濱南低滲透區塊表面活性劑驅可行性研究

高鮮花，劉艷華

（中國石油化工勝利油田分公司濱南采油廠，山東濱州 256600）

濱南油田低滲透油藏主要分布在濱649、濱660、濱644、濱37-363、濱657塊、畢家沙四中下等13個區塊，油藏平均滲透率為23.3×10-3μm2，地質儲量為3640.45×104t，占濱南油田總地質儲量44.5%[1,2]。低滲透油藏在開采過程中，由于儲層物性差，滲透率低，水井欠注嚴重[3-6]。濱南油田低滲透區塊非均質性強，儲層粘土含量高，在注水開發中粘土顆粒膨脹運移，堵塞地層孔隙，造成滲透率再度下降，水驅效率降低[7-11]。合適的表面活性劑可以抑制粘土膨脹，減緩儲層傷害，降低注入壓力，減小油藏滲流阻力，有效提高原油采收率[12-15]。對低滲油藏驅油效率的提高、水驅效果的改善具有重要意義。

1 室內實驗

1.1 儀器與試劑

實驗儀器：JJ2000B型旋轉滴界面張力測定儀；DHG型電熱式鼓風干燥箱；動態驅替裝置（主要包括中間容器、雙聯恒溫箱、巖心夾持器、平流泵等）。

實驗試劑：自制表面活性劑LY、無機鹽（KCl、NH4Cl、MgCl2、CaCl2、NaHCO3）、十二烷基苯磺酸鈉、AES、吐溫80、十二烷基磺酸鈉、石油磺酸鹽。

1.2 實驗方案

針對低滲透油藏在長期水驅中因粘土膨脹、微粒分散運移，造成儲層滲透率下降、原油采收率較低的問題，自制了適合該類油藏的驅油用表面活性劑。分別從界面活性、潤濕性、防膨性、耐腐蝕性、吸附性及驅油性六個方面對表面活性劑進行性能評價。并結合濱南油田低滲透區塊流體性質及儲層敏感性分析表面活性劑適用的可行性。實驗選取低滲透區塊脫水脫氣原油、地層水為實驗流體。

1.3 表面活性劑性質研究

1.3.1 界面活性 配制不同質量分數0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%、0.8%的LY溶液，分別測定各溶液油水界面張力隨時間的變化（見圖1）。

由圖1可以看出，當LY劑質量分數為0.1%時，油水界面張力最低，界面活性最好。大于0.1%時，界面張力隨質量分數的增加而降低。可見該劑的適宜用量為0.1%，在低濃度下有很好的界面活性。

考察不同礦化度下，LY劑界面活性隨時間的變化。分別配制礦化度為0 mg/L、2 000 mg/L、5 000 mg/L、10 000 mg/L、50 000 mg/L、100 000 mg/L、150 000 mg/L、200 000 mg/L的礦化水，以不同礦化度的水質為溶劑配制質量分數為0.1%的LY劑溶液，進行油水界面張力的測定。礦化度對LY劑界面活性的影響（見圖2）。

由圖2可以看出，隨著礦化度的增大，LY劑界面活性逐漸增強，當礦化度為150 000 mg/L時界面張力降至最低。礦化度對LY劑界面活性的影響主要是由于水相中無機鹽的存在，削弱了表面活性劑分子間的電性排斥，使活性劑分子在油水界面排列的更為緊密，界面處表面活性劑吸附量增加，油水界面張力降低。

1.3.2 潤濕性 在80℃下將巖片置于原油中浸漬10 d，形成親油表面，分別將巖片放入去離子水、表面活性劑溶液中浸泡8 h，達到吸附平衡，測定巖片與去離子水的接觸角，結果（見表1）。

表1 表面活性劑潤濕性比較

比較各表面活性劑對油濕巖片潤濕性的改變，由表1可以看出，經LY劑處理的巖片接觸角最小，潤濕性最好。可見該劑具有一定的潤濕反轉作用，能夠改善油濕儲層潤濕性，當表面活性劑與親油表面接觸時，親油基吸附于親油表面，親水基向外，使表面的親油性減弱，親水性增強。

1.3.3 防膨性 比較防膨劑與LY劑的防膨性能，各試劑質量分數均為0.1%，其中KCl+NH4Cl質量分數為0.05%KCl+0.05%NH4Cl。測定膨潤土在去離子水中的膨脹率為12.86%，以去離子水做空白對比，得到各溶液的防膨率（見表2）。

表2 不同試劑防膨性能比較

不同試劑的防膨性能比較表明，LY劑的防膨率為26.67%，防膨性最好。

1.3.4 耐腐蝕性 實驗采用N80鋼片放置在10%表面活性劑溶液中，在90℃恒溫水浴中反應24 h，測試鋼片的腐蝕速率。經測定，其腐蝕速率僅為2.5 g/（m2·h），小于石油行業規定的標準值6 g/（m2·h），說明該劑的耐腐蝕性能夠滿足現場施工的需求。

1.3.5 吸附性 比較LY劑與常規表面活性劑石油磺酸鹽、十六烷基三甲基溴化銨在巖心中的吸附量（見圖3）。

由圖3可以看出，LY劑的最大吸附量介于陽離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨與陰離子表面活性劑石油磺酸鹽之間，且吸附量值更接近石油磺酸鹽。LY劑存在一定的吸附性，但吸附量較小，可以有效減小表面活性劑在巖石縫隙中的滯留損失量。

1.3.6 動態驅油性 考察表面活性劑的動態驅油性，以地層水配制0.3%的LY溶液，脫水脫氣原油為實驗流體，在恒溫60℃下，原油飽和巖心后，分別進行注水驅油、表面活性劑驅油，記錄驅入過程中壓力的變化，計算驅油效率。

（1）降壓增注，比較巖心在表面活性劑驅前后的壓力變化，評價不同滲透率巖心動態驅替過程中表面活性劑的降壓效果（見圖4）。

由圖4中注入壓力隨時間的變化可以看出，隨著表面活性劑的注入，注入壓力有明顯的降低，結合防膨性說明該劑具有抑制粘土膨脹、顆粒運移的能力，能有效改善巖心的滲透率，從而達到降壓增注的目的（見表3）。

表3 降壓實驗結果

表4 驅油實驗結果

表5 濱南油田低滲透區塊流體性質

從降壓效果來看，對于不同滲透率的巖心，表面活性劑驅后平均壓降為28%。

（2）驅油效率，通過動態驅油實驗，計算巖心飽和原油之后的水驅采收率及劑驅采收率（見表4）。

不同滲透率巖心的驅替實驗表明，水驅之后LY劑可平均提高驅油效率8.62%。

2 低滲透區塊表面活性劑驅可行性分析

2.1 流體性質分析

油藏流體性質是影響表面活性劑性能及適用性的一個重要因素，以濱南油田低滲透代表性區塊來分析流體性質，從而為該類區塊表面活性劑驅的可行性研究提供依據（見表5）。濱南油田低滲透區塊原油密度為0.84～0.87g/cm3，地層水礦化度為 50 000～180 000 mg/L，水質為CaCl2型。

2.2 儲層敏感性分析

評價濱南油田低滲透區塊儲層敏感性，分析潛在的傷害因素，選取代表性的區塊進行儲層敏感性比較。

表6 濱南油田低滲區塊儲層敏感性

區塊儲層敏感性存在的共同點是均具有一定程度的水敏性，在水驅中粘土顆粒易膨脹，部分層系會發生較為嚴重的微粒運移，堵塞地層，對注水開發效果有一定的影響。

表7 低滲透區塊粘土礦物組成

從濱660塊、644塊的粘土礦物組成來看，伊利石、高嶺石、伊蒙混層含量較高。伊蒙混層在注水過程中易發生粘土膨脹，造成孔隙喉道縮小、滲透率下降，是引起儲層敏感性的主要因素。高嶺石在巖石孔隙中的固著力較弱，流體作用下易發生機械移動，堵塞喉道。

2.3 表面活性劑適用性分析

濱南油田低滲透區塊平均滲透率23.3×10-3μm2，孔隙度15%～20%，原油密度0.84～0.87 g/cm3，粘度10～23 mPa·s，地層水總礦化度 69 710 mg/L。儲層粘土礦物含量高，在注水開發中粘土礦物易水化膨脹、分散運移，造成孔喉堵塞，滲透率下降，注水壓力升高，水量下降。

表面活性劑LY劑以低滲油藏儲層物性為出發點，在常規表面活性劑基礎上，強化界面活性、潤濕性、驅油性能，并針對低滲油藏滲透率低、孔隙度小、粘土顆粒膨脹運移的問題，將表面活性劑功能與防膨功能結合起來，在增強驅油效率的同時抑制粘土膨脹，有效提高低滲透油藏原油采收率。

綜合儲層物性及流體性質，濱644塊、660塊、37-363 塊儲層滲透率＞10×10-3μm2，地層水為 CaCl2型，礦化度范圍為55 198～175 900 mg/L，油藏溫度＜120℃，原油粘度＜100 mPa·s，具備表面活性劑適用的基本條件。從濱南低滲透代表區塊儲層敏感性來看，共同點是粘土含量高，水敏性強，粘土易膨脹。而所研究的表面活性劑兼具驅油性能及防膨性能，在提高驅油效率的同時抑制粘土顆粒的水化膨脹及分散運移，可有效提高原油采收率。LY劑在濱644塊、660塊、37-363塊具有適用性，對改善低滲透區塊注水開發效果具有可行性。

3 結論

兼具驅油性能及防膨性能的表面活性劑能夠降低油水界面張力，抑制粘土顆粒的分散運移。在地層水中，LY劑與原油之間的界面張力可降低至10-3mN/m；對粘土礦物的防膨率為26.67%；該劑的腐蝕速率為2.5 g/（m2·h），小于石油行業規定的標準值6 g/（m2·h），滿足現場施工的需求；對于不同滲透率巖心，水驅之后LY劑平均提高驅油效率8.62%，平均壓降率為28%，具有明顯的降壓增注效果。

通過對表面活性劑進行性能評價，結合濱南油田低滲透區塊儲層物性及流體性質，得出濱644塊、660塊、37-363塊表面活性劑驅具有一定的可行性。濱南低滲透區塊粘土含量高，將兼具防膨作用的表面活性劑應用于低滲透區塊，在提高驅油效率的同時，抑制粘土顆粒的水化膨脹，減緩儲層的水敏性傷害，降低水井注入壓力，達到降壓增注的目的。

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