納米表面活性劑在致密油藏開采中的應用

于春濤 張 宇 周春來

(1.中國石油吉林油田公司油氣工程研究院；2.中國石油管道公司管道工程建設項目經理部；3.中國石油吉林油田公司HSE監督站)

0 引 言

致密油藏的效益開發是現階段石油行業的主流方向，常規技術已無法滿足開發需求，需要研發新技術以適應油田的發展趨勢[1]。致密油藏初期以水平井大規模壓裂投產為主，通過壓裂改造成縫，形成滲流通道。由于儲層致密，后續無法進行能量補充，產量遞減快，無法實現穩產，需攻關后期提產、提高采收率技術。針對低滲、特低滲儲層微觀孔隙結構小的難題[2]，可通過注入不同性能的表面活性劑溶液實現吞吐增產。目前現場應用的表面活性劑種類繁多，增產機理各不相同。本文針對致密油藏的儲層特征，在油藏條件下，通過納米表面活性劑體系與原油發生乳化降黏作用，乳化后的液滴粒徑處于納米級[3]，使原油具有較好的流動性，降低了乳化堵的風險，對后續原油生產具有一定的優勢。

1 地質特征及開發簡況

1.1 地質特征

吉林油田致密油藏位于松遼盆地南部，整體為西南傾鼻狀構造，主要發育扶余油層，油層頂面埋深為1 640～2 300 m，地層厚度為110～130 m，縱向Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ砂組均有油層分布。含油井段長度一般為40～90 m，區塊含油面積為100 km2，地質儲量為3 146萬t，油層埋深為1 750～2 650 m，儲層物性孔隙度為5%～12%，滲透率K<1 mD，含油飽和度為35%～55%，油層厚度為6～20 m。

1.2 開發簡況

吉林致密油藏以水平井枯竭式開發為主，平均單井控制儲量為20萬t，采出程度為0.47%，剩余油資源豐富，措施挖潛空間大[4]。區塊以壓裂投產為主，初期依靠天然彈性能量自噴生產，新井初產量高，遞減快，液面持續下降，產液能力降低，累產水平未達到效益開發需求。前期開展了不同規模的CO2吞吐技術研究，措施效果未達到預期。

2 材料與實驗

2.1 材 料

1)藥品及樣品：濃度為0.1%～0.3%的TY納米表面活性劑(以下簡稱TY活性劑)；試驗區塊原油、采出水。

2)儀器：界面張力儀、旋轉式油水乳化機、高倍顯微鏡(200倍)、恒溫水浴、玻璃器皿(配制溶液使用的量筒、燒杯、磨口瓶等)、LA-950激光散射粒度分析儀、動態驅油裝置[5]。

2.2 實 驗

2.2.1 乳化實驗

1)分別取100 mL TY活性劑體系溶液和原油，在90℃水浴恒溫30 min后，將TY活性劑體系溶液倒入原油中，用攪拌機以4 000 r/min高速攪拌5 min。

2)將攪拌后的原油倒入60 mL具塞量筒中[6-7]，放入90℃水浴，定時觀察乳化液/水界面讀數，并計算其析水率。同時用顯微鏡觀察乳化液滴。

2.2.2 驅油效率評價

1)制作長度為22 cm，截面直徑為2.5 cm的填砂管巖心。

2)巖心用模擬水浸泡后抽空飽和4 h，取出，用干凈的濾紙吸取表面水后稱重，并計算其孔隙度。將抽空并飽和的巖心放入巖心夾持器中，接好管線，用手動泵加圍壓。檢查巖心夾持器密封性完好后，用模擬水進行驅替，測其巖心滲透率。

3)飽和原油在儲層溫度下老化48 h，先用模擬水進行驅替，測水驅采收率，再注入TY活性劑體系溶液0.5 PV，封閉所有出口端和入口端，在儲層溫度下放置4 h后進行水驅，計算采收率。

3 結果與討論

3.1 體系原理

TY活性劑是一種單劑，單劑率達95%以上，解決了表面活性劑復配使用造成的“色譜分離”問題，可降解，可將巖石表面潤濕性變為強親水且不反轉。界面張力達到10-3～10-2mN/m，與原油接觸形成的乳狀液可在短時間內破乳，即可通過乳化作用將巖石表面黏附的原油剝離下來，陸續破乳，降低乳化堵的風險，使原油具有較好的流動性。

3.2 界面張力

選取試驗區原油和采出水，利用超低界面張力儀開展實驗。TY活性劑濃度為0.1%～0.3%時，界面張力為(0.02～0.03)×10-3mN/m。

3.3 乳化性能

用LA-950激光散射粒度分析儀測試原始TY活性劑溶液的粒徑為3～10 nm，原油分子尺寸為30～50 nm。TY活性劑體系溶液按一定濃度與原油充分溶解、乳化，用顯微鏡測其粒徑，乳化后直徑在50～100 nm的液滴占比達90%以上。粒徑微觀圖像見圖1。

圖1 粒徑微觀圖像

通過觀察乳液的析水率評價其乳化及破乳性能。析水率評價實驗結果如表1所示，乳化后20～30 min析水率在70%以上，60～120 min析水率大于90%，說明TY活性劑體系與原油接觸能夠實現乳化，且在短時間內破乳，該體系適合在低滲儲層(微觀孔喉半徑在納米級別)應用。

表1 析水率評價實驗結果

3.4 驅油效率

TY活性劑注入體積與驅油效率關系曲線如圖2所示，隨著注入量的增加，驅油效率逐漸增加，注入體積為1 PV時，驅油效率達到39.7%，說明該體系具有較好的滲吸置換能力，能有效動用儲層剩余油，實現增產的目的。

圖2 TY活性劑注入體積與驅油效率關系曲線

4 現場試驗

4.1 試驗井基本情況

優選查X井開展先導試驗。該井2018年投入開發，縱向油層厚度為7.4 m，油層長度為761 m。初期日產油量為8 t，目前日產油0.4 t，產量遞減快；累產液量為14 577 t，累產油量為1 386 t，返排率為115%；控制儲量為14.24萬t，采出程度低，為0.9%。

4.2 設計及效果

根據油藏厚度及查X井基本情況，初步設定該井注入量為2 200 m3，TY活性劑濃度為0.3%，注入壓力為12～14 MPa，注入速度為4～5 m3/h。

該井措施前日產液量為6 m3，日產油量為0.4 t，含水93.9%。措施后增產效果明顯，日產液量大幅度增加，日產油量為0.4～2.2 t，綜合含水下降13%，措施有效期大于8個月，累計增產油量為445 t，投入產出比大于1.5，經濟效益明顯。經測試，采出原油黏度下降15%，降黏作用明顯。查X井措施后生產情況見表2。

表2 查X井措施后生產情況

5 結 論

1)TY活性劑界面張力可達到(0.02～0.03)×10-3mN/m，乳化粒徑為50～100 nm，隨著注入量的增加，采收率逐漸增加，注入體積為1 PV時，驅油效率達到39.7%。

2)乳化后20～30 min析水率在70%以上，60～120 min析水率大于90%，說明TY活性劑體系與原油接觸能夠實現乳化，且可在短時間內破乳。

3)TY活性劑體系與儲層微觀孔隙結構匹配性能好，為致密油藏后續提高采收率提供了技術支持，具有較大的應用潛力。