表面活性劑在壓裂液中對(duì)提高滲吸采收率的研究

張邈 劉義坤

摘 要： 針對(duì)致密砂巖油藏開展了3種表面活性劑（ZPS、SDBS、SB）在水溶液和低濃度瓜爾膠壓裂液中對(duì)提高滲吸采收率的研究。只有非離子表面活性劑（SB）未起到潤濕反轉(zhuǎn)的作用。加有三種表面活性劑的溶液均使界面張力達(dá)到了巖心滲吸的最佳效果。分析實(shí)驗(yàn)得出：與注入水相比，在加有表面活性劑的溶液中對(duì)提高采收率都起到了一定的作用，在低濃度瓜爾膠壓裂液中的滲吸采收率最高。改向和黏彈作用是低濃度瓜爾膠壓裂液提高滲吸采收率的主要機(jī)理。

關(guān) 鍵 詞：潤濕性；界面張力；滲吸；致密油

中圖分類號(hào)：TE 357 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2016）08-1767-03

Abstract： Improving imbibition oil recovery of tight sandstone reservoirs by adding surfactants （ZPS，SDBS，SB） in water and low concentration of guar gum fracturing fluid was studied. The results show that single nonionic surfactant （SB） does not play the role of wettability alteration. The interfacial tension of solution with three kinds of surfactants can achieve the best result of imbibition.Adding surfactants in the fracturing fluid can enhance oil recovery to a certain extent； Adding surfactants in low concentration of guar gum fracturing fluid can obtain the highest oil recovery. Changing the direction and viscoelastic effect of flow is the main mechanism of improving imbibition oil recovery by low concentration of guar gum fracturing fluid.

Key words： wettability； interfacial tension； imbibition； tight oil

低滲透油藏中存在大量的殘余油。因此，提高滲吸采收率是保證低滲透油藏有效開采的關(guān)鍵。周鳳軍[1]等提出活性水因顯著的降低了界面張力進(jìn)而提高了采收率；姚同玉[2]等考慮了潤濕性對(duì)低滲透油藏滲析的影響，修正了NB-1值，認(rèn)為低界面張力對(duì)滲吸的采收率的作用是雙向的。本文主要研究了影響滲析采收率的幾種因素，并進(jìn)行了機(jī)理的分析，為低滲透油藏的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

配液用水為大慶油田采油一廠注入水，礦化度：3 589 mg/L；含Na+：1 190 mg/L，Mg2+：36 mg/L，Ca2+：13 mg/L，Cl-：1182 mg/L，K+：6 mg/L，HCO3-：1 120 mg/L，SO42-：42 mg/L；表面活性劑：甜菜堿，重烷基苯磺酸鹽，石油磺酸鹽，低濃度瓜爾膠配方：0.3%HPG+0.5%DL-15+0.35%交聯(lián)劑+0.03%過硫酸銨。實(shí)驗(yàn)用油為模擬油：一廠外輸油與煤油按照1.3︰1配置而成。在45 ℃時(shí)，模擬油密度為0.76 g/mL，粘度為3 mPa·s。巖心采用天然露頭巖心。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

界面張力儀，恒溫箱，攪拌器，粘度測(cè)量儀

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 潤濕性的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)所用巖心為天然露頭巖心，采用老化的方法進(jìn)行測(cè)量。老化的時(shí)間在20 h左右。將巖心放入地層水、帶有表面活性劑的水溶液、帶有表面活性劑的低濃度瓜爾膠壓裂液中，分布測(cè)定巖心的自吸排油量、驅(qū)替排油量、自吸排水量和驅(qū)替排水量，經(jīng)計(jì)算得出巖心的相對(duì)潤濕指數(shù)[3]。

1.3.2 界面張力的測(cè)定

將三種表面活性劑分別加入到水和低濃度瓜爾膠中配成溶液，測(cè)量這幾種溶液與模擬油之間的界面張力值。

1.3.3 滲吸實(shí)驗(yàn)

將巖心抽真空后烘干，飽和地層水，在45 ℃下飽和模擬油。將處理好的巖心放入滲吸瓶中，滲吸瓶中裝入適量滲吸液。滲吸過程中，由于巖心吸水排油及油水的重率差，使析出的油滴上浮。從滲吸瓶中讀出析出油的體積（圖1）。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 潤濕性

通過巖心對(duì)比，非離子表面活性劑（SB）溶液未將巖性轉(zhuǎn)換成親水的狀態(tài)，而兩種陰離子表面活性劑（ZPS，SDBS）起到了潤濕反轉(zhuǎn)的作用巖心在加有表現(xiàn)活性劑的滲吸液采收率高于未加表面活性劑的滲吸液。說明巖心的原始潤濕性影響采收率，在驅(qū)油過程中，注入地下的液體易于驅(qū)走親水油層內(nèi)的油，而親油油層內(nèi)的油則不易驅(qū)出。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，觀察出由于注入滲吸液時(shí)流體的分布狀態(tài)、流動(dòng)特點(diǎn)和毛細(xì)管力吸水排油作用的不同。親水巖心比親油巖心的滲吸效果好（表1）。

2.2 界面張力

具有相同潤濕性的巖心在帶有表面活性劑的溶液中滲吸采收率最高。當(dāng)油水界面張力值變低時(shí)，降低了油滴通過孔喉產(chǎn)生的阻力，此時(shí)的阻力由賈敏效應(yīng)引起。表面活性劑把殘余油從巖石的壁面剝落，使殘余油發(fā)生流動(dòng)，增大了油相滲透率，卻未改變水相的滲透率。注入表面活性劑的體系降低了油水界面張力值，6號(hào)巖心實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，油滴從頂端和側(cè)面析出，可見溶液將殘余油向著流動(dòng)的方向?qū)⑵淅捎徒z甚至拉斷并乳化成細(xì)小的油珠，從而可以被溶液驅(qū)走。界面張力值的降低，使細(xì)小的油珠在孔喉處的賈敏效應(yīng)越小，油珠易從小孔道中采出，同時(shí)殘余油飽和度大幅度下降。因此，油水界面張力值越低，采收率越高（表2）。

2.3 滲吸機(jī)理分析

實(shí)驗(yàn)中，巖心親油，毛管力為水驅(qū)時(shí)的阻力。對(duì)于親水巖心，毛管力為水驅(qū)時(shí)的動(dòng)力。三種表面活性劑的界面張力值在0.013～0.019 mN·m-1之間，達(dá)到了10-2數(shù)量級(jí)，由于在親水巖心中，接觸角的增大界面張力值也增大，根據(jù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)算得的NBm-1值為有利的滲吸驅(qū)油值（臨界值>5）。水相在受到毛管力時(shí)，進(jìn)入到巖心中，而油相則從孔道中相反的方向驅(qū)走，實(shí)質(zhì)上是一種逆向油水交換的過程，稱為逆向滲吸。加入表面活性劑的低濃度瓜爾膠壓裂液對(duì)水竄通道起到了一定的封堵作用[5]，改善了吸水剖面，提高注入液體的波及系數(shù)[6]（表3）。

低濃度瓜爾膠壓裂液促使了深部液流方向的改變，使表面活性劑能夠進(jìn)入巖心滲透率較低的部位，進(jìn)而使毛管數(shù)增多降低了殘余油飽和度，提高了采收率。

3 結(jié) 論

1）滲透率相差不大潤濕性不同的低低滲透率巖心，親油性增強(qiáng)，束縛水飽和度降低。潤濕性油相采收率影響很大，弱水濕狀態(tài)下的巖心采收率最高，中性潤濕狀態(tài)的巖心次之，親油巖心采收率最低。

2）不同表面活性劑驅(qū)油機(jī)理和提高采收率的程度有所差異，注入表面活性劑溶液可以顯著的降低殘余油飽和度。

3）低濃度瓜膠壓裂液中加有表面活性劑，不僅僅是壓裂液調(diào)驅(qū)和表面活性劑驅(qū)油的疊加，而溶液在巖心中運(yùn)移的過程中發(fā)揮了化學(xué)驅(qū)油作用，又提高了洗油效率。在充分發(fā)揮表面活性劑降低油水界面張力、改變巖心潤濕性的同時(shí)又達(dá)到了提高采收率目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]周鳳軍，陳文明. 低滲透巖心滲吸實(shí)驗(yàn)研究[J]. 復(fù)雜油氣藏，2009（1）：54-56.

[2] 姚同玉，李繼山，王建，等. 裂縫性低滲透油藏的滲吸機(jī)理及有利條件[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2009，39（04）：937-940.

[3] 曹立迎，劉傳喜，孫建芳. 低滲透碳酸鹽巖稠油油藏?zé)釓?fù)合化學(xué)方法提高采收率實(shí)驗(yàn)[J]. 油氣地質(zhì)與采收率，2016（3）：101-105.

[4] 陳金生，王兆豐. 含瓦斯煤滲吸效應(yīng)試驗(yàn)研究[J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2016（03）.

[5] 馬俯波，周正武，王延忠. 頁巖儲(chǔ)層中黏土對(duì)壓裂液吸收能力的影響及其因素分析[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2016，16（12）.

[6] 杜彪，萬華，葉智，等. 超低濃度瓜爾膠壓裂液體系在蘇6井區(qū)的應(yīng)用[J]. 內(nèi)蒙古石油化工，2013（22）：17-19.