高溫油藏表面活性劑乳化驅(qū)油體系研究

李 輝

（中國石油大港油田采油工藝研究院，天津 300280）

大港油田經(jīng)過多年的注水開發(fā)，剩余油高度分散，單純依靠加密井網(wǎng)等措施很難將剩余油挖潛，三次采油化學(xué)驅(qū)油技術(shù)作為一項(xiàng)依靠注入化學(xué)介質(zhì)提高采收率的手段發(fā)揮了舉足輕重的作用。大港油田中北部常規(guī)油藏已經(jīng)形成了以化學(xué)驅(qū)技術(shù)為主導(dǎo)的三次采油模式，南部高溫高鹽油藏也研究實(shí)驗(yàn)了聚/表二元驅(qū)油技術(shù)，但是目前應(yīng)用的技術(shù)針對的是中高滲儲層，溫度＜90 ℃的油藏，而對于高溫油藏（溫度＞90 ℃），尚無成型的化學(xué)驅(qū)技術(shù)可借鑒應(yīng)用，基于此，以大港油田官104 斷塊為工程依托，開發(fā)出一套適用于中低滲、高溫儲層的表面活性劑乳化驅(qū)體系。該體系依靠表面活性劑自身的乳化能力將油水兩相自動(dòng)混合形成油包水乳狀液，達(dá)到乳化增黏目的[1-3]，同時(shí)由于表面活性劑可將油水界面張力降低至超低10-2mN/m 數(shù)量級，固具有擴(kuò)大波及體積以及提高驅(qū)油效率的雙重功效。且開發(fā)的表面活性劑體系克服了高溫（溫度＞90 ℃）、高鹽（礦化度＞20 000 mg/L）、高鈣鎂（鈣鎂離子含量＞400 mg/L）的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

藥品：OS-1；OS-2；OS-3；大港油田官104 斷塊注入水，大港油田官72-22 井脫水原油。

儀器：TX-500 系列界面張力儀、UV1800 紫外/可見分光光度計(jì)、電子天平、恒溫箱、驅(qū)油裝置、流變儀、HARKE-SPCA 接觸角測定儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 乳化測試 將0.3 %表面活性劑體系和原油按一定油水比配制后置于104 ℃恒溫箱中加熱1 h，使溶液溫度達(dá)到104 ℃。然后將混合液倒入放置在油浴鍋（95 ℃）的燒杯中，用機(jī)械攪拌器在轉(zhuǎn)速為400 r/min 下攪拌2 h，隨后觀察乳化情況，并在104 ℃下測試乳液黏度。

1.2.2 界面張力測試 參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5370-1999 表面及界面張力測定方法。

1.2.3 潤濕性測試 用官104 注入水配制不同濃度的表面活性劑溶液，并將親水/親油載玻片浸于其中，在油藏溫度104 ℃下放置。放置48 h 后取出載玻片，并在室溫條件下用HARKE-SPCA 接觸角測定儀測出載玻片/油藏原油/油藏注入水的三相接觸角。

1.2.4 驅(qū)油特性測試 實(shí)驗(yàn)采用三層人造非均質(zhì)巖心；油為官104 油藏脫氣原油；驅(qū)油體系為0.3 %的表面活性劑溶液；表面活性劑的注入量為0.3 PV；實(shí)驗(yàn)用水為官104 油藏注入水。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）巖心干燥及飽和水：巖心在100 ℃下干燥12 h 后，抽真空飽和注入水4 h，取出巖心，稱量飽和水后巖心的質(zhì)量，計(jì)算巖心的孔隙體積和孔隙度；（2）巖心滲透率的測定及飽和油：開啟烘箱，設(shè)置溫度為104 ℃，恒溫4 h 后，把巖心放入巖心夾持器，保持環(huán)壓大于注入壓力3 MPa～4 MPa，以2 mL/min 的速度向巖心中注入官104 注入水，測量巖心滲透率。以0.5 mL/min 的速度向巖心中注入原油，計(jì)量巖心出口排出的水量，根據(jù)水體積計(jì)算含油飽和度；（3）水驅(qū)：以3 m/d 的速度進(jìn)行水驅(qū)，同時(shí)記錄巖心入口壓力和采出油量，水驅(qū)至巖心出口含水率為98 %；（4）表面活性劑驅(qū)： 水驅(qū)含水達(dá)到98 %后注入0.3 PV 表面活性劑溶液，注入速度3 m/d，再轉(zhuǎn)注后續(xù)水驅(qū)，至經(jīng)濟(jì)極限含水率98 %時(shí)停止實(shí)驗(yàn)。記錄整個(gè)過程的壓力，計(jì)算含水率及采收率，實(shí)驗(yàn)流程圖（見圖1）。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化表面活性劑的優(yōu)化

為了提高驅(qū)替相黏度，實(shí)現(xiàn)W/O 乳化液驅(qū)油，表面活性劑需要具有良好的油包水乳化性能。為了增加親油基與原油相容性，根據(jù)相似相溶原理，初步選擇疏水鏈碳數(shù)在13～18 的陰-非離子型表面活性劑和陰離子表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，同時(shí)復(fù)加一定量的表面活性助劑，形成3 種表面活性劑體系OS-1、OS-2 和OS-3，3 種表面活性劑乳化性能以及降低界面張力能力（見圖2、圖3）。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知0.3 %的表面活性劑體系溶液與一定量油樣（含水率60 %）混合后機(jī)械攪拌形成乳狀液，且OS-3 表面活性劑體系乳化性能最好，乳液相達(dá)到了總液量的100 %。OS-3 表面活性劑體系在油藏條件下可以將油水界面張力降低至10-2mN/m 數(shù)量級，OS-1 和OS-2 表面活性劑體系能夠?qū)⒂退缑鎻埩档椭?0-1mN/m 數(shù)量級，OS-3 降低界面張力性能明顯優(yōu)于其他2 種表面活性劑，表現(xiàn)出與原油及注入水良好的配伍性。優(yōu)選OS-3 作為乳化驅(qū)油體系用表面活性劑。

圖1 表面活性劑驅(qū)油實(shí)驗(yàn)流程圖

圖2 不同體系的乳化情況（含水率60 %）

圖3 不同體系動(dòng)態(tài)界面張力曲線

2.2 乳化性能

OS-3 濃度為0.3 %時(shí)，不同含水率條件下形成的乳化液黏度（見圖4）。當(dāng)含水率不高于70 %時(shí)，隨著含水率的增加，乳化液黏度增加，在含水率為70 %時(shí)達(dá)到最大值，乳化液黏度為308.9 mPa·s。在含水率不高于70 %條件，OS-3 溶液體系與油樣形成整體的W/O乳化液，黏度高于原油黏度，這個(gè)可由經(jīng)典的Einstein黏度公式[4]（式1）解釋，乳液黏度與分散相及外相黏度關(guān)系密切，當(dāng)內(nèi)相為水時(shí)，隨著水相體積分?jǐn)?shù)的增加，乳液黏度增加。但當(dāng)含水率超過70 %后，隨著含水率的增加，形成乳化液的黏度降低，OS-3 溶液體系與油樣沒有形成整體的乳化液，在實(shí)驗(yàn)瓶的底部析出水相。

其中：ηo-外相黏度；φ-內(nèi)相體積分?jǐn)?shù)；h-與乳液類型相關(guān)的體積因子。

2.3 潤濕性

不同表面活性劑濃度下，OS-3 對巖石潤濕性改善的性能（見圖5）。由圖5 可以看出，隨著表面活性劑濃度的增加，親油表面上吸附的表面活性劑分子數(shù)量增加，表面活性劑的親水頭基使親油表面變得更加親水，潤濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)，載玻片由親油性變?yōu)橛H水性，這一作用使原油在注入流體沖刷孔隙的過程中易于剝落和流動(dòng)而被驅(qū)替出來，提高驅(qū)油效率[5]。

圖4 含水率與乳液黏度關(guān)系曲線

圖5 不同表面活性劑濃度下的潤濕性

2.4 驅(qū)油性

隨著表面活性劑注入量的增加，注入壓力提高了0.5 MPa 以上，說明表面活性劑與原油發(fā)生了乳化，由于油包水型乳化液為黏彈性流體，能就地改善非均質(zhì)性，增強(qiáng)較低滲透率區(qū)域的吸液能力，從而啟動(dòng)較低滲透率區(qū)域，因此在后續(xù)的水驅(qū)過程中起到了較好的流度控制作用，采收率得到了大幅度提高，表面活性劑乳化驅(qū)比水驅(qū)提高采收率24 %以上（見表1、圖6）。

3 結(jié)論

優(yōu)化的表面活性劑乳化驅(qū)油體系OS-3 具有擴(kuò)大波及體積以及提高驅(qū)油效率的雙重功效，能夠?qū)崿F(xiàn)大幅度提高采收率，室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)對比水驅(qū)提高采收率20 %以上；體系為單一表面活性劑，受水質(zhì)等參數(shù)影響小，配注工藝簡單，注入性好；適用于油藏條件較嚴(yán)苛的地層：油藏溫度＞90 ℃，地層水礦化度＞20 000 mg/L，鈣鎂離子含量＞400 mg/L。

表1 巖心參數(shù)及采收率提高值數(shù)據(jù)表

圖6 表面活性劑驅(qū)油綜合曲線