渣油瀝青乳狀液阻力特性及提高采收率實驗研究

楊懷軍，崔丹丹

（中國石油大港油田采油工藝研究院，天津300280）

化學工程

渣油瀝青乳狀液阻力特性及提高采收率實驗研究

楊懷軍，崔丹丹

（中國石油大港油田采油工藝研究院，天津300280）

本文將石油副產品渣油或瀝青制成乳狀液，研究了乳狀液的特性、在多孔介質中的封堵以及驅油性能。實驗結果表明：乳狀液粒徑范圍在0.1 μm～10 μm，在多孔介質中不但可以運移驅替，而且可以起到一定的封堵作用；巖心驅油實驗表明乳狀液較水驅提高采收率15個百分點以上。

阻力特性；渣油；瀝青；乳狀液；采收率

目前，聚合物驅油已成為三次采油提高原油采收率主體技術之一，并在國內實現大規模工業化應用[1-4]，其應用的油藏溫度應低于70℃，礦化度＜10 000 mg/ L，地下原油黏度小于50 mPa·s的為主[5]，當遇到中低滲、高溫、高鹽、高黏油藏時，聚驅技術應用存在很大的局限性，且化學劑注入油層后均無法回收利用，成本相對較高。因此，大幅度提高特種油藏采收率已成為化學驅發展的緊迫任務，需要研發一種適合此類油藏條件下提高原油采收率的新技術。鑒于此，本文提出了由渣油或瀝青與乳化劑制備乳狀液來提高低滲油藏采收率的方法。考察了乳狀液濃度對降低油水界面張力的貢獻，進行了乳狀液粒徑分布、阻力特性和驅油效果的研究，此方法證實了乳狀液在多孔介質中不但可以運移，而且有一定封堵能力，巖心物理模擬實驗提高采收率達17個百分點。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品及儀器

藥品：RCS（乳化劑，有效含量為40%），渣油，瀝青，甘油，聚合物為陰離子型聚丙烯酰胺HTPW-112（天津，水解度25.6%，相對分子質量為2 500萬），大港油田官109-1斷塊注入水，大港油田家47-11井脫水原油。

儀器：TX-500C界面張力儀、激光納米粒度儀、巖心物理模擬實驗裝置。

實驗溫度：78℃。

1.2 實驗方法

（1）乳狀液制備：配制一定濃度的乳化劑溶液，并將其加熱至80℃左右；將渣油或瀝青加熱至流動狀態，而后按配比加入熱的乳化劑溶液中，攪拌使其乳化。

（2）界面張力測定：選用TX-500C界面張力儀測定不同乳化劑濃度下乳狀液的油水界面張力，界面張力儀轉速為5 000 r/min。

（3）乳狀液粒徑測定：采用激光納米粒度儀測定不同渣油或瀝青配比下乳狀液粒徑。

（4）分流率測定：將蒸餾水以及乳狀液分別在兩層人造非均質巖心上進行驅替，巖心中低滲透層滲透率分別為4.1 μm2、1.9 μm2，實驗采用合注分采的方式，其中的分流率是指較低滲透層的分流率，即較低滲透層出口流量與出口總流量之比。

（5）驅油實驗：實驗用人造非均質巖心進行極限水驅以及乳狀液（5%的渣油乳狀液）驅，巖心滲透率分別為0.106 μm2、0.109 μm2。極限水驅：水驅4 PV至含水98%以上；乳狀液驅：水驅2 PV，而后進行0.3 PV的乳狀液驅，后續水驅至4 PV。

2 結果與討論

2.1 乳狀液降低界面張力能力

不同濃度乳狀液降低油水界面張力能力曲線（見圖1）。油水界面張力隨乳狀液濃度增加逐漸減小，乳狀液濃度較低時，乳狀液分子在油水界面的排列較疏松，隨著乳狀液濃度的增加，分子在油水界面的排列變得緊密[6]，降低界面張力的能力較快；濃度繼續增加，分子在油水界面的排列已趨于平衡，降低界面張力的速度變緩。當乳狀液濃度達到0.1%時，油水界面張力達到超低，為10-3mN/m數量級。界面張力達到超低可大幅度降低殘余油飽和度，提高驅油效率[7，8]，有利于油的驅替。

圖1 不同乳化劑濃度降低油水界面張力曲線

2.2 乳狀液粒徑分布

乳狀液顯微鏡照片以及粒徑分布曲線（見圖2），乳狀液粒徑范圍在0.1 μm～10 μm，平均粒徑為6.3 μm，乳狀液粒徑中稍大的顆粒在運移中會對大孔道起一定封堵作用，使小粒徑顆粒可以進入不易被波及的小孔道，提高驅油效率[9，10]。以大港油田某層數據為例（見表1），孔隙半徑絕大部分集中在10 μm以下，其中0.1 μm～1 μm的占到38.7%，可能是剩余油的主要部分；1 μm～10 μm的占到42.5%，是滲流的主要通道。乳狀液在這樣的儲層進行驅替會對較大的孔吼進行封堵，使后續注入的驅替液進入小孔道驅替剩余油，提高驅油效率。

表1 孔隙半徑分布

2.3 乳狀液的阻力特性

不同體系（體系黏度相同）在多孔介質中的壓力梯度動態變化（見圖3）。乳狀液的運移阻力明顯高于聚合物溶液和甘油，且壓力波動明顯，其壓力峰值對于提高波及效率起著關鍵的作用，乳狀液在運移過程中的壓力波動也證明了其在多孔介質中封堵、運移、再封堵、再運移的特性。

乳狀液的分流率與壓力隨注入量變化曲線（見圖4）。可見，與蒸餾水的分流率（19%）相比，乳狀液的分流率相對較大（30%），這說明，在實驗條件下，乳狀液進入低滲介質的能力大于蒸餾水進入低滲介質的能力，即乳狀液的波及效率高于油田污水的波及效率。此外，乳狀液的分流率隨著乳狀液注入量的增加而呈波動變化，且與壓力梯度隨注入量的變化趨勢有較強的一致性，這說明注入乳狀液過程中的封堵引起的壓力增加將促使更多的乳狀液進入低滲介質。

滲透率級差對乳狀液波及效率（較低滲透層分流率）的影響（見圖5）。乳狀液波及效率的大小與非均質多孔介質的滲透率級差密切相關：滲透率級差越大，具有相同性質的乳狀液的波及效率越低。這主要是由于乳狀液波及效率受乳狀液粒徑與多孔介質孔徑之間匹配關系的影響。乳狀液在高滲介質中的較高運移阻力是由大粒徑乳狀液液滴封堵而引起的，而液滴能否封堵孔隙主要取決于粒徑與孔徑的比值。在乳狀液性質相同的條件下，多孔介質的孔徑越大，滲透率級差越大，乳狀液越不易產生封堵，就不能產生足夠的運移阻力迫使乳狀液進入低滲介質，乳狀液的波及效率因此而降低。

2.4 驅油性能

乳狀液驅油綜合曲線（見圖6），實驗表明，乳狀液驅油較水驅提高采收率17個百分點。乳狀液驅在注體系階段含水率降低幅度較小，但在后續水驅階段降含水作用極為顯著。這說明，乳狀液的封堵作用使后續水驅進入中低滲透層，從而提高中低滲透率層的波及效率。

圖2 乳狀液的顯微照片和粒徑分布

圖3 不同體系在多孔介質中的壓力梯度動態變化

圖4 乳狀液的分流率與壓力隨注入量變化曲線

圖5 滲透率級差對乳狀液波及效率的影響

圖6 乳狀液驅油綜合曲線

3 結論

（1）渣油或瀝青乳狀液粒徑范圍在0.1 μm～10 μm，其在多孔介質中不但可以運移驅替，而且可以起到一定的封堵作用。

（2）證實了渣油瀝青乳狀液室內巖心物理模擬試驗提高采收率在15個百分點以上。

［1］龐麗麗，寧宇清.三次采油化學驅油技術發展現狀［J］.內蒙古石油化工，2010，（8）∶42-45.

［2］孔柏嶺，孔昭柯，王正欣，等.聚合物驅全過程調剖技術的礦場應用［J］.石油學報，2008，29（2）∶262-269.

［3］孫玉麗，錢曉琳，吳文輝.聚合物驅油技術的研究進展［J］.精細石油化工進展，2006，7（2）∶26-29.

［4］郭萬奎，程杰成，廖廣志.大慶油田三次采油技術研究現狀及發展方向［J］.大慶石油地質與開發，2002，21（3）∶1-6.

［5］張賢松，孫福街，康曉東，等.渤海油田聚合物驅油藏篩選及提高采收率潛力評價［J］.中國海上油氣，2009，21（3）：169-172.

［6］劉衛東，孫春柳，孫靈輝，等.三元復合表面活性劑在油水中的分配［J］.石油學報，2011，32（6）∶1017-1020.

［7］陳濤平，劉金山，劉繼軍.低滲透均質油層超低界面張力體系驅替毛管數的研究［J］.西安石油大學學報（自然科學版），2007，22（7）∶33-36.

［8］胡曉東，候明明，胡文庭.超低界面張力表面活性劑體系的研究及應用［J］.吐哈油氣，2011，16（2）∶156-158.

［9］王鳳琴，曲志浩，孔令榮.利用微觀模型研究乳狀液驅油機理［J］.石油勘探與開發，2006，33（2）∶221-224.

［10］張逢玉，盧艷，韓建彬.表面活性劑及其復配體系在三次采油中的應用［J］.石油與天然氣化工，1999，28（2）：131-133.

Experimental study on resistance characteristics and improving recovery rate of residuum asphalt emulsion

YANG Huaijun，CUI Dandan
（Oil Production Technology Institute of PetroChina Dagang Oilfield，Tianjin 300280，China）

In this paper,petroleum by-products residuum or asphalts are made into emulsion. Emulsion's characteristics,plugging performance and flooding performance in porous media are studied.The results show that granul diameter of emulsion range from 0.1 μm to 10 μm,it not only can migrate and displace in porous media,but also can play a role of certain plugging effect.The experiment of core flooding shows that water flooding,compared with emulsion flooding,can enhance oil recovery ratio by 15 percent or more.

resistance characteristics；residuum；asphalt；emulsion；recovery ratio

TE357.46

A

1673-5285（2016）01-0086-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.023

2015－11-02

國家自然科學基金資助項目“聚驅后二元復合驅剩余油分布及啟動機制研究”，項目編號：51074172。

楊懷軍（1963-），高級工程師，2005年博士畢業于西南石油大學油氣田開發工程專業，現主要從事三次采油技術研究與應用工作，郵箱：dg_cuiddan@petrochina.com.cn。