低滲油藏二元復合驅協同機理研究

劉 晨，李 競，王 凱，王業飛，周文勝

（1.海洋石油高效開發國家重點實驗室，北京 100028；2.中海油研究總院有限責任公司，北京 100028；3.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島 266555）

低滲油藏具有與中高滲油藏不同的地質特征和流體滲流特點，其開發方式也存在一定的差異。化學驅油技術經過100 多年的發展，在理論、實踐方面都取得了長足進步，特別是我國的化學驅油技術已經成為提高原油產量的重要技術，各種化學驅配套工藝相對完善[1-7]，開展化學驅油技術在低滲油藏的應用研究對低滲油田的開發具有重要意義。當前低滲油藏化學驅開展最多的是聚合物驅，但提高采收率效果一般，表面活性劑在低滲油藏更多的是用作降壓增注劑[8-12]。低滲油藏二元復合驅的提出，充分發揮了表面活性劑的驅油效果，同時具有流度控制機理，引起了人們的重視，室內實驗已經證實低滲油藏聚/表二元復合驅較水驅可提高10 %以上的采收率，具有良好的應用前景[13-18]。當前低滲透油藏二元復合體系的聚合物和表面活性劑在協同驅油方面的作用機制尚不完全明確。因此，本文基于表面活性劑在石英砂和儲層凈砂吸附性能方面的差異，探究了二元復合驅油體系中聚合物和表面活性劑在低滲油藏提高采收率中的協同作用機制，為二元復合體系在現場的應用提供指導。

實驗以陸相區塊A 的儲層條件為基礎。區塊A 為高溫、中鹽、中孔、低滲儲層，地層溫度83 ℃，礦化度24 534 mg/L～26 069 mg/L，孔隙度平均為21.9 %，滲透率平均值為51.1×10-3mD。先期實驗已篩選出由梳形聚合物HF 和非離子陰離子型表面活性劑NPAC（壬基酚聚氧乙烯醚羧酸鈉）構成的二元復合體系0.4 PV（1 000 mg/L HF+0.3 % NPAC）在區塊A 具有較好的增油效果。因此，本文基于該二元復合體系進行機理研究。

1 實驗部分

1.1 儀器與材料

DY-III 型多功能物理模擬裝置（自制）、藍天牌101-6A 電熱鼓風干燥箱、UV2802 型紫外可見分光光度計、IKA4000i control 恒溫搖床、電動離心機、Mettler-Toledo 電子天平等。

梳形聚合物HF，相對分子質量616 萬，水解度21%，固含量88.1 %；非離子-陰離子表面活性劑NPAC（壬基酚聚氧乙烯醚羧酸鈉）；模擬油田產出水（礦化度分析見表1）；脫水原油（83 ℃黏度為2 mPa·s）；氯化鈉，無水氯化鈣，碳酸氫鈉，六水合氯化鎂等，均為分析純；石英砂人造柱狀巖心、天然露頭砂人造柱狀巖心。

1.2 實驗方法

（1）吸附實驗：將已知初始濃度的待測液與油田凈砂按固液比1:20 的比例放入錐形瓶中，密封搖勻，放在83 ℃恒溫搖床中，以一定速度連續振蕩72 h 后取出，測量此時待測液濃度，記為吸附達到平衡時的平衡濃度；根據初始濃度和平衡濃度，計算待測化學劑的飽和吸附量。

（2）驅替實驗：將飽和原油的巖心在83 ℃恒溫下老化48 h，以0.3 mL/min 的速度進行水驅，直到產出液瞬時含水率達到100 %，注入規定孔隙體積倍數的驅油劑，轉后續水驅至產出液瞬時含水率達到100 %。

2 結果與討論

2.1 化學劑吸附性能

表1 配制用水離子組成Tab.1 The ion composition of produced water

實驗測量了1 000 mg/L 的HF 溶液、質量百分數為0.3 %的NPAC 溶液以及二元復合體系（1 000 mg/L HF+0.3 %NPAC）分別在石英砂和儲層凈砂的飽和吸附量（見表2）。

表2 飽和吸附實驗結果Tab.2 The static adsorption result

化學劑在地層吸附量大小與地層礦物組成密切相關，一般在黏土礦物上吸附量較大，在石英砂上吸附量很少[19，20]。由表2 可知，聚合物HF 在石英砂和凈砂的吸附量均小于2 mg/g，表現出較好的抗吸附性能，有利于在地層中發揮驅油效果。由于NPAC 在溶液中可增強聚合物鏈的伸展性和負電性，因此，二元體系中HF在凈砂的飽和吸附量僅為0.4 mg/g，低于單一體系中HF 在凈砂的吸附量，這有利于二元復合驅油體系進入巖心深部發揮驅油性能。表面活性劑NPAC 在石英砂表面的飽和吸附量僅為0.5 mg/g，在凈砂的吸附量高達5.0 mg/g，差異明顯。區塊A 儲層凈砂黏土含量較高，故對NPAC 表現出較強的吸附性。聚合物HF 的存在可占據凈砂表面的部分吸附位，故二元體系中NPAC 在凈砂的吸附量為3.5 mg/g，略低于單一體系中NPAC 在凈砂的吸附量。由于表面活性劑NPAC 在石英砂的吸附量很小，因此，選用石英砂巖心進行驅油實驗可基本消除表面活性劑吸附的影響。

2.2 低滲油藏二元復合驅機理研究

實驗選取天然露頭砂人造均質巖心和石英砂人造均質巖心，分析了HF 與NPAC 復配二元體系及單一體系的驅油效果，探究了低滲油藏中聚合物和表面活性劑對二元復合體系提高采收率的貢獻，并分析了表面活性劑降壓增注在低滲油藏二元復合驅中的作用。

人造均質巖心驅油實驗的基礎數據及實驗結果（見表3、表4）。從表3 和表4 可知，實驗選用的三組天然露頭砂人造均質巖心基本一致，原始含油飽和度和水測滲透率都比較接近，為不同驅油配方的驅油效果對比提供了基礎；實驗選用的三組石英砂人造均質巖心基本一致，原始含油飽和度和水測滲透率都比較接近，為不同驅油配方的驅油效果對比提供了基礎。

2.2.1 天然露頭砂人造均質巖心驅油效果分析 方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ考察了二元復合體系與單一體系在天然露頭砂人造均質巖心的驅油效果，實驗結果（見圖1）。

由圖1 可知：二元復合驅的采收率在水驅基礎上提高了13.46 %，單一聚合物驅的采收率在水驅基礎上提高了11.25 %，單一表面活性劑驅的采收率在水驅基礎上提高了4.88 %。由此可見，二元復合體系的驅油效果最好，聚合物驅略差，最不理想的是表面活性劑驅。這是由于二元復合驅發揮了聚合物和表面活性劑的協同效應，既可以較好的擴大波及系數，又可以通過降低界面張力來提高驅油效率。一方面，聚合物的加入有效防止了活性水及后續驅替水沿水驅已形成的水流通道向前突進，改善了后續水驅效果，聚合物的存在也有利于減少表面活性劑在地層的吸附，增加表面活性劑有效作用距離；另一方面，表面活性劑的存在可以降低油水間的界面張力，有利于殘余油的驅動。由于表面活性劑吸附量較大，造成表面活性劑在巖心運移時被大量損耗，驅油效果不顯著，二元復合驅采收率僅比單一聚合物驅提高了2.21 %，單一表面活性劑驅僅在水驅基礎上提高了4.88 %。由此可見，在天然露頭砂人造均質巖心上，二元復合驅的驅油效果主要是由聚合物貢獻的。

表3 人造均質巖心驅油實驗基礎數據表Tab.3 The basic data of artificial homogeneous core flooding

表4 人造均質巖心驅油實驗數據Tab.4 The experiment result in artificial homogeneous core

圖1 不同驅替方案在天然露頭砂人造均質巖心驅油效果對比圖Fig.1 The result contrast of different flooding scheme in natural outcrop sand core

2.2.2 石英砂人造均質巖心驅油效果分析 方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ考察了二元復合體系與單一體系在石英砂人造均質巖心的驅油效果，實驗結果（見圖2）。

由圖2 可知：二元復合驅的采收率在水驅基礎上提高了16.66 %，單一聚合物驅的采收率在水驅基礎上提高了11.59 %，單一表面活性劑驅的采收率在水驅基礎上提高了9.30 %。由此可見，驅油效果最好的仍是二元復合體系，其后是聚合物驅和表面活性劑驅。由于表面活性劑在石英砂上的吸附量較小，其驅油效果得到充分發揮，因此，在石英砂人造均質巖心上，聚合物和表面活性劑均有較好的驅油效果，二者對二元復合驅的驅油效果均有重要貢獻。

2.2.3 兩種人造均質巖心驅油實驗對比 對比天然露頭砂巖心與石英砂巖心驅油實驗結果（見圖3）可知，方案Ⅱ在石英砂巖心的驅油效果與天然露頭砂巖心驅油效果基本一致，這表明聚合物在不同巖心上驅油效果相同，而方案Ⅰ和方案Ⅲ的驅油效果在兩種巖心上有明顯區別，兩種方案在石英砂巖心的驅油效果要明顯好于天然露頭砂巖心，這是由于石英砂巖心表面活性劑吸附量小，可以充分發揮表面活性劑的驅油效果，而天然露頭砂巖心由于表面活性劑的大量吸附，其驅油作用未能得到充分體現。

另一方面，對比天然露頭砂巖心與石英砂巖心驅油實驗壓力梯度比值（見圖4）可知，表面活性劑具有降低注入壓力的作用。方案Ⅰ單獨表面活性劑驅，轉注表面活性劑后天然露頭砂巖心和石英砂巖心的注入壓力均出現明顯下降，表面活性劑減少了孔喉中殘余油，提高了水相滲流能力。方案Ⅲ二元復合驅，轉注二元復合體系后雖然天然露頭砂巖心和石英砂巖心的注入壓力均出現上升的趨勢，但增加幅度明顯小于單一聚合物驅，二元復合體系一方面可以提高水相滲流能力，另一方面也可以減小聚合物在地層的吸附滯留。由此可見，低滲油藏二元復合驅時，表面活性劑具有降壓的作用。

圖2 不同驅替方案在石英砂人造均質巖心驅油效果對比圖Fig.2 The result contrast of different flooding scheme in the quartz sand homogeneous core

圖3 天然露頭砂巖心與石英砂巖心驅油效果對比圖Fig.3 The result contrast in the natural outcrop sand and the quartz sand homogeneous core

圖4 天然露頭砂巖心與石英砂巖心壓力梯度比值對比圖Fig.4 The pressure gradient ratio contrast in the natural outcrop sand and the quartz sand homogeneous core

3 結論

（1）在天然露頭砂人造均質巖心上，二元復合驅的驅油效果主要是由聚合物貢獻的，二元復合驅采收率僅比單一聚合物驅提高2.21 %，單一表面活性劑驅僅在水驅基礎上提高4.88 %。

（2）表面活性劑NPAC 在石英砂巖心上具有較好的驅油效果，采收率提高幅度可達9.3 %，遠高于天然露頭砂巖心，同時二元復合驅的采收率比單一聚合物驅提高5.07 %，協同驅油作用明顯。

（3）低滲油藏二元復合驅時，表面活性劑不僅可以降低原油界面張力提高采收率，還具有降低注入壓力的作用，二元復合體系在石英砂人造巖心的注入壓力遠低于單一聚合物體系的注入壓力。