納米微球與表面活性劑復(fù)合調(diào)驅(qū)體系研究與應(yīng)用

郭 宇

(中國(guó)華油集團(tuán)公司)

低滲透油藏由于地層天然能量低，往往采用注水開發(fā)[1]。由于低滲透油藏多發(fā)育微裂縫，長(zhǎng)期注水開發(fā)極易發(fā)生水竄，導(dǎo)致波及效率低，采油井含水率升高，從而使注水開發(fā)效果越來越差[2-3]。西部某油田經(jīng)過多年注水開發(fā)，已經(jīng)進(jìn)入高含水開發(fā)階段，鑒于該油田儲(chǔ)層溫度高(120℃左右)、地層水礦化度高(257 300 mg/L)、含水率高的特點(diǎn)，使用常規(guī)的表面活性劑驅(qū)已經(jīng)難以達(dá)到提高采收率的目的。因此，研究新型的調(diào)驅(qū)技術(shù)來提高低滲透油藏的采收率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

表面活性劑驅(qū)油技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的中低滲透油藏[4-7]，納米微球封堵技術(shù)的研究也逐漸興起[8-10]，而將納米微球和表面活性劑相結(jié)合的復(fù)合調(diào)驅(qū)技術(shù)則較為少見[11-12]。筆者采用實(shí)驗(yàn)室自制的耐溫抗鹽型納米微球SQ-5和新型陰-非離子表面活性劑FA-2相結(jié)合，研究了一種適合高溫高鹽低滲透油藏的納米微球/表面活性劑復(fù)合調(diào)驅(qū)體系。室內(nèi)評(píng)價(jià)了復(fù)合調(diào)驅(qū)體系的耐溫抗鹽性能以及配伍性，優(yōu)化了納米微球和表面活性劑的注入?yún)?shù)，評(píng)價(jià)了驅(qū)油效果，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了礦場(chǎng)試驗(yàn)。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.實(shí)驗(yàn)材料和儀器

主要實(shí)驗(yàn)材料：納米微球SQ-5，平均粒徑為143.5 nm，自制；表面活性劑FA-2，自制；模擬地層水(礦化度257 300 mg/L，CaCl2水型)；模擬油(儲(chǔ)層脫氣原油與煤油按1 ∶1混合而成，50℃時(shí)黏度4.94 mPa·s)；實(shí)驗(yàn)用巖心為儲(chǔ)層天然巖心。

主要實(shí)驗(yàn)儀器：JH704型恒溫烘箱；TX500旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀；S-4800型掃描電子顯微鏡；KH-3型多功能巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置。

2.納米微球和表面活性劑的制備及作用機(jī)理

2.1 納米微球SQ-5的制備

稱取一定量的AM和AMPS于燒杯中，加入蒸餾水?dāng)嚢柚镣耆芙猓偌尤胍欢縉a2CO3、過硫酸銨和交聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌形成混合溶液備用；然后在四口燒瓶中加入一定量的中性煤油和乳化劑Tween80，攪拌至均勻狀態(tài)并通入N2；在攪拌狀態(tài)下將燒杯中的混合溶液緩慢滴入四口燒瓶中，并逐漸升高溫度至70℃，攪拌反應(yīng)5 h后，冷卻、洗滌、干燥，即得到納米微球SQ-5。

2.2 表面活性劑FA-2的制備

三口燒瓶中加入一定量的APEO和CH3ONa，水浴加熱至一定溫度下進(jìn)行減壓蒸餾；反應(yīng)完全后再加入適量的甲苯溶劑，在一定溫度下攪拌，并分批加入一定量3-氯-2-羥基丙磺酸鈉，反應(yīng)完全后得到混合物。再進(jìn)行減壓蒸餾、洗滌、抽濾、重結(jié)晶后得到新型陰-非離子表面活性劑FA-2。

3.實(shí)驗(yàn)方法

3.1 耐溫抗鹽性能

3.1.1 納米微球

參照文獻(xiàn)[13]中方法，使用模擬地層水配制2 000 mg/L的納米微球溶液，分別置于不同溫度下水化膨脹30 d，使用電子顯微鏡觀測(cè)納米微球溶液的平均粒徑，并計(jì)算膨脹倍數(shù)來評(píng)價(jià)其耐溫抗鹽性能。

3.1.2 表面活性劑

使用模擬地層水配制1 000 mg/L的表面活性劑溶液，在不同溫度下(20℃～130℃)放置24 h后，使用TX500旋滴界面張力儀分別測(cè)定其與模擬油之間的界面張力。

3.2 納米微球濃度及段塞大小優(yōu)化

3.2.1 濃度優(yōu)化

首先使用模擬地層水以0.03 mL/min的流量測(cè)定低滲巖心初始滲透率，然后以相同的流速注入0.5 PV不同濃度(800、1 200、1 500、2 000 mg/L)的納米微球溶液，靜置24 h后，再使用水驅(qū)至壓力穩(wěn)定，計(jì)算封堵后的滲透率以及封堵率。

3.2.2 段塞大小優(yōu)化

在確定納米微球最佳使用濃度的基礎(chǔ)上，采用上述實(shí)驗(yàn)相同方法注入不同PV(0.1、0.3、0.5、0.8 PV)的納米微球溶液，計(jì)算封堵后的滲透率和封堵率。

3.3 表面活性劑濃度及段塞大小優(yōu)化

3.3.1 濃度優(yōu)化

使用模擬地層水配制不同濃度(300、500、800、1 000、1 500 mg/L)的表面活性劑溶液，在50℃下測(cè)定表面活性劑溶液與模擬油之間的界面張力值大小，優(yōu)選合適的表面活性劑濃度。

3.3.2 段塞大小優(yōu)化

首先將巖心飽和模擬地層水、飽和模擬油，以0.03 mL/min的流量水驅(qū)至無油產(chǎn)出，記錄壓力值；然后以相同的流速分別注入1 000 mg/L的表面活性劑溶液各0.1、0.3、0.5和0.8 PV，再水驅(qū)至壓力穩(wěn)定，記錄壓力值，計(jì)算降壓率。

3.4 模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

將納米微球/表面活性劑復(fù)合調(diào)驅(qū)體系與單獨(dú)表面活性劑驅(qū)進(jìn)行驅(qū)油效果對(duì)比評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)方案分別為：①水驅(qū)+表面活性劑驅(qū)+后續(xù)水驅(qū)；②水驅(qū)+納米微球驅(qū)+表面活性劑驅(qū)+后續(xù)水驅(qū)。具體實(shí)驗(yàn)步驟為(以方案②為例)：

(1)巖心抽真空、飽和模擬地層水、測(cè)定孔隙度及初始滲透率，飽和模擬油。

(2)水驅(qū)油至出口端無油產(chǎn)出，計(jì)算水驅(qū)采收率。

(3)注入1 500 mg/L的納米微球溶液0.5 PV，儲(chǔ)層溫度下靜置24 h。

(4)再注入1 000 mg/L的表面活性劑溶液0.5 PV，水驅(qū)至無油產(chǎn)出，計(jì)算最終采收率。

二、結(jié)果與討論

1.耐溫抗鹽性能評(píng)價(jià)

1.1 納米微球耐溫抗鹽性能評(píng)價(jià)結(jié)果

在模擬地層水的高礦化度條件下，納米微球的平均粒徑和膨脹倍數(shù)隨著溫度的升高而逐漸增大，在120℃時(shí)，膨脹倍數(shù)達(dá)到8.5倍左右，說明納米微球溶液具有良好的耐溫抗鹽性能。

1.2 表面活性劑耐溫抗鹽性能評(píng)價(jià)結(jié)果

由圖1可以看出，表面活性劑溶液與原油之間的界面張力隨溫度的升高呈現(xiàn)出先降低后增大的趨勢(shì)，在溫度為100℃左右時(shí)界面張力值最低，當(dāng)溫度繼續(xù)升高至130℃時(shí)，仍可以達(dá)到超低界面張力水平(10-3mN/m數(shù)量級(jí))，說明表面活性劑具有良好的耐溫抗鹽性能。

圖1 表面活性劑耐溫抗鹽性能評(píng)價(jià)結(jié)果

2.納米微球濃度及段塞大小優(yōu)化

2.1 濃度優(yōu)選

由表1可知，隨著注入納米微球濃度的增大，封堵率逐漸增大。當(dāng)注入濃度達(dá)到1 500 mg/L時(shí)，封堵率達(dá)到95%左右，再繼續(xù)增大注入濃度，封堵率增加不大，選擇最佳注入濃度為1 500 mg/L。

2.2 段塞大小優(yōu)選

由表2可知，隨著納米微球注入PV數(shù)的增大，封堵率逐漸增大。注入體積為0.5 PV和0.8 PV時(shí)，封堵率均可以達(dá)到95%以上，說明納米微球能夠比較容易的注入到巖心內(nèi)部，吸水膨脹后可以有效封堵巖心中的大孔隙，達(dá)到調(diào)剖的目的。綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素，選擇最佳注入段塞大小為0.5 PV。

表1 納米微球濃度優(yōu)選結(jié)果

注：巖心直徑均為2.5 cm。

表2 納米微球段塞大小優(yōu)選結(jié)果

注：巖心直徑均為2.5 cm。

3.表面活性劑濃度及段塞大小優(yōu)化

3.1 濃度優(yōu)選

由圖2可以看出，隨著表面活性劑濃度的增加，界面張力值逐漸降低，當(dāng)濃度達(dá)到1 000 mg/L時(shí)，界面張力值可以達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級(jí)，繼續(xù)增大濃度，界面張力變化不大。選擇最佳表面活性劑濃度為1 000 mg/L。

圖2 表面活性劑濃度優(yōu)化結(jié)果

3.2 段塞大小優(yōu)選

由表3可以看出，隨著表面活性劑注入段塞的增大，降壓率也逐漸增大，當(dāng)注入體積為0.5 PV時(shí)，降壓率能夠達(dá)到53.85%，降壓效果較好。繼續(xù)增大表面活性劑濃度，降壓率提升幅度不大。綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用成本，選擇表面活性劑最佳注入段塞大小為0.5 PV。

4.模擬驅(qū)油效果

室內(nèi)參照前述實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行兩種方案的模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)用巖心參數(shù)見表4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3和圖4。

表3 表面活性劑段塞大小優(yōu)選結(jié)果

注：巖心直徑均為2.5 cm。

表4 模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)用巖心

由圖3結(jié)果可以看出，水驅(qū)過程中，低滲巖心采收率較低，僅為20.12%，水驅(qū)壓力較為平穩(wěn)，緩慢下降。注入0.5 PV表面活性劑FA-2后，采收率有所上升，含水率和注入壓力均呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。在后續(xù)水驅(qū)過程中，采收率緩慢增加，最終采收率達(dá)到32.55%，表面活性劑驅(qū)提高采收率為12.43%。

圖3 方案①模擬驅(qū)油效果

由圖4結(jié)果可以看出，前期水驅(qū)過程與方案①情況基本相似，水驅(qū)采收率為23.69%。注入0.5 PV的納米微球和0.5 PV表面活性劑，后續(xù)水驅(qū)壓力逐漸下降，采收率上升明顯，最終采收率達(dá)到50.87%，納米微球/表面活性劑復(fù)合調(diào)驅(qū)提高采收率為27.28%，效果明顯好于單獨(dú)使用表面活性劑驅(qū)。說明納米微球/表面活性劑復(fù)配體系起到了良好的調(diào)驅(qū)效果，適合應(yīng)用于高溫高鹽低滲透油藏進(jìn)一步提高采收率。

圖4 方案②模擬驅(qū)油效果

三、礦場(chǎng)試驗(yàn)

西部某油田屬于典型的高溫高鹽低滲透油藏，儲(chǔ)層溫度達(dá)120℃，地層水礦化度達(dá)到257 300 mg/L，平均滲透率為12.53 mD。區(qū)塊內(nèi)H井組現(xiàn)有注水井1口(H-21井)，生產(chǎn)井2口(H-22井和H-23井)。調(diào)驅(qū)措施前該井組兩口生產(chǎn)井平均日產(chǎn)油為0.59 m3，平均綜合含水率為95.8%，注水井注入壓力為4.6 MPa；實(shí)施納米微球/表面活性劑復(fù)合調(diào)驅(qū)措施3個(gè)月后，生產(chǎn)井平均日產(chǎn)油提高至2.41 m3，平均綜合含水率降至71.4%，注水井注入壓力升高至9.3 MPa。說明納米微球/表面活性劑復(fù)合調(diào)驅(qū)體系對(duì)高滲層產(chǎn)生了有效的封堵，擴(kuò)大了波及體積，增大了低滲層位的洗油效率，起到了良好的調(diào)驅(qū)效果。表5為兩口生產(chǎn)井措施前后的產(chǎn)量對(duì)比。

表5 對(duì)應(yīng)生產(chǎn)井調(diào)驅(qū)前后產(chǎn)量對(duì)比

四、結(jié)論

(1)納米微球SQ-5在溫度為120℃和礦化度為257 300 mg/L時(shí)仍具有良好的性能，具有良好的耐溫抗鹽性能。

(2)通過納米微球/表面活性劑的注入濃度和段塞大小優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，確定復(fù)合調(diào)驅(qū)體系的最佳注入?yún)?shù)為0.5 PV的納米微球溶液(1 500 mg/L)和0.5 PV的表面活性劑溶液(1 000 mg/L)。

(3)納米微球/表面活性劑復(fù)合調(diào)驅(qū)體系能在水驅(qū)的基礎(chǔ)上提高采收率幅度達(dá)27%以上，明顯優(yōu)于單獨(dú)表面活性劑驅(qū)的12%左右，說明納米微球/表面活性劑復(fù)合調(diào)驅(qū)體系取得了良好的驅(qū)油效果，適合在高溫高鹽低滲透油藏中應(yīng)用。

(4)高溫高鹽低滲透油藏的礦場(chǎng)應(yīng)用效果表明，納米微球/表面活性劑復(fù)合調(diào)驅(qū)體系能夠使注水井注入壓力升高，生產(chǎn)井含水率下降，增油效果明顯，起到了良好的調(diào)驅(qū)效果。