多孔介質(zhì)中乳狀液調(diào)剖效果室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

閆志明 張承麗 宋國亮 劉灝亮

摘 ?????要：乳狀液在多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)，可進(jìn)入注入水波及不到的孔隙通道，所以可有效驅(qū)替儲(chǔ)層中的殘余油，而且乳狀液中的大乳滴通過孔隙通道時(shí)，可以起到暫堵作用，達(dá)到調(diào)剖的效果，從而進(jìn)一步提高原油采收率。本文通過室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)，分別研究了不同粒徑匹配因子與阻力系數(shù)和流度調(diào)整系數(shù)之間的關(guān)系，并對多孔介質(zhì)中乳狀液調(diào)剖驅(qū)油效果進(jìn)行了研究。研究表明：乳狀液液滴粒徑與巖心孔隙直徑的匹配關(guān)系越好，其調(diào)剖驅(qū)油效果越好。

關(guān) ?鍵 ?詞：乳狀液;多孔介質(zhì);粒徑匹配因子;阻力系數(shù);調(diào)剖

中圖分類號：O648.2+3 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）04-0683-04

Abstract： In porous media，emulsion can effectively displace residual oil in reservoir because it can enter pore channels where injection water cannot reach. And the large droplets of emulsion can make profile control by plugging pore and channels， thereby further improving oil recovery. In this paper， the relationship between matching factor of particle size and resistance coefficient and the relationship between matching factor of particle size and adjustment coefficient of fluidity were researched respectively through the indoor physical simulation experiment， and the effect of profile control and oil displacement of emulsion in porous media was also researched. The results showed that the better the matching relationship between the particle size of emulsion droplets and the pore diameter of core， the better the effect of profile control and flooding.

Key words： Emulsion; Porous media; Matching factor of particle size; Resistance coefficient; Profile control

通過表面活性劑降低界面張力，一種液體以分散相的形式，均勻地分散到另一種液相中，所形成的這種分散體系被稱為乳狀液[1，2]。隨著三次采油、原油管輸?shù)燃夹g(shù)的發(fā)展，乳狀液開始廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)各個(gè)流程。通過大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)乳狀液在提高采收率技術(shù)方面具有理想的效果[3，]。在20世紀(jì)80年代，研究結(jié)果表明，乳狀液流過多孔介質(zhì)時(shí)，能產(chǎn)生非常明顯的賈敏效應(yīng)，造成滲流阻力大幅增加，當(dāng)分散相液滴半徑大于孔喉半徑時(shí)，乳狀液提高滲流阻力的效果愈發(fā)明顯[5-8]。

因此，在一定條件下，乳狀液可以作為封堵劑封堵大孔道，使后續(xù)驅(qū)替相發(fā)生轉(zhuǎn)向，進(jìn)入之前水驅(qū)無法進(jìn)入的中低滲孔道[9，10]，增大注入水的波及面積和波及體積，提高原油采收率。本文通過進(jìn)行乳狀液室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究乳狀液在多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)，不同粒徑匹配關(guān)系下，儲(chǔ)層滲流阻力和流度控制的變化情況，并對多孔介質(zhì)中乳狀液調(diào)驅(qū)效果展開研究。

1 ?乳狀液調(diào)剖效果室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

1.1 ?實(shí)驗(yàn)裝置與材料

實(shí)驗(yàn)裝置包括：RW20DZM 型攪拌儀，由德國IKA基團(tuán)生產(chǎn);MS 2000Micro激光粒度儀，由英國馬爾文儀器有限公司生產(chǎn);NT2-G16F內(nèi)嚙合齒輪型壓力泵由上海名田實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn);GZHS-B 型恒溫箱由北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司生產(chǎn)。

實(shí)驗(yàn)中所用材料包括：分子量1 600萬聚合物，甜菜堿型表面活性劑由淮南華俊新材料科技有限公司提供;大慶油田脫水脫氣原油和地層水由大慶油田采油廠提供;人造巖心由實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 ?實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)利用聚表劑水溶液與大慶原油以一定速率進(jìn)行攪拌，得到分散均勻的聚表劑-原油乳狀液。為檢驗(yàn)乳狀液的驅(qū)油能力和調(diào)剖效果，先對飽和油后的巖心進(jìn)行初步水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，至極限含水率98%后，以制備的乳狀液為驅(qū)替相，注入巖心進(jìn)行驅(qū)油，觀察出液情況，比較乳狀液在驅(qū)油過程中提高石油采收率的效果。

注入一定體積乳狀液后，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)乳狀液自身調(diào)剖作用對后續(xù)水驅(qū)采收率的提高能力。比較注入乳狀液前后對石油采收率的影響，結(jié)合相關(guān)理論知識，以及記錄的壓力數(shù)據(jù)，分析乳狀液在提高石油最終采收率方面起到的效果，完成對乳狀液驅(qū)油效果的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評價(jià)。

在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)過程中，使用的主要表征手段是利用激光粒度儀，測量制備的乳狀液中粒徑的大小，結(jié)合水測滲透率、孔隙度等參數(shù)，計(jì)算粒徑匹配因子，并結(jié)合壓力數(shù)據(jù)計(jì)算最大阻力系數(shù)，從而為參數(shù)優(yōu)選提供理論依據(jù)，以選取采收率提高效果最好時(shí)的最優(yōu)粒徑匹配因子。

本實(shí)驗(yàn)具體步驟如下所示：

（1）將聚表劑水溶液與原油用攪拌器以5 000 r/min 轉(zhuǎn)速攪拌約10 min 得到均勻分散的乳狀液。

（2）用激光粒度儀測量乳狀液液滴的粒徑大小。

（3）巖心飽和地層水方法測定巖心孔隙度。

（4）將安裝好的實(shí)驗(yàn)裝置置于恒溫箱中，測量巖心的水測滲透率，恒溫箱內(nèi)溫度設(shè)為45 ℃，用以模擬大慶油田平均地層溫度。

（5）在45 ℃下，對巖心飽和油，通過讀取產(chǎn)出水體積，得到原始含油飽和度。

（6）對巖心進(jìn)行初次水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，注入速度設(shè)為2 mL/min，直至采出液含水率達(dá)到極限含水率98%時(shí)，水驅(qū)結(jié)束。

（7）將乳狀液裝入中間容器，以乳狀液為注入流體，注入到不同滲透率的巖心中，并記錄壓力、流量。注入體積為0.3 PV，注入速度5 mL/min。

（8）用水作為驅(qū)替相，對巖心進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，記錄壓力和流量，驅(qū)替至極限含水率98%時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)，整理數(shù)據(jù)，分析注入乳狀液后對最終采收率的提高效果。

在實(shí)驗(yàn)過程中，以相同粒徑乳狀液作為流動(dòng)介質(zhì)，以研究乳狀液液滴粒徑與巖心孔隙直徑之間的匹配關(guān)系。實(shí)驗(yàn)流程圖如圖1所示。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，乳狀液的阻力系數(shù)受乳狀液液滴粒徑與多孔介質(zhì)直徑之間的匹配關(guān)系，即粒徑匹配因子的影響很大。當(dāng)粒徑匹配因子為0.96和1.04，即約為1時(shí)，阻力系數(shù)最大，說明此時(shí)乳狀液在儲(chǔ)層中流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的滲流阻力，能夠很好的封堵地下孔隙通道。當(dāng)粒徑匹配因子增大和減小時(shí)，阻力系數(shù)均明顯變小，此時(shí)乳狀液在儲(chǔ)層中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的滲流阻力降低，封堵性能變差。

乳狀液被注入到儲(chǔ)層多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)，當(dāng)乳狀液液滴粒徑與巖心孔隙直徑之間匹配關(guān)系好時(shí)，隨著注入量的增加乳滴對儲(chǔ)層孔隙不僅起到了的封堵作用，且隨著注入壓力的升高，乳狀液液滴被擠壓變形通過孔道，并不會(huì)產(chǎn)生分散和破乳現(xiàn)象，封堵作用穩(wěn)定，所以當(dāng)粒徑匹配因子接近于1時(shí)，阻力系數(shù)最大。當(dāng)粒徑匹配因子為0.53，即乳滴粒徑大于孔隙直徑時(shí)，隨著注入量的增加，注入壓力增大，乳狀液聚集在孔喉處，難以通過孔道時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)層滲流阻力迅速增大，當(dāng)壓力達(dá)到乳狀液液滴的極限變形壓力時(shí)，乳狀液被分散成細(xì)小液滴，發(fā)生破乳現(xiàn)象，從而使?jié)B流阻力迅速變小，封堵效果降低。當(dāng)粒徑匹配因子為3.22，即乳滴粒徑遠(yuǎn)小于孔隙直徑時(shí)，乳狀液在孔隙介質(zhì)中運(yùn)移時(shí)能夠順利通過孔道，滲流阻力并不會(huì)明顯升高，但由于乳狀液中的聚合物會(huì)使水的黏度增大，且?guī)r石表面對其有一定的吸附作用，也會(huì)引起乳狀液運(yùn)移阻力增加。因此，乳狀液液滴粒徑與孔隙直徑匹配關(guān)系較好，即粒徑匹配因子接近1時(shí)，能夠有效調(diào)整吸水剖面。

2.2 ?不同粒徑匹配因子下乳狀液運(yùn)移流度測定

進(jìn)行不同滲透率條件下巖心的水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，觀察巖心中注入乳狀液段塞前后，驅(qū)油劑的流度變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。其中，流度調(diào)整系數(shù)為注入乳狀液段塞前后驅(qū)油劑流度之比。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表2）可以看出，驅(qū)油劑流度變化受乳狀液液滴粒徑與多孔介質(zhì)直徑之間的匹配關(guān)系，即粒徑匹配因子的影響很大。當(dāng)粒徑匹配因子為1.04時(shí)，此時(shí)滲流阻力系數(shù)最大，相應(yīng)注入乳狀液段塞后驅(qū)油劑流度降低幅度最大，油水流度比最小，起到了很好的流度控制作用，此時(shí)調(diào)剖效果最好;隨著粒徑匹配因子的增大或者減小，驅(qū)油劑流度變化幅度較小，調(diào)剖效果較差，當(dāng)粒徑匹配因子為0.53時(shí)，乳狀液被分散成細(xì)小液滴，此時(shí)滲流阻力系數(shù)最小，注入乳狀液段塞后驅(qū)油劑流度降低幅度最小，油水流度比最大，流度控制效果最差，調(diào)剖效果最差。

2.3 ?多孔介質(zhì)中乳狀液調(diào)剖效果研究

為研究粒徑匹配因子與驅(qū)油效率之間的關(guān)系，開展乳狀液段塞驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，研究不同孔隙直徑與乳狀液液滴粒徑匹配關(guān)系下，多孔介質(zhì)中乳狀液的調(diào)剖效果，觀察乳狀液驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3所示。采收率變化情況見圖3所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表3）表明：孔隙直徑與乳狀液液滴粒徑匹配關(guān)系好，即粒徑匹配因子接近1時(shí)，經(jīng)過乳狀液驅(qū)替后，調(diào)剖效果好，原油采收率提高幅度大，與水驅(qū)相比，采收率提高9.83%;而當(dāng)粒徑匹配關(guān)系差時(shí)，乳狀液調(diào)剖效果差，原油采收率提高幅度較小。

3 ?結(jié) 論

本文通過提出、制備和評價(jià)一種可用于驅(qū)油的聚表劑-原油乳狀液體系的調(diào)剖效果，對該體系在提高石油采收率方面的性能進(jìn)行室內(nèi)評價(jià)實(shí)驗(yàn)，得到如下結(jié)論：

（1）乳狀液液滴粒徑與儲(chǔ)層孔道直徑之間的匹配關(guān)系對乳狀液的調(diào)剖效果影響很大，粒徑匹配因子接近1時(shí)，滲流阻力系數(shù)最大，驅(qū)油劑流度控制效果最好，調(diào)剖效果最好。

（2）比較不同滲透率下，注入乳狀液前后的驅(qū)油效率，可以發(fā)現(xiàn)，注入乳狀液能有效提高石油采收率。

（3）當(dāng)乳狀液液滴粒徑與巖心孔隙直徑匹配關(guān)系好，即粒徑匹配因子接近1時(shí)，調(diào)驅(qū)效果最好，相應(yīng)原油采收率提高幅度最大，與水驅(qū)相比，采收率提高9.83%。

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