黏彈性表面活性劑在低滲油藏W2區塊適應性研究

時冠蘭，余曉玲

中國石化江蘇油田分公司石油工程技術研究院，江蘇揚州 225001

近幾年，中國石化新探明石油地質儲量中低滲油藏儲量所占比例高達60%～70%，這將是今后相當長時期增儲上產的主要資源。如何提高和改善低滲油田的開采效果是亟待解決的問題。江蘇油田中低滲儲量約占65%，江蘇油田增產穩產迫切需要提高低滲油藏采收率。W2塊作為江蘇油田低滲油藏的代表區塊之一，儲層孔隙度13.4%～23.8%，平均17.9%，空氣滲透率值為(1.2～69.4)×10-3μm2，平均12.7×10-3μm2，為中孔低滲、特低滲儲層，原油品質較好，為中等密度、中等黏度稀油油藏。

目前在中、高滲油藏已成功推廣應用的聚合物驅，由于其注入壓力高而無法在低滲油藏應用。黏彈性表面活性劑(簡稱VES)壓裂液，又稱清潔壓裂液，是一種新型的低傷害壓裂液[1-2]。黏彈性表面活性劑具有一般驅油用表面活性劑降低油水界面張力的能力[3]，同時因體系自身的黏彈性起到流度控制的作用，能夠實現驅油劑“一元化”的可能。特別是在低滲油藏驅油中，黏彈性表面活性劑具有的剪切變稀和觸變性，可有效解決低滲油藏驅油劑，同時兼具易注入和流度控制能力，在低滲油藏具有更大的應用潛力。因此，開展了黏彈性表面活性劑在低滲油藏W2塊適應性研究。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

黏彈性表面活性劑VES；W2塊脫水原油(密度為0.857 7 g/cm3)；W2塊模擬注入污水，注入污水離子組成見表1。

表1 W2注入污水離子組成

TX-500C全量程旋轉滴界面張力儀，美國盛維公司；安東帕流變儀，奧地利安東帕公司；哈克流變儀RS6000，德國哈克公司；恒溫烘箱，上海一恒儀器有限公司；巖心驅油裝置。

1.2 實驗方法

1.2.1 黏彈性表面活性劑VES溶液在低滲油藏W2塊性能測試

利用TX-500C全量程旋轉滴界面張力儀測定分離水樣與油相間的界面張力。試驗所用溶液黏度和流變性能均采用哈克流變儀RS6000測試。測試條件：剪切速率7.34 s-1、溫度65 ℃。采用安東帕流變儀測試溶液模量。

1.2.2 驅油效果評價

將巖心稱干重，抽真空飽和模擬地層水，計算孔隙度；連接實驗流程(見圖1)。持續水驅直到巖心兩端壓差穩定，測水相滲透率；巖心飽和W2原油；水驅油，記錄水驅過程中的壓差變化，在巖心出口端收集水驅出的原油至不出油為止，計算水驅采收率；按照實驗方案向巖心中注入一定體積的VES溶液，注入過程中監測巖心兩端壓差變化，在出口端收集油樣，計算注VES過程中的采收率增幅；重新水驅，在出口端收集油樣至出口端不出油為止，監測整個過程巖心兩端壓差變化，重新計算水驅采收率增幅。

圖1 驅替物模實驗流程

2 結果和討論

2.1 界面張力測試

表面活性劑驅油體系和原油之間的界面張力是篩選驅油組分的重要指標[4]。采用模擬注入水配置不同濃度VES溶液，模擬水礦化度為1 000、30 000 mg/L，在65 ℃下測試VES對W2油樣降低油水界面張力的能力，試驗結果見圖2。

圖2 不同濃度VES溶液降低油水界面張力

由圖2可見,VES溶液具有較好的耐鹽性，低礦化度時在低濃度(<1 000 mg/L)、高礦化度時在高濃度端(3 000 mg/L左右)均可以獲得10-3mN/m超低界面張力。這說明表面活性劑VES與W2注入水配伍性良好，無沉淀分層現象。

2.2 剪切流變性測試

2.2.1 靜態剪切

用蒸餾水配置不同濃度的VES溶液，50 ℃下測試溶液在不同剪切速率下的黏度變化，考察VES溶液的流變性能，結果見圖3。不同濃度VES溶液的剪切黏度隨剪切速率的增加均呈現先減小后趨于穩定的趨勢。高濃度溶液的黏度在低剪切速率下對應黏度更大，在剪切速率低于1 s-1時，VES溶液剪切黏度隨剪切速率增加均減小，但濃度在7 500 mg/L和10 000 mg/L的溶液剪切黏度減小幅度更大，呈現明顯“剪切變稀”的非牛頓流體特征，而VES濃度在500，2 500，5 000 mg/L的剪切黏度在剪切速率大于0.1 s-1后趨于不變，剪切黏度在15 mPa·s以內；當剪切速率高于1 s-1后，7 500 mg/L和10 000 mg/L濃度溶液黏度隨剪切速率增加變化不大，剪切黏度均在10 mPa·s以內，表現出牛頓流體特征。

圖3 剪切黏度-剪切速率變化曲線

2.2.2 動態剪切

用W2注入水配制質量濃度為3 000、5 000 mg/L的VES溶液，一定流速下經巖心剪切后，人造巖心參數見表2。每個注入速度下，當注入壓力平穩時取液，進行黏度、界面張力測試，對比剪切前后性能、黏度變化結果見表3。VES濃度為3 000 mg/L時，經巖心不同流速剪切后界面張力測試結果見圖4。VES濃度為5 000 mg/L時，經巖心不同流速剪切后界面張力測試結果見圖5。

表2 試驗所用巖心基本參數

表3 VES巖心剪切前后黏度

圖4 3 000 mg/L VES溶液經巖心不同流速剪切后界面張力

圖5 5 000 mg/L VES溶液經巖心不同流速剪切后界面張力

從表3可以看出，隨著注入流速的增加，黏度損失加大，在1.0 mL/min剪切速度下黏度損失明顯，黏度剪切損失率分別達到79.36%，87.31%。

從圖4和圖5可以看出，VES濃度為3 000，5 000 mg/L時，對W2脫水原油的油水界面張力最低均能達到10-3mN/m，VES溶液界面活性較好。經過不同注入速度巖心剪切后，其界面張力仍能到10-3mN/m數量級，巖心的剪切作用對VES的油水界面張力影響不大，只是將具有一定黏彈性的棒狀或蠕蟲狀膠束剪切成低黏度的球形膠束，界面活性基本不受影響。

2.3 黏彈性測試

測試不同濃度VES溶液隨頻率變化的模量曲線見圖6。質量濃度為5 000 mg/L和10 000 mg/L的溶液均展現出黏彈性流體特征[3]。交點左側，黏性特征較彈性表現明顯；而在交點右側，彈性較黏性表現明顯。溶液濃度越高，對應模量越高，且隨著濃度的增加，G′=G′′的交點向右移動，反映出較高濃度的VES溶液濃度越高，要表現出彈性特征需要比低濃度溶液更大的剪切速率。

圖6 不同濃度VES溶液模量-頻率變化曲線

2.4 熱穩性測試

VES溶液注入到油藏中的驅油過程耗時較長，在油藏條件下的長期穩定性能是評價VES溶液性質的重要內容。用W2現場注入水配制VES水溶液裝入50 mL密封瓶中，放入(65±1) ℃恒溫箱中進行老化，定期取出測定溶液的黏度值及界面張力等數據，研究VES溶液在油藏條件下的穩定性能，不同質量濃度VES溶液熱穩后黏度測試結果見圖7，質量濃度為5 000 mg/L 的VES溶液熱穩后界面張力見圖8。

圖7 不同濃度VES溶液熱穩后黏度

圖8 W2油藏條件下熱穩后5 000 mg/LVES溶液界面張力

從圖7可知，VES質量濃度為3 000，5 000 mg/L時，熱穩90 d后黏度損失不大，黏度保留率均在88%以上。從圖8可知，隨著熱穩時間延長，對油水界面張力影響較小，90 d后最低界面張力仍能達到10-3mN/m。這說明黏彈性表面活性劑耐熱穩定性能較好。

2.5 乳化能力測試

為研究VES在W2塊驅油效果，開展乳化性能實驗[5]，原油剝離快慢、乳狀液聚并快慢可分別用乳化速率、乳化穩定性(析水率或乳化穩定系數)來表征，這些指標均是影響表面活性劑驅油效果的重要參數[6]。

2.5.1 乳化速率

用乳化油量與乳化所用時間之比表示乳化速率，不同油水體積比條件下測得VES乳化速率實見圖9。

圖9 不同油水體積比條件下VES的乳化速率

由圖9可知，隨VES濃度增大，其溶液在W2原油中的乳化速率呈增大的趨勢。

2.5.2 乳化穩定性

析水率是表征乳狀液穩定性最直觀和簡單的方法，定義為乳狀液析出水的體積與乳狀液中水的總體積之比，析水率越大乳狀液越不穩定。因此以析水率作為主要評價指標，測試不同時間的析水率，繪制析水率與時間關系曲線，分析不同濃度、不同油水體積比下乳化效果。不同油水體積比條件下測得VES溶液析水率見圖10、圖11。不同濃度VES溶液在65 ℃、不同油水體積比條件下的乳化效果較接近。濃度較低時(0.05%)的乳狀液穩定性較差，析水速率快。其原因是：乳狀液穩定的決定性因素是界面膜強度，當表面活性劑濃度較低時，界面上吸附的分子較少，膜的強度也差。

圖10 油水體積比為2∶8時VES溶液析水率曲線

圖11 油水體積比為3∶7時VES溶液析水率曲線

2.6 驅油性能

結合VES溶液界面性能、乳化性能研究結果，進行下一步驅油實驗研究，評價滲透率、VES質量濃度、注入速度與采收率增幅間的關系。在65 ℃，W2原油，驅替速度1 cm3/min，VES質量濃度為5 000 mg/L，注入量0.3 PV條件下進行驅油試驗, VES驅油后采收率增幅高達20.45%。

2.6.1 滲透率與采收率增幅關系

65 ℃下研究了5 000 mg/L濃度的VES溶液0.3 PV在不同滲透率巖心中水驅基礎上驅油(W2原油)后再進行水驅的采收率總增幅，結果見圖12。

圖12 采收率增幅隨滲透率變化

由圖12可知，隨滲透率增大，VES對W2原油采收率的增幅曲線呈先快速增加，后保持平穩的形態。在較低的滲透率條件下(500×10-3μm2以內)，隨滲透率增加，VES對采收率增幅影響較大。從測試結果看，滲透率在100×10-3μm2左右的巖心進行VES驅油可以取得較好的效果。

2.6.2 VES濃度與采收率增幅關系

65 ℃下,研究了不同質量濃度VES溶液在0.3 PV、相同氣測滲透率的巖心驅油(W2原油)后的采收率增幅，結果見13。

由圖13可知，隨注入濃度增大采收率增幅呈增大趨勢，但濃度達到5 000 mg/L后采收率增幅趨于平緩。從巖心驅替結果來看，現場黏彈性表面活性劑VES驅油設計的濃度以3 000～5 000 mg/L為宜。

圖13 采收率增幅隨濃度變化

2.6.3 注入速度與采收率增幅關系

研究5 000 mg/L的VES溶液0.3PV在相同滲透率水平(氣測100×10-3μm2)巖心中以不同注入速度驅油后的采收率，結果圖14。

由圖14可知，隨注入速度增大在初期采收率具有明顯增加，注入速度增大到一定程度(大于0.5 cm3/min)后采收率增幅隨注入速度增加不再有明顯增加。

圖14 采收率增幅隨注入速度變化

3 結論

1)黏彈性表面活性劑VES綜合性能優良，W2低滲油藏適應性好。黏彈性表面活性劑與W2塊油藏原油的界面張力維持在10-3mN/m，耐鹽、耐溫性較好，對原油具有較強的乳化能力。在65 ℃時，黏彈性表面活性劑VES質量濃度為3 000 mg/L，黏度可達到25.18 mPa·s。經65 ℃老化90 d后黏度保留率為88%以上，油水界面張力值仍可保持10-3mN/m。

2)以W2為研究對象進行物模實驗，結果表明：針對100×10-3μm2的人造巖心，采用表面活性劑質量濃度為3 000，5 000 mg/L，注入量0.3 PV，水驅后提高采收率分別為10.64%、19.82%；針對40×10-3μm2的人造巖心，采用濃度為5 000 mg/L表面活性劑溶液，注入量0.3 PV，水驅后提高采收率為11.11%。