低滲透油藏微乳液驅配方優選及微觀剩余油研究

殷代印，賈江芬

(東北石油大學石油工程學院，黑龍江 大慶 163318)

低滲透油藏的天然物性較差，孔隙結構復雜，低孔低滲現象普遍，油藏非均質性差，天然能量低，滲流阻力大，地層壓力下降快，油藏見水后由于地層壓力急劇下降導致油井產量驟降，因此，低滲透油藏開發難度較大[1-5]。微乳液驅具有降低界面張力、改變油水流度比和巖石表面潤濕性的特點，從而提高原油采收率，達到進一步提高油藏開發效果的目的。楊珂等[6]通過驅油效率對微乳液配方的優選進行研究，驗證了微乳液提高采收率的結論。實驗證明，界面張力對相對滲透率曲線和殘余油飽和度都有較大影響。近年來，微乳液驅油廣泛應用于三次采油，在低滲透油藏中的開發效果最為明顯。微乳液中的表面活性劑是降低界面張力的主要因素，乳化作用是提高驅油效率的重要因素，更多的研究表明[7-10]加入鹽、醇的微乳液體系驅油效果更好。前人對微乳液的研究主要側重配方的研制、驅油效果的評價，缺乏詳細的機理研究和剩余油動用狀況研究[11]。本課題從宏觀和微觀兩方面相結合說明微乳液驅提高采收率的機理，為提高采收率提供理論依據。

1 實 驗

1.1 實驗儀器及材料

真空泵，上海真空泵廠海安分廠生產；HW-4A型恒溫箱，海安華達石油儀器有限公司生產；HSB-100型雙缸恒速恒壓泵，海安縣石油科研儀器有限公司生產；TY-2型巖心夾持器，江蘇海安石油儀器廠制造。

實驗所用模擬油是以大慶第十采油廠原油與煤油按一定比例配制而成，模擬油45 ℃的動力黏度為9.7 mPa·s；模擬鹽水的礦化度分別為6 778 mgL和508 mgL；大慶油田第十采油廠天然巖心標記為2-1，3-1，6-1，7-1；光刻玻璃模型天然巖心編號為1號，2號，3號；正辛烷，分析純，純度大于95%，沈陽華東試劑廠生產；十二烷基磺酸鈉，分析純，純度大于99%，沈陽華東試劑廠生產；正丁醇，分析純，純度大于98%，沈陽華東試劑廠生產；NaCl，分析純，純度大于95%，沈陽華東試劑廠生產。

1.2 實驗方法

1.2.1正交試驗設計利用正交試驗法設計最佳微乳液體系，以不同含量的十二烷基磺酸鈉、正丁醇和NaCl為影響因素，以溶液體系的界面張力為評價指標，根據各水平因素的加權平均值優選出最佳的微乳液配方。

1.2.2天然巖心微乳液驅油實驗實驗步驟：①將巖心抽真空，然后飽和模擬地層水，測定其滲透率和孔隙度；②用模擬油驅替巖心至出口端不再見水為止，計算巖心的初始含油飽和度；③在45 ℃的恒溫條件下用礦化度為508 mgL的模擬水驅替巖心中的原油，直至出口端含水率第1次達到98%；④轉注累積注入倍數為0.3的微乳液，然后進行后續水驅，直至出口端含水率再次達到98%時結束實驗。

1.2.3光刻玻璃模型微觀驅油實驗以光刻玻璃模型為實驗模型，該模型具有孔隙結構真實可靠、透明度高、可重復使用等特點，其具體制作過程如下：對大慶外圍低滲透典型區塊進行取心，得到不同滲透率的天然巖心，將所取巖心的孔隙結構照片印在玻璃板底上，并利用氫氟酸的腐蝕作用，使底板上的孔隙網絡結構立體化。然后在蓋板上鉆出所需的注入端和采出端，把蓋板和底板粘連在一起，最終形成不同滲透率的光刻玻璃模型。制作好的光刻玻璃模型如圖1所示。利用光刻玻璃模型進行驅油實驗，通過微觀圖像采集系統將驅油過程的圖像保存在計算機上，為后續的圖像處理和分析提供條件。將計算機與顯微鏡結合構成微觀圖像采集系統，將顯微鏡的圖像信號轉化為計算機數字信號，拍攝并保存整個微乳液驅油過程中的圖像，實現微觀驅油過程的可視化，這是光刻玻璃模型最大的優勢，有助于深入研究剩余油的類型和分布規律。具體實驗方法如下：①將光刻玻璃模型飽和模擬油在45 ℃的恒溫條件下放置2 h；②用礦化度為6 778 mgL的模擬鹽水以恒定的速率驅替模型中的原油，直至采出液中不再含油為止，利用微觀圖像采集系統全程錄制驅油過程，計算采收率，分析剩余油的類型和分布規律；③注入微乳液體系驅替水驅油后形成的剩余油，直至出口端不再含油為止。利用微觀圖像采集系統全程錄制驅油過程，計算微乳液驅采收率，分析驅替過程中不同時刻剩余油的變化情況。

圖1 光刻玻璃模型示意

2 結果與討論

2.1 微乳液體系優選結果

利用正交試驗優選出最佳微乳液體系，研究不同含量的表面活性劑十二烷基磺酸鈉(a)、助劑正丁醇(b)和鹽NaCl(c)對微乳液體系界面張力的影響，最終確定界面張力最低的微乳液體系為最佳配方。正交試驗設計結果見表1～表3。由表1～表3正交實驗分析可得，界面張力最低的組合為a2b2c3，即十二烷基磺酸鈉、正丁醇、NaCl的質量分數分別為4.8%，7.0%，6.0%，經測定該體系的界面張力為0.002 4 mNm。

表1 微乳液體系的正交試驗設計 w,%

表2 微乳液體系的正交試驗結果

表3 微乳液體系的試驗結果分析

2.2 驅油實驗結果

分別選取編號為2-1，3-1，6-1，7-1的天然巖心進行驅油實驗，微乳液驅油效果見表4。從表4可以看出：①天然巖心2-1，3-1，6-1，7-1的滲透率分別為1.78×10-3，7.65×10-3，13.89×10-3，29.11×10-3μm2；孔隙度分別為15.23%，17.31%，18.29%，20.65%；②采收率隨滲透率的增大而增大，當巖心滲透率從1.78×10-3μm2增大到29.11×10-3μm2時，水驅采收率從18.89%增大到37.24%，微乳液驅采收率從24.34%增大到49.38%；與水驅相比，微乳液驅采收率增幅從5.45百分點增大到12.14百分點。可見微乳液驅提高采收率效果較為顯著。

表4 天然巖心微乳液驅油效果

圖2 天然巖心3-1和巖心6-1驅油實驗結果

在45 ℃的恒溫條件下以上述優選出的最佳配方的微乳液體系為驅替液，選取2種滲透率級別不同的巖心編號分別為3-1和6-1的天然巖心進行驅油實驗，研究含水率和采出程度與累積注入倍數的關系，結果見圖2。從圖2可以看出：①注水前期含水率隨累積注入倍數的增大而急劇上升，當含水率達到90%時，含水率曲線逐漸平緩，含水率達到98%時，注入微乳液，此時含水率迅速下降，當降低到最低點后進行后續水驅，含水率開始上升直至再次達到98%；②采出程度隨累積注入倍數的增大逐漸增大，當注入微乳液后，采出程度曲線出現一個拐點，此時采油速率增大，采出程度上升速率明顯加快。不同滲透率級別的巖心采出程度上升速率不同，滲透率大的巖心采出程度大，上升速率更快。

2.3 光刻玻璃模型驅油實驗

選取1號、2號、3號天然巖心，利用光化學刻蝕技術將其孔隙網絡結構刻錄在玻璃模型上，制成不同孔隙結構的光刻玻璃模型。以優選出的最佳配方微乳液體系為驅替液，研究不同滲透率級別的光刻玻璃模型的微觀驅油效果，不同滲透率光刻玻璃模型采收率見表5。從表5可以看出：①1號、2號、3號天然巖心的滲透率分別為5×10-3，15×10-3，25×10-3μm2；②隨巖心滲透率的增大，水驅和微乳液驅的采收率逐漸增大，相同滲透率條件下，微乳液驅的采收率大于水驅采收率，采收率增幅隨滲透率的增大而增大；③當光刻玻璃模型的滲透率由5×10-3μm2增大到25×10-3μm2時，水驅采收率由20.64%增大到35.82%，微乳液驅采收率由25.98%增大到46.97%，與水驅相比，微乳液驅采收率增幅從5.34百分點增大到11.15百分點。

表5 不同滲透率光刻玻璃模型采收率

通過對比天然巖心驅油實驗和可視化微觀驅油的結果可以發現，光刻玻璃模型與對應的天然巖心驅油實驗的變化規律相同，微乳液驅的采收率均隨滲透率的增大而增大；同一滲透率級別條件下，微乳液驅的采收率相差不大；與水驅相比，采收率增幅也相差不大，微乳液驅的驅油效果相同，均能有效提高采收率。證明了光刻玻璃模型驅油實驗的準確性和可靠性，能夠用該模型來模擬微乳液在實際地層中的滲流狀況和剩余油分布狀況及其流動過程。

2.4 剩余油微觀動用機理

圖3 膜狀剩余油的照片

圖4 油滴狀剩余油的照片

圖5 盲端狀剩余油的照片

2.4.1驅替結果微乳液驅油開始后，水驅形成的剩余油開始發生啟動和運移，根據微觀驅油的圖像采集系統記錄驅油過程，觀察剩余油啟動和運移的過程，分析微乳液驅油過程中各類剩余油的形態和位置變化，以深入分析微乳液體驅的微觀驅油機理。依據剩余油在孔隙中的分布狀態將低滲透油藏的微觀剩余油分為5種類型：膜狀、油滴狀、盲端狀、簇狀、柱狀剩余油。不同類型剩余油初始狀態和最終狀態的形貌照片見圖3～圖7。不同類型的剩余油分布形態和位置變化不同，膜狀剩余油的初始狀態為緊貼在孔隙壁上不易流動，隨微乳液的注入，膜狀剩余油逐漸被拉長從而斷裂為小油滴被驅替出去；油滴狀剩余油以大油滴的狀態存在于喉道中，注入微乳液后，可以降低油水界面張力，從而克服流動阻力，使剩余油以小油滴的形式從狹小喉道中被驅替出去；盲端狀剩余油主要殘存在喉道端部，隨微乳液的注入逐漸被乳化成小油滴，最終被驅替出去；簇狀剩余油主要以死油區的形式存在，注入微乳液后，增大波及面積，最終被驅替出去；柱狀剩余油主要以柱狀的形式殘存在喉道中，注入微乳液后，驅替壓差增大，剩余油逐漸被拉伸變形成小油滴被驅替出去。

圖6 簇狀剩余油的照片

圖7 柱狀剩余油的照片

從光刻玻璃模型實驗中可以得到微乳液驅油后各類型剩余油的動用比例，結果見表6。從表6可以看出：①簇狀剩余油動用比例隨巖心滲透率的降低而降低，而其它4類剩余油動用比例則隨巖心滲透率的降低而增大；②在同一巖心滲透率的條件下，簇狀剩余油動用比例最大，油滴狀剩余油次之，膜狀剩余油動用比例最小，當巖心滲透率為15×10-3μm2時，簇狀剩余油的動用比例為51.89%，膜狀剩余油的動用比例為6.12%。這是因為隨巖心滲透率的降低，滲流阻力增大，滲流速率較慢，容易形成簇狀剩余油；由于低滲透巖心的驅替阻力較大，導致簇狀剩余油的動用比例隨滲透率的降低而降低，而其它4類剩余油受驅替壓差和喉道的作用，動用比例隨滲透率的降低而增大。

表6 微乳液驅油后各類型剩余油的動用比例

2.4.2驅替機理微乳液體系中的表面活性劑可以與原油發生反應，從而增強原油的活性，進一步降低界面張力。微乳液驅替前期微乳液體系通過降低界面張力使毛管力、內聚力和黏滯力大幅度降低，從而可以驅動巖石孔隙內的各種殘余油，使不可動殘余油可動。與水驅相比，高黏度的微乳液具有較強的乳化攜帶作用，改變油水流度比，使殘余油拉伸、斷裂為小油滴，進入流動通道中被驅替出去。在驅油過程中，微乳液可以改變巖石潤濕性，從而改變毛管力方向和大小，將毛管力變為驅替動力，提高驅油效率[12-18]。

3 結 論

(1)天然巖心驅油實驗結果表明，采收率隨滲透率的增大而增大；與水驅相比，微乳液驅可以顯著提高采收率，巖心滲透率從1.78×10-3μm2增大到29.11×10-3μm2，則采收率增幅從5.45百分點增大到12.14百分點。

(2)可視化微觀驅油實驗結果表明，光刻玻璃模型微乳液驅采收率由25.98%增大到46.97%，驅油效果與天然巖心驅油效果一致，說明結論具有可靠性。

(3)將微觀剩余油分為簇狀、柱狀、盲端、油滴、膜狀5種類型，觀察剩余油動用狀況，其中簇狀剩余油和油滴狀剩余油的動用比例最高，而膜狀剩余油的動用比例最低。

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