/mPa.s；密度 1.011g/cm3）；實(shí)驗(yàn)流程按照巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行：①以合適的注入速度將填砂管巖心模型飽和地層水，測(cè)水相滲透率，并計(jì)算孔隙度等參數(shù)；②以合適的注入速度將巖心飽和油，測(cè)油相滲透率及含油飽和度；③以一定的速度進(jìn)行一次注水2PV左右至壓力穩(wěn)定，記錄壓力值；④選定表活劑注入速度（如0.5mL/min），注入2PV左右數(shù)的AD86表活劑至壓力穩(wěn)定，記錄壓力；⑤巖心靜置3d后，以相同的速度進(jìn)行二次注水2PV左右直至壓力穩(wěn)定，記錄注入端壓力值。整個(gè)實(shí)驗(yàn)在模擬地溫60℃環(huán)境下進(jìn)行，準(zhǔn)確記錄各階段壓力值。最后求得平均降壓率為20.71%。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 巖石實(shí)驗(yàn)降壓結(jié)果

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同滲透率巖心注入AD86表活劑后，均能見(jiàn)到降壓效果，3塊巖心平均降壓率20.71%；一次注水后繼續(xù)注表活劑溶液，注入壓力下降較快，具有明顯的降壓效果；二次注水時(shí)注入壓力在注表面活性劑溶液的基礎(chǔ)上基本保持穩(wěn)定，降壓穩(wěn)定性較好。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果可以看出，該AD86表面活性劑具有良好的降低界面張力性能、潤(rùn)濕性以及降壓增注的性能，能夠滿足超低滲透油藏注水井降壓增注的施工要求。

（2）通過(guò)目前研究現(xiàn)狀可以看出，表面活性劑降壓增注技術(shù)在低滲以及超低滲油藏的應(yīng)用取得了較好的效果。但由于該技術(shù)成本較高，使得該技術(shù)的推廣使用具有一定的局限性，需要進(jìn)一步深化表面活性劑的體系優(yōu)選以及降低表面活性劑的合成成本等方面的研究。