一種新型納米乳液混相驅(qū)油劑的研究與應(yīng)用

徐太平，李 栓

（四川捷貝通能源科技有限公司，四川成都 610015）

化學(xué)驅(qū)油是提高采收率的有效方法之一，主要有表面活性劑驅(qū)、聚合物驅(qū)、堿驅(qū)等[1-4]。聚合物驅(qū)自身的黏彈性使其對(duì)油滴具有較好拉伸作用和攜帶能力，擴(kuò)大了驅(qū)替液的波及面積，被認(rèn)為是比較成熟的體系而得到大量研究，但聚合物驅(qū)存在的堵塞問題會(huì)造成儲(chǔ)層傷害，由于流體運(yùn)動(dòng)阻力增加，導(dǎo)致后期采收率降低[5，6]。堿水驅(qū)有較多的室內(nèi)研究，但流度控制受限、易發(fā)生指進(jìn)，使得掃油效率偏低，同時(shí)堿水驅(qū)溶液易與地層巖石發(fā)生反應(yīng)，結(jié)垢引起儲(chǔ)層傷害，并導(dǎo)致堿水驅(qū)用量增加。表面活性劑驅(qū)由于特殊的分子結(jié)構(gòu)，可使油水界面張力顯著降低，其良好的乳化能力能更多的驅(qū)動(dòng)地層殘余油，提高洗油效率，但其耐溫耐鹽性能還有待提高[7，8]。

納米材料可有效降低界面張力，并使巖石潤(rùn)濕性發(fā)生改變，近年來被用作降壓增注技術(shù)、提高采收率得到廣泛研究[9，10]。本文研究了GPNR-2 納米乳液混相驅(qū)油劑，將一定量的納米乳液驅(qū)油劑加入配液水中得到驅(qū)替液，可有效降低驅(qū)動(dòng)壓差，從而提高采收率。

1 納米乳液混相驅(qū)油劑的作用原理

納米乳液混相驅(qū)油劑，是由有機(jī)溶劑和復(fù)合型表面活性劑反應(yīng)制得。其中溶劑采用天然有機(jī)物檸檬烯，以溶劑為中心，將表面活性劑緊密聯(lián)結(jié)在一起，使形成的納米乳液中同時(shí)含有溶劑和表面活性劑，形成的單個(gè)乳滴尺寸為10 nm～30 nm，比大尺寸乳滴的波及面積更大、更均勻。納米乳液由于其特殊的尺寸及功能結(jié)構(gòu)，可大幅降低自身被井筒、地層巖石及壓裂砂吸附的比例，會(huì)有更多的表面活性劑存在于油水和氣水界面發(fā)揮作用。同時(shí)由于乳滴尺寸小，易進(jìn)入細(xì)小孔喉，解除巖層中的堵塞及水鎖，提高巖心滲透率，從而增加導(dǎo)流能力。

2 驅(qū)油劑的性能評(píng)價(jià)

2.1 混相驅(qū)油效果

將原油加入納米乳液中加熱至60 ℃靜態(tài)放置1 h，原油開始在乳液中擴(kuò)散并溶脹，4 h 后原油在乳液中鋪展并形成連續(xù)相，8 h 后原油基本與納米乳液達(dá)到互溶狀態(tài)（見圖1、圖2）。

在動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)過程中，乳化現(xiàn)象明顯，殘余油被逐漸剝離，形成細(xì)小、均勻的O/W 型小乳狀液和乳狀液，并出現(xiàn)了乳化油的富集帶。在驅(qū)動(dòng)過程中乳化油滴不發(fā)生聚并。這是由于納米乳液與原油接觸后，表面活性劑停留在油水界面，檸檬烯進(jìn)入原油中，降低了原油黏度，同時(shí)大量的表面活性劑也加速了乳化油的形成。

2.2 滲吸驅(qū)油效果

2.2.1 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)采用質(zhì)量法。將飽和好地層原油的柱狀巖心完全浸泡在驅(qū)油劑溶液中，受潤(rùn)濕性和毛管力等作用影響，驅(qū)油劑溶液將自發(fā)滲吸到巖心孔隙中起到排油作用，整個(gè)過程中總孔隙體積不變，但受驅(qū)油劑溶液排油作用影響，巖心在驅(qū)油劑溶液中的質(zhì)量將會(huì)增加。根據(jù)阿基米德浮力原理，根據(jù)式（1）結(jié)算滲吸采收率。

式中：R-浸泡自發(fā)滲吸采收率，小數(shù)；Vo-巖心中總飽和油量，mL；Δm-巖心在驅(qū)油劑溶液中的質(zhì)量差，g；ρw、ρo-驅(qū)油劑溶液密度，油密度，g/cm3。

2.2.2 樣品及方法

圖1 驅(qū)油劑與原油的靜態(tài)互溶效果

圖2 驅(qū)油劑與原油的動(dòng)態(tài)互溶效果

2.2.2.1 實(shí)驗(yàn)樣品 驅(qū)油劑溶液：配液用水、0.5 %納米驅(qū)油劑；原油樣品：取自油田現(xiàn)場(chǎng)的地層原油，經(jīng)過高溫脫水分離所得；巖心樣品：取自于現(xiàn)場(chǎng)的直徑為25 mm 的天然巖心柱。

2.2.2.2 實(shí)驗(yàn)條件 實(shí)驗(yàn)溫度：90 ℃；實(shí)驗(yàn)壓力：大氣壓。

2.2.2.3 測(cè)試方法 （1）飽和原油：將巖心進(jìn)行抽真空加壓飽和地層原油，飽和完畢在90 ℃恒溫箱中老化24 h 以上。（2）飽和完畢對(duì)巖心進(jìn)行纏繞銅絲處理，隨后將纏繞有細(xì)銅絲的巖心懸掛在滲吸實(shí)驗(yàn)裝置天平正下方掛鉤上，將裝有不同水樣的燒杯放置在巖心下方升降臺(tái)上，通過調(diào)整銅絲和升降臺(tái)確保實(shí)驗(yàn)時(shí)巖心能位于燒杯內(nèi)液體中部且不與燒杯壁接觸。（3）通過升降臺(tái)調(diào)節(jié)燒杯高度至合適的高度使巖心完全浸沒在液體中，開始自吸實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中記錄自吸時(shí)間與巖心質(zhì)量變化情況，直至不再有油析出表現(xiàn)為巖心質(zhì)量恒定，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。按式（1）計(jì)算巖心的滲吸采收率R。

2.2.3 結(jié)果及分析 對(duì)4 塊巖心分2 組進(jìn)行了90 ℃下不同滲吸液的巖心浸泡自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)（見圖3、圖4）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表1）表明，1、2 號(hào)巖心在配液用水中滲吸采收率分別為20.48 %和22.19 %，平均滲吸采收率為21.33 %；3、4 號(hào)巖心在含0.5 %納米驅(qū)油劑溶液中的滲吸采收率分別為61.52 %和60.28 %，平均滲吸采收率為60.90 %，采收率提高了近3 倍。由此可見，納米乳液混相驅(qū)油劑，由于其特殊的微小尺寸，使其更容易進(jìn)入孔喉，在表面活性劑分子的作用下，使巖心中的油更容易產(chǎn)生乳化，同時(shí)以檸檬烯作為溶劑有助于降低原油黏度，進(jìn)一步提高采收率。

實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)懸掛在配液用水中的巖心滲吸出油的顆粒較大且比較稀疏，在含有驅(qū)油劑的滲吸液中出油的顆粒較小但密集，并且在高溫條件溶液呈渾濁狀態(tài)。進(jìn)一步說明，驅(qū)油劑的微小尺寸使其易進(jìn)入巖心孔喉，較多的驅(qū)油劑使巖心中的飽和油發(fā)生乳化作用，從而使原油被一層層剝離，滲吸出的原油在驅(qū)油劑溶液中形成細(xì)小均勻的乳狀液，從而使驅(qū)油劑液體出現(xiàn)渾濁。驅(qū)油劑溶液表面形成密集的油層液看出，驅(qū)油劑具有極好的滲吸驅(qū)油效果。

表1 巖心浸泡自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)（90 ℃）

圖3 巖心在配液水中的滲吸效果

圖4 巖心在驅(qū)油劑溶液中的滲吸效果

3 應(yīng)用效果

該納米乳液混相驅(qū)油劑在大慶油田已完成五口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。其中N-1 井僅采取壓裂增能的方式，壓裂前日產(chǎn)液2.7 t，日產(chǎn)油0.7 t，含水率74.1 %，累產(chǎn)油3 395 t，壓裂后日產(chǎn)油4.5 t，累計(jì)增油338 t。N-2 采取壓裂前注入納米驅(qū)油劑的方式，壓裂前日產(chǎn)液2.6 t，日產(chǎn)油0.6 t，含水率76.9 %，累計(jì)產(chǎn)油3 269 t，壓裂和驅(qū)油作業(yè)后，日產(chǎn)油9.2 t，累計(jì)增油682 t。通過N-1和N-2 這兩口井的對(duì)比可知，壓裂作業(yè)前注入納米乳液驅(qū)油劑的N-2 井，累計(jì)產(chǎn)油量比不加納米乳液驅(qū)油劑的N-1 井增加了2 倍，可見納米乳液驅(qū)油劑有較好的增油效果。

百口泉X 井是一口直井，2011 年8 月對(duì)1 262.0 m～1 291.5 m 進(jìn)行壓裂改造，初期日產(chǎn)油3.5 t，后調(diào)開生產(chǎn)，平均日產(chǎn)油0.6 t，累計(jì)產(chǎn)油4 258 t，累計(jì)產(chǎn)水930 t，采出程度4.3 %。2019 年5 月9 日又對(duì)該井P1j1 段（1 262.0 m～1 291.5 m）采用前置納米乳液增能滑溜水的工藝進(jìn)行重復(fù)壓裂，措施后，平均日產(chǎn)油4.9 t，最高日產(chǎn)油9.8 t，累計(jì)增油量568.7 t，取得了較好的增產(chǎn)效果。

4 結(jié)論

本文研究的納米乳液混相驅(qū)油劑，是以有機(jī)溶劑和復(fù)合型表面活性劑反應(yīng)形成的納米乳液，與原油有極好的混相效果，其微小尺寸使其能更好的進(jìn)入細(xì)小孔喉，驅(qū)動(dòng)更多的殘余油，有極好的滲吸驅(qū)油效果，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中增產(chǎn)效果明顯。