一種納米硅型微乳液對低滲透油藏降壓增注適應性研究

吳宇航， 龔 輝， 夏康杰， 張 靜， 王春燕， 文守成

(1長江大學石油工程學院 2中國石油華北油田分公司第三采油廠 3成都理工大學能源學院)

某油藏儲層基質孔隙度、滲透率低，連通性差，基質注水困難。最小孔隙度7%，最大孔隙度17.2%,平均孔隙度11.5%，平均滲透率為0.45 mD，屬于低孔特低滲儲層。儲層大裂縫發育或存在大量人造裂縫，水竄嚴重，基質動用儲量低[1-2]。儲層巖石表面屬于弱親水-親水性，殘余油飽和度高，嚴重堵塞注水滲流通道[3]。

國內外目前針對低滲透油藏降壓增注所采用化學手段主要是活性水驅或者單一微乳液體系[4]。微乳液相較于活性水有著更好的熱力學穩定體系，粒徑在10～100 nm之間，容易通過滲流通道，并且具有超低界面張力[5]。其次微乳液有良好的增溶、潤濕和滲透的能力[6]。而納米硅有著很高的表面能，進入地層后易吸附在巖石孔隙表面并將表面水膜清除，從而有效地擴大滲流孔徑[7]。因此選擇將納米硅與微乳液配置成納米硅型微乳液體系，對低滲透油藏地層孔隙改造起到重要作用。

本文篩選不同的納米硅微乳液體系，以界面張力、增溶性和抗溫抗鹽性為指標[8]，選出適用于某致密儲層的納米硅微乳液體系。通過室內天然巖心驅替實驗得出最佳的注入濃度以及注入量。

一、實驗部分

1. 實驗儀器

MS12001L/02電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)；J-HH-4A恒溫水浴鍋(上海皓莊儀器有限公司)；TX-500C旋轉滴界面張力儀(美國CMG公司)；HKY-1型多功能巖心驅替裝置(江蘇海安石油科技儀器有限公司)；抽真空飽和巖心裝置(江蘇海安石油科技儀器有限公司)等。

2. 實驗藥品

實驗室按Schulman法[9-10]，自制3種納米硅型微乳液體系；將現場原油與煤油進行調配，配置出實驗室內所用模擬油，模擬油密度為0.82 g/cm3，黏度(70℃)為3.73 mPa·s；蒸餾水，導電率小于5 μs/cm；模擬地層水，礦化度為49 712.6 mg/L；1%KCl溶液以及地表水。

二、結果與討論

1. 抗鹽性能評價

分別用礦化度為49 712.6 mg/L的模擬地層水配制濃度為10%的3種微乳液。然后將不同體系的微乳液用礦化度為49 712.6 mg/L的模擬地層水稀釋(納米硅微乳液∶模擬地層水=1∶1、3、5、7、9)，置于常溫環境中24 h，觀察看出3種納米硅微乳液體系均保持穩定，沒有出現渾濁現象，說明抗鹽性能符合要求。

2. 界面張力測試

在常溫條件下使用TX-500C旋轉滴界面張力儀對3種納米硅微乳液體系(濃度為10%)的界面張力進行測試，通過測定納米硅微乳液液滴的長、寬以及微乳液與原油的密度差以及旋轉轉速，計算出納米硅微乳液與原油的界面張力。通過多次測量3種納米硅微乳液體系與原油界面張力，結果見表1。可以看出3種體系都能夠將油水界面張力下降兩個數量級，其中WSC-1體系界面張力最小值能夠達到0.029 3 mN/m。

表1 界面張力測試

3. 抗溫性能評價

將3種微乳液體系用模擬地層水稀釋(納米硅微乳液∶模擬地層水=1∶1、3、5、7、9)，置于70℃水浴鍋中24 h，觀察其是否發生破乳現象。通過實驗得出WSC-EM在70℃下抗溫性能不達標，發生破乳的現象，其余兩種體系均保持澄清透明的狀態，抗溫性能良好。

4. 增溶性能評價

將30 mL納米硅微乳液(濃度為10%)與30 mL原油加入具塞量筒中置于70℃水浴鍋中24 h，實驗結果如表2所示。

表2 增溶性能測試

從表2看出3種體系都有一定的增溶作用，其中WSC-1體系能夠增溶4 mL的原油。微乳液的增溶作用實際上是膠束對不溶于水的油相的增溶作用。WSC-1微乳液體系是水外相微乳液，當微乳液與油水接觸后，其外相的水可以與水互溶，而微乳液中的膠束與原油互溶，達到增溶洗油的目的，實驗說明納米硅微乳液進入地層不會產生乳液堵塞的情況。

通過實驗評價，最終選擇納米硅微乳液體系WSC-1： 13%AP6+4%聚氧乙烯表面活性劑+4%石油磺酸鹽+4%低碳醇+6%油相+69%鹽溶液+0.5%抗溫藥劑+0.3%納米硅材料。

5． 室內巖心驅替實驗

5.1 不同稀釋溶劑對巖心驅替降壓效果的影響

天然巖心驅替實驗步驟：①巖心飽和模擬油，在70℃恒溫箱內，用模擬油以0.05 mL/min的流速驅替至巖心末端不再出水后停止驅替；②巖心驅替至殘余油狀態，用礦化度為49 712.6 mg/L的模擬地層水以恒定流速 0.05 mL/min對巖心進行驅替，直到巖心末端驅出液含水率達到 98%時停止驅替，計算水驅采收率；③分別注入不同溶劑稀釋、不同濃度、不同注入量的微乳液，考察注水壓力下降情況。由于現場對出水處理不達標，注水用水為地表水，因此需要評價不同的稀釋溶劑對納米硅微乳液降壓效果的影響。本實驗分別使用模擬地層水、1%KCl溶液和地表水將WSC-1納米硅微乳液體系濃度稀釋為10%，巖心注入體積為5 PV，降壓結果如表3所示。

表3 不同稀釋溶劑對降壓效果的影響

從表3中可以看出納米硅微乳液采用不同的稀釋溶劑，都使巖心的水驅壓力有不同程度的下降，這是因為注入的納米硅微乳液體系具有超低界面張力，當納米硅微乳液進入巖心孔喉后，此時是一種混相驅油狀態，油水之間基本不存在界面，因此也就降低了油水界面張力，并且將巖石從油潤濕逐漸變為水潤濕，增加了原油對巖石表面的潤濕角，所以將原油液滴從巖石表面拉開所需的黏附功就大大的減少，洗油能力就會提高，改善了地層高殘余油飽和度的狀態。低滲油藏一般親水，毛管力是水驅油的動力，由于低滲巖心孔隙小，孔隙分布不均勻，因此大小孔隙中毛管力相差很大，注入水很容易將油流截斷，造成注水壓力不斷升高。納米硅微乳液降低了油水的界面張力，從而降低了毛管力，使大小不同的孔隙中的油水界面均勻向前推進，水驅過后沒有留下過多的殘余油，因此注入壓力會逐漸降低。另一方面，由于納米硅微乳液具有親水基和親油基兩種基團，能夠吸附于巖石表面上，降低固液界面能[11-12]。因此，納米硅微乳液可以將巖石表面由親油向親水轉變，使巖石的水濕程度進一步增強，被啟動的原油不易被再次吸附，起到降壓增注作用。

圖1 1%KCl配納米硅微乳液驅替壓力隨注入體積變化

圖1所示的巖心驅替實驗是先用1%KCl溶液驅替至殘余油狀態，然后使用1%KCl溶液稀釋納米硅微乳液至10%濃度，繼續用1%KCl溶液驅替考察壓力下降情況，再用地表水進行驅替考察同一巖心是否會發生黏土水化膨脹現象。通過圖1可以看出巖心使用1%KCl溶液驅替后轉為地表水驅替，驅替壓力逐漸增大，說明KCl溶液起到了穩定黏土的作用。而轉為地表水驅替后，地表水對KCl產生了一定的洗脫作用，降低了KCl溶液對黏土穩定的長效性，導致驅替壓力增大。圖2所示為地表水配納米硅微乳液后續用地表水進行驅替，可以看出后續水驅的壓力相較于殘余油水驅壓力低一些，但是降低幅度不大。圖3所示為采用模擬地層水配置的納米硅微乳液，模擬地層水與天然巖心配伍性最好，因此在驅替30 PV后，壓力降低幅度可以到56%。

圖2 地表水配納米硅微乳液驅替壓力隨注入體積變化

5.2 不同濃度納米硅微乳液對巖心驅替降壓效果的影響

使用1%KCl溶液將納米硅微乳液稀釋為10%、5%、1%三種濃度，降壓率結果見表4所示。可以看出隨著納米硅微乳液體系濃度的降低，降壓率也隨之降低。納米硅微乳液濃度為1%、注入量為5 PV時降壓率能夠達到41%。

圖3 地層水配納米硅微乳液驅替壓力隨注入體積變化表4 納米硅微乳液濃度對降壓效果影響

巖心編號水測滲透率/mD孔隙體積/cm3納米硅微乳液濃度降壓率C9-130.3165.1710%52%C9-60.3355.265%47%C9-70.3295.201%41%

5.3 不同注入量的納米硅微乳液對巖心驅替降壓效果的影響

用1%KCl溶液作為溶劑配制濃度為1%的納米硅微乳液，納米硅微乳液的注入量對水驅壓力的影響見表5所示。當納米硅微乳液濃度相同時，隨著注入量的減少，降壓率也減小，當注入1 PV的1%濃度的納米硅微乳液體系時，降壓率能夠達到31%，既滿足現場要求，也可以控制成本。

表5 納米硅微乳液注入量對降壓效果的影響

三、結論

(1)優選的納米硅微乳液體系具有良好的抗鹽性、抗溫性以及增溶性能，界面張力最低達到0.029 3 mN/m。

(2)巖心水驅降壓率隨著體系的濃度和注入量的降低而降低，在濃度為1%、注入量為1 PV時可達30%以上，可以看出納米硅微乳液對低滲透油藏有著較好的適用前景。

(3)地表水對注入壓力有一定的影響，應用到油田現場時應周期性注入黏土防膨劑來降低黏土膨脹對地層帶來的傷害。