低滲透油藏復合活性劑體系降壓增注技術研究與應用

李力行

(中石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東 東營 257094)

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低滲透油藏復合活性劑體系降壓增注技術研究與應用

李力行

(中石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東 東營 257094)

針對低滲透油藏普遍存在注水壓力高、欠注矛盾突出的問題，結合永1區塊低滲透儲層物性條件，開展了復合增注體系配方優化研究。通過室內試驗研究和物模試驗評價，確定了復合活性劑體系最佳使用質量分數為3.0%～5.0%，處理半徑為3～4m，反應時間48h；在配套技術上，優化了復合降壓增注施工工藝。通過在永1區塊成功開展現場試驗，表明應用復合增注技術可以有效解決低滲透油藏欠注問題，也為同類型油藏儲層改造提供了成功經驗。

低滲透油藏；復合降壓增注；作用機理；工藝優化

永1區塊屬低滲透儲層，物性較差，滲透率低，孔喉結構復雜，自然產能低。傳統的酸化壓裂措施有效期短，同時使顆粒運移更加明顯，對地層傷害比較大[1，2]。應用表面活性劑可以顯著降低低滲透油藏的注入壓力，增加注水量，改善油藏驅替效果，提高原油采收率。

1　表面活性劑降壓增注的理論依據

表面活性劑降壓增注的理論依據，可由注入壓力的理論公式分析如下：

(1)

Kw=K·Krw

(2)

式中：Δp為壓力梯度，MPa/m；Q為流量，m3/s；μ為流體黏度，mPa·s；h為油層厚度，m；Rr為供液半徑，m；rw為井筒半徑，m；K為地層絕對滲透率，mD；Kw為地層對注入水的有效滲透率，mD；Krw為地層對注入水的相對滲透率，1。

分析可知，如其他參數不變，注入壓力與水的有效滲透率Kw成反比。因此，通過提高地層對注入水的有效滲透率，就可以降低注入壓差。另外，如果使界面張力下降，油、水相對滲透率都將會上升；如果使巖石弱親水，則地層對注入水的有效滲透率值更高，此時對降低注入壓力更為有利。

2　表面活性劑降壓增注作用機理

低滲透油藏復合降壓增注主要是利用表面活性劑對油水界面的作用和影響，實現提高地層中油水相的滲透率，降低注入壓力，提高原油采收率[3～8]。其作用機理主要有以下幾個方面。

1)降低油水界面張力洗油效率的提高隨毛細管準數的增加而增加，而界面張力越小，毛細管準數越大，殘余油飽和度越小，驅油效率就越高。在注水開發后期，通過降低油水界面張力，可使毛細管準數有2～3個數量級的變化。可見通過表面活性劑降低油水界面張力，可大大降低地層的毛細管作用，降低剝離原油所需的黏附功，從而提高了洗油效率。

2)降低殘余油飽和度表面活性劑體系具有較強的原油乳化作用，通過改善油水兩相的流度比提高波及系數。同時，也降低了毛細管阻力和滲流阻力，減小了油滴通過較小的巖石孔道或孔喉時的賈敏效應，從而降低啟動壓力。

3)降低邊界層厚度表面活性劑分子通過吸附在低滲儲層的邊界層流體表面，可以使邊界層流體的剝落功減小，此時邊界層厚度減小，巖心可流動孔喉變大，從而減小流體在地層中的流動阻力，提高油水相的滲流能力。

4)改變巖石表面的潤濕性驅油效率與巖石的潤濕性密切相關。由于砂巖地層一般為親水性，因此親油性表面活性劑的驅油效率差，而親水性表面活性劑的驅油效率較好。在驅油過程中，利用親水性表面活性劑可以增加原油與巖石界面的接觸角，從而進一步使巖石表面的親油性親水性發生反轉，減少剝離巖石表面油滴的黏附功。

3　復合活性劑體系及性能評價

3.1復合活性劑體系組成

活性劑體系主劑為陰陽兩性離子型C20氨基化合物類表面活性劑，分子式為R3-C20(O)-N(R1)(R2)，另外兩種表面活性劑分別是乳化劑OP和增溶劑，乳化劑是烷基酚和環氧乙烷縮合物，分子式為RO(C2H40)nH，增溶劑是醇醚類化合物，屬非離子型表面活性劑。根據單劑的不同性能，調整主劑、乳化劑和增溶劑配比為7∶9∶12，三者總體積分數為28.0%，然后與溶劑油(占72%)復配。

表1　增注劑在不同溫度條件下的洗油效率

表2　不同質量分數的復合活性劑與原油間的界面張力

3.2復合活性劑體系性能評價

3.2.1復合活性劑洗油能力評價

永1區塊原油為油樣，石英砂為試驗砂樣，按油砂比1∶10把油和砂混合為油砂，在60℃條件下恒溫密封老化7d以上。用永1區塊注入水配制不同質量分數的增注劑溶液，天平稱取一定量的老化油砂放入增注劑溶液中，分別在常溫、40、60℃溫度條件下，靜態浸泡，測定洗油能力，試驗評價結果如表1所示，不同質量分數的增注劑在常溫下有較好的洗油能力，隨著溫度的升高，洗油效率大幅度提高，質量分數5.0%的增注劑在60℃條件下洗油效率可達到96%以上。

3.2.2復合活性劑對油水界面性質的影響

永1區塊注入水配制不同質量分數復合活性劑溶液，加入原油樣品，用界面張力儀測定其界面張力，試驗結果如表2所示，當復合活性劑質量分數大于2.0%時，油水界面張力達10-1mN/m數量級。

3.2.3復合活性劑改變儲層巖石表面潤濕性性能評價

將同一塊天然巖心切割為4塊天然巖心片，磨光，其中3塊天然巖心片分別放入不同質量分數的復合活性劑溶液中浸泡48h，另1塊不浸泡。用潤濕角測量儀測定處理后天然巖心片潤濕角，對測定結果進行分析對比(圖1)。可以看出，復合活性劑能使巖心的潤濕性由強水濕變為弱水濕，說明具有改變潤濕性的能力。

圖1　潤濕角測定結果

3.2.4復合活性劑對相對滲透率的影響

圖2　復合活性劑對相對滲透率的影響

選取永1區塊天然巖心，利用非穩態法分別測定油、注入水相對滲透率，油、復合活性劑溶液相對滲透率，研究分析油、注入水兩相相對滲透率的變化特征。以復合活性劑質量分數為3.0%試驗為例(圖2)，從試驗結果可以看出，與水驅相滲曲線相比，復合活性劑體系驅相滲曲線發生了變化：①束縛水飽和度點左移，且等滲點左移，巖心表面親水性減弱，親油性增強；②當巖石親水程度減弱時，水的相對滲透率增加，油的相對滲透率減小；③在高含水期，水相滲透率增加明顯，曲線出現上翹，水相滲透率顯著提高，水相流動得以改善；④復合活性劑濃度提高，潤濕性改變能力增強。

3.2.5物模流動試驗評價

選取永1區塊天然巖心，巖心尺寸為?2.51cm×5.46cm，孔隙體積為3.77cm3，孔隙度為13.96%，氣測滲透率為26.37mD。物模流動試驗過程：先將巖心洗油烘干，抽空飽和注入水(計算孔隙體積)；然后用油驅替水，建立束縛水(流速0.5mL/min)；再用注入水驅替油，建立殘余油后，繼續注入水驅替至壓力穩定(流速1.2mL/min)(記錄壓力、測水相滲透率)；最后注入8倍孔隙體積復合活性劑(60℃下保壓48h)，用注入水正向驅替巖心至壓力穩定(流速1.2mL/min)(記錄壓力、測水相滲透率)。

以復合活性劑質量分數為3.0%的試驗為例，試驗結果如圖3所示，復合活性劑驅替前后對比，水相滲透率提高49.4%，相同注入排量下注入壓力下降27.7%。水驅注入60PV后，出現壓力上升，滲透率下降，水驅注入90PV后，驅替壓力和滲透率仍明顯好于復合活性劑處理前，說明復合活性劑抗沖刷能力較強。

圖3　驅替試驗曲線

4　施工工藝優化研究

圖4　復合活性劑不同停留時間巖心滲透率的變化

圖5　不同滲透率儲層壓損曲線

圖6　不同巖心增注劑處理前后滲透率對比

4.1關井反應時間的優化

通過評價復合活性劑體系停留時間對滲透率的影響，確定合理關井時間。試驗結果如圖4所示，復合活性劑與巖石表面接觸時間達到48h后對改善巖心滲透率的作用已不再明顯。因此確定現場施工關井反應時間為48h。

4.2增注處理半徑的優化

永1區塊不同滲透率儲層，在10m3/(d·m)的注水強度下，所需注水壓力在半徑方向上的分布曲線如圖5所示，增注處理半徑在3m以內是壓降敏感區，也是改造效果最明顯區域，因此可將增注處理半徑確定為3～4m。

4.3配套施工工藝的優化

3塊不同巖心分別進行滲透率測定試驗。試驗1為巖心直接注入增注劑；試驗2為先注入污水污染巖心，再注入增注劑；試驗3為先注入污水污染巖心，再酸預處理，最后注入增注劑。通過對比滲透率值(圖6)，表明預處理技術對增注劑增注效果有較大的影響。根據試驗結果，確定了采用油層預處理與降壓增注技術復合配套的施工模式，在現場試驗中優選復合酸體系作為油層預處理配套技術。

5　現場應用

永1區塊沙四段礫巖體位于永安油田東北部，含油層位為四段，地質儲量1782×104t，埋深1950～3020m，巖石成分以礫巖、礫狀及含礫不等粒砂巖為主，砂巖及粉砂巖普遍含泥質在10%以上，平均孔隙度11.4%，平均空氣滲透率10mD，地層溫度為97℃。永1區塊開油井18口，日產油61t，綜合含水率47.9%，采出程度4.8%，采油速度0.15%。開水井6口，日配注240m3，日實注47m3，月注采比只有0.40，地層總壓降14MPa。截至2015年底，實施復合活性劑降壓增注工藝6口井，有效5口井，有效率83.3%，日增水163m3，增水幅度380%，累計增水63730m3，平均有效時間313d，與實施前對比，月注采比由0.40上升至1.08，日產油增加60t，綜合含水率下降4.1%，投入產出比達1∶3.75。現場試驗結果表明，復合活性劑體系增注技術在永1低滲透油藏取得了良好的降壓增注效果。

6　結論

1)研究了復合活性劑體系并進行了試驗評價。復合活性劑洗油效率達96%以上；質量分數大于2.0%時，油水界面張力達10-1mN/m數量級；質量分數在3%～5%時可將試驗區塊強水濕巖石表面轉變為弱水濕；質量分數為3%時，可提高水相滲透率49.4%。

2)優化了復合活性劑注入工藝。確定增注處理半徑為3～4m，反應時間48h，優選了油層預處理與降壓增注技術復合配套的施工模式，確定復合酸體系作為油層預處理配套技術。

3)低滲透油藏復合活性劑體系降壓增注技術在永1區塊現場成功應用，為同類型油藏儲層改造提供了成功經驗，具有重要的借鑒作用和意義。

[1]黃延章.低滲透油層滲流機理[M].北京：石油工業出版社，1998：30～100.

[2]王啟蒙，汪強，諸葛鎮.低滲儲層滲流規律及水驅油機理的試驗研究[J].江漢石油學院學報，2003，(S2)：32～35.

[3]趙琳，王增林，吳雄軍，等.表面活性劑對超低滲透油藏滲流特征的影響[J].油氣地質與采收率，2014，21(6)：72～75.

[4]張星，畢義泉，汪廬山，等.低滲透油藏活性水增注技術探討[J].石油地質與工程，2009，23(5)：121～123.

[5]李常友.勝利油田注水井增注技術新進展[J].石油與天然氣化工，2014，46(1)：73～77.

[6]侯吉瑞，謝玉銀，趙鳳蘭，等.復合體系各組分對油水界面剪切粘彈性的影響規律[J].油氣地質與采收率，2015，22(1)：68～73.

[7]崔寶臣，吳景春，賈振歧.非離子表面活性劑/低碳醇體系的界面活性及應用[J].油田化學，2003，20(4)：64～73.

[8]王倩.低滲油藏表面活性劑驅降壓增注及提高采收率實驗研究[D].東營：中國石油大學(華東)，2010.

[編輯]帥群

2016-01-19

中國石油化工股份有限公司提高采收率先導性試驗投資計劃項目(SLZB-PYKF[2012]0407)。

李力行(1981-)，男，碩士，工程師，現從事油氣田開發工作，lilixing.slyt@sinopec.com。

TE357.462

A

1673-1409(2016)14-0070-05

[引著格式]李力行.低滲透油藏復合活性劑體系降壓增注技術研究與應用[J].長江大學學報(自科版), 2016,13(14):70～74.