表面活性劑吞吐技術在封閉小斷塊油藏的應用

秦國偉，馬玉娟，袁 娜，付文場，王 磊

(1.東北石油大學博士后科研流動站，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163712)

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表面活性劑吞吐技術在封閉小斷塊油藏的應用

秦國偉1，2，馬玉娟2，袁 娜2，付文場2，王 磊2

(1.東北石油大學博士后科研流動站，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163712)

針對封閉小斷塊油藏的開發特征，為提高該類油藏的原油采收率，開展了表面活性劑吞吐技術研究。通過動靜態實驗和理論分析，系統評價分析了自制表面活性劑特性和吞吐機理，形成了適用于封閉小斷塊油藏提高采收率的技術。實驗結果表明，在一定條件下，表面活性劑界面張力可達到10-4mN/m，O/W型乳狀液體積百分比高達97%，經過3輪次吞吐，原油采收率提高12%以上，注入壓力下降幅度達50%以上?，F場先導性試驗效果顯著，3口油井平均單井日產油提高了2.18 t/d，綜合含水率降低了6個百分點，井底流壓增加1.8 MPa；其中SX-21井綜合含水率減少8個百分點，井底流壓增加4.0 MPa，投入產出比可達1.00∶3.08。該研究可為中高含水階段封閉性小斷塊油藏高效開發提供重要依據。

表面活性劑；吞吐技術；封閉小斷塊油藏；提高采收率

0 引 言

封閉小斷塊油藏獨有的特征決定了在開發過程中存在遞減快、含水上升快、地層能量無法補充等一系列問題，嚴重制約著油藏開發效果[1-5]。針對封閉小斷塊油藏的開發特征，結合國內外吞吐技術[6-9]和表面活性劑在油田應用情況[10-13]，提出了表面活性劑吞吐技術。該技術主要機理是依靠毛細管力自吸作用置換油藏中原油，由毛細管力公式[14]可知：當儲層一定時，為減小注入阻力可降低油水界面張力，增強毛細管力自吸作用，提高油藏中原油置換率[4]。表面活性劑吞吐液可解堵近井地帶的有機物污染，提高地層滲透率，降低井筒附近的壓力；利用表面活性劑吞吐液的分散、乳化等作用，將原油乳化成為水包油乳狀液，改善原油流動性，達到提高采收率的目的[15-17]；另外，表面活性劑吞吐液還可改變儲層的潤濕性和油水界面張力，起到輔助驅油作用。

1 室內實驗

1.1 實驗原料與儀器

實驗原料：某油井地層水，詳見表1；原油黏度為8.4～10.2 mPa·s；自制烷醇酰胺類表面活性劑DQNOS[18]。

表1 某油井地層水礦化度

實驗儀器：SA型分析天平，精確度為0.000 1 g；TEXAS-500型旋滴界面張力儀；HW-48型恒溫箱，溫度為0～360 ℃；DF-101S型攪拌器；2-16N型離心機；HLB-1040型平流泵，流量為0.1～10.0 mL/min。

1.2 實驗方法

(1) 表面活性劑特性測試實驗[19-20]。評價表面活性劑吞吐液重要指標有界面張力和乳化性能，即只有在足夠低的油水界面張力和充分乳化下，才能產生較好的吞吐效果，為此，根據相關文獻，系統地研究了表面活性劑DQNOS的界面張力和乳化特性[8-10，14]。

(2) 動態吞吐實驗[21-22]。采用砂管模型(Φ30 mm×500 mm)模擬表面活性劑動態吞吐實驗。實驗方法：①根據儲層物性特點，采用某采油廠洗油巖樣的磨碎砂粒，粒度為0.15～0.50 mm，填制滲透率為(150±10)×10-3μm2的模型；②地層溫度下，注入速度為1.0 mL/min；③先建立原始含油飽和度，模擬油黏度為9.5 mPa·s，再建立水驅油殘余油飽和度，注入壓力記為pw前，并模擬表面活性劑吞吐實驗，最后水驅至不出油為止，注入壓力記為pw后，記錄相關參數，計算注入壓力下降幅度見公式(1)，可重復模擬多輪次吞吐實驗。

(1)

2 結果與討論

2.1 表面活性劑特性測試

表面活性劑的界面張力和乳化程度直接影響到吞吐效果。圖1為表面活性劑DQNOS在不同濃度下的界面張力曲線。由圖1可知，表面活性劑在濃度為0.25%～1.50%時，界面張力可達到1×10-2mN/m；

隨表面活性劑濃度增加，界面張力先降后升，濃度為0.50%時界面張力最低，可達到10-4mN/m，具有超低界面張力；原油樣品組分不同導致各曲線間存在曲線形態差異。

圖1 表面活性劑濃度對界面張力的影響

圖2是表面活性劑濃度、含水率與原油O/W體積百分比關系圖。圖2a為含水率為80%時，表面活性劑對原油乳化程度的影響曲線。由圖2a可知，隨著表面活性劑濃度增大，O/W體積百分比增大，說明原油乳化量增多；當表面活性劑濃度為1.0%時，O/W體積百分比大于85%。圖2b為表面活性劑濃度為1.5%時，含水率對乳化程度的影響。由圖2b可知，同一原油樣品含水率越高，O/W體積百分比越大，最高體積百分比為97%，說明表面活性劑對原油的乳化能力強，完全能滿足高含水油井的要求。

圖2 表面活性劑濃度、含水率與原油O/W關系

自制表面活性劑DQNOS分子結構為球棍模型，親水基原子數較多，可旋轉產生多種分子構象，在油水界面產生單一結構排列和混合結構排列；混合結構排列方式使表面活性劑分子在界面上的排布更加緊密，相同條件下可產生更低的油水界面張力和乳化效果。

在表面活性劑特性實驗研究基礎上，考慮到地層中的稀釋、吸附等作用，確定現場吞吐試驗表面活性劑濃度為1.5%。

2.2 動態吞吐實驗研究

2.2.1 表面活性劑用量、悶井時間對吞吐效果的影響

圖3為悶井24 h后再吞吐一個周期時表面活性劑用量對吞吐效果的影響曲線。由圖3可知，原油采收率增量隨表面活性劑溶液注入孔隙體積倍數增加而增大，注入壓力下降幅度則隨表面活性劑溶液注入孔隙體積倍數增加而降低，因為隨著注入孔隙體積倍數的增加，加劇了油水間乳化程度。表面活性劑注入量為1.0倍孔隙體積時，采收率增量為6.3%，壓力下降幅度為58%，效果比較顯著。悶井時間從24 h延長至72 h對吞吐效果有一定影響，吞吐采收率從6.6%提高至7.3%，注入壓力下降幅度從56%增大至74%，這與文獻[8-9]研究成果一致，原因是延長悶井時間，毛細管力自吸作用增強，使表面活性劑溶液易進入更小的孔道，同時體系界面張力降低幅度增大，原油乳化程度提高，建議現場悶井時間為6～8 d。

圖3 表面活性劑用量與注入壓力下降幅度、采收率增量關系

2.2.2 多周期吞吐效果評價

表2為3周期表面活性劑吞吐效果實驗結果。由表2可知，經過3周期吞吐原油采收率提高12%以上，注入壓力幅度降低50%以上，效果顯著。現場試驗可在經濟效益允許條件下進行更多周期表面活性劑吞吐，取得更顯著效果。

表2 3周期表面活性劑吞吐實驗數據

3 現場應用與分析

對某油田一封閉小斷塊內開采不同層位的3口油井，投產1 a后實施了先導性吞吐試驗(表3)。由表3可知，平均單井日產油提高了2.18 t/d，含水降低了6.03個百分點，井底流壓增加1.8 MPa。

表3 表面活性劑吞吐效果對比

以SX-21井為例，該井位于小斷塊構造高部位，2013年12月投產，至2014年11月日產油量下降了5.0 t/d，含水上升了31個百分點，井底流壓降低了33%。該井產量下降是由于地層能力不足導致，于2014年12月實施了吞吐試驗(圖4)。吞吐初期由于表面活性劑吞吐液返排導致含水率上升了9.45個百分點，隨后含水率逐漸降低穩定在74%左右。因為表面活性劑吞吐液具有解堵有機物污染、乳化性、降低界面張力及改變儲層潤濕性等作用，試驗后該井日產油、井底流壓分別維持在4.0 t/d、5.0 MPa水平以上，證明了該表面活性劑吞吐效果明顯。以吞吐前日產油0.98 t/d為基準計算增油量，試驗半年內SX-21井累計增油181 t，按油價為1 700～3 500 元/t計算，投入產出比為1.00∶1.65～1.00∶3.08，取得了顯著的經濟效益，說明表面活性劑吞吐技術在該類油藏中具有廣闊的應用前景。

圖4 某油田SX-21井表面活性劑吞吐井動態數據

4 結 論

(1) 針對封閉小斷塊油藏的開發特征，提出了表面活性劑吞吐技術；室內評價自制表面活性劑DQNOS的特性和吞吐效果表明，表面活性劑在濃度為0.25%～1.50%時，界面張力達到10-4mN/m；O/W型乳狀液體積百分比高達97%；表面活性劑吞吐效果受表面活性劑用量、悶井時間、吞吐輪次次數等因素影響，經過3輪次吞吐原油采收率提高12%，注入壓力幅度降低55%。

(2) 通過表面活性劑分子結構及在油水界面的排列方式探討了產生超低界面張力的原因，利用毛細管力公式分析了表面活性劑吞吐機理。

(3) 現場先導性試驗效果顯著，3口油井平均單井日產油量提高了2.18 t/d，含水率降低了6.03個百分點，井底流壓增加1.8 MPa；其中SX-21井綜合含水率降低8個百分點，井底流壓提升了4.0 MPa，按油價為1 700～3 500 元/t計算，投入產出比可達1.00∶1.65～1.00∶3.08。

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編輯 王 昱

20150928；改回日期：20151226

國家自然科學基金項目“熱電納米材料與高分子材料對清潔壓裂液增效機理研究”(51304159)和“MES 膠束/納米TiO2自組裝體系的流變動力學研究”(50904076)

秦國偉(1978-)，男，高級工程師，2002年畢業于大慶石油學院石油工程專業，2010年畢業于中國石油大學(華東)油氣田開發專業，獲博士學位，現從事油氣田開發工程與提高采收率研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.02.029

TE357.46

A

1006-6535(2016)02-0120-04