新型“雙微改善”復合調驅體系單組分性能研究*

鄒 劍，呂 鵬，肖麗華，薛寶慶，李彥閱

（中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津300452）

渤海油田是我國最大的海上油田，具有原油粘度高、油層厚、非均質性強等特點。與陸上油田平均32%的原油采收率相比，渤海油田水驅的采收率僅為18%~20%。聚合物驅[1,2]和聚合物-表面活性劑復合體系[3,4]、非均相調驅[5]、微球調驅[6,7]等技術先后用于渤海不同海上稠油油田。在改善渤海稠油油田儲層縱向非均質性基礎上，筆者研發了由微結構改善劑（MSI）和微流度改善劑（MMI）組成的雙微改善體系（BMIS），致力于同時改善儲層微觀非均質性和油水流度比。本文對單一改善劑性能的研究將為下一步雙微改善復合調驅體系的優化提供基礎。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

NaOH（≥99.5%）、NaHCO3（≥99.5%）、Na2CO3（≥99.5%）、NaCl（＞99.5%）、KCl（＞99.5%）、CaCl2（＞96%）和MgCl2·6H2O（＞99%），北京現代東方精細化工有限公司。MSI為一種典型預交聯顆粒，MMI為一種典型表面活性劑，均來自于中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院。

以渤海F油田脫氣、脫水原油為油相進行原油降粘實驗。用煤油和原油（2∶5）混合得到的模擬油樣進行油水界面張力的測定。

實驗用水為室內模擬水，用于制備MSI溶液、MMI溶液。利用一次蒸餾水按照F油田注入水水質分析結果顯示的離子組成配制而成。F油田注入水水質分析結果見表1。

表1 F油田地層水離子組成Tab.1 Ion composition of formation brine in F Field

1.2 實驗儀器

Microtrac-S3500型激光粒度分析儀（美國Microtrac公司）；LSM-ZS50型立體顯微鏡（日本Insize公司）；TX-500C型旋轉滴界面張力計（美國科諾集團）；DV-Ⅱ型布氏粘度計（美國阿美泰克公司）。

2 結果與討論

2.1 MSI膨脹性能實驗

利用Microtrac-S3500型激光粒度分析儀研究了MSI在模擬水中的初始及膨脹后的粒徑分布。在恒溫（25℃）下，用擴展型藍波進行分析。用公式（1）計算MSI直徑的膨脹倍數。

式中Ndi:膨脹id后MSI直徑的膨脹倍數；Di：MSI在模擬水中膨脹id后的平均直徑，μm；D0：初始分散在模擬水中的MSI的平均直徑，μm。

依據球形顆粒的體積與直徑之間的關系，通過公式（2）計算MSI的體積膨脹倍數。

式中Nvi:膨脹id后MSI的體積膨脹倍數。

MSI的初始直徑、不同膨脹時間后的直徑平均值及膨脹倍數見表2。

表2 不同時間MSI初始直徑和膨脹直徑的平均值及膨脹倍數Tab.2 Average of initial and expanding diameter of MSI at different time

由表2可知，MSI在溶液中膨脹10d后，粒徑和體積膨脹率分別為4.05和66.23倍。不同的MSI粉體具有不同的粒徑。根據固體顆粒堆積的級配理論，不同粒徑的顆粒協同作用將增強封堵性能。MSI在模擬水中的膨脹是明顯且有限的。有限度膨脹的MSI可以通過改善非均質儲層微觀結構，發揮擴大微觀波及體積的作用。MSI在溶液中的膨脹性和不溶性是其發揮這種作用的前提。

2.2 模擬油與MMI溶液界面張力測試

TX-500C型利用旋轉滴界面張力儀在50℃下進行界面張力測量。在水平放置的、裝滿MMI溶液或模擬水的石英比色管中，用微型注射器擠出1D模擬油。比色管在旋轉滴界面張力儀上以6000r·min-1高速旋轉。采用高精度攝像機實時采集比色管在中油滴的形貌，通過軟件對圖形進行分析。采用拉普拉斯方程直接計算界面張力。

模擬油與MMI溶液之間的IFT，見圖1。

圖1 油與MMI溶液間的界面張力Fig.1 IFT between simulated oil and MMI solution

模擬油和模擬水之間的IFT為1.47mN·m-1。隨著表面活性劑濃度的增加，油和表面活性劑溶液之間的界面張力逐漸降低。當MMI濃度達到1600×10-6時，IFT降低到0.06mN·m-1。

2.3 原油在MMI溶液中的微觀分散研究

用LSM-ZS50立體顯微鏡觀察了油在MMI溶液中的微觀分散狀態。樣品由F油田原油和MMI溶液按3∶7的比例混合而成，MMI的濃度為1600mg·L-1。將盛有混合樣品的燒杯置于50℃水浴中以250r·min-1的速度攪拌5min，利用注射器將1D樣品轉移至玻璃試片后，置于顯微鏡下進行樣品觀察。

原油在MMI溶液的微觀分散狀態見圖2。

圖2 油在MMI溶液中的分散狀態（擴大35倍）Fig.2 Microscopic dispersion of oil in MMI solution（Magnified 35 times）

由圖2可知，混合樣品形成了水包油（O/W）乳液。油在MMI溶液中呈球形或橢球形分散。O/W乳液的形成將降低孔隙中整個流體的流動阻力。稠油中的膠質和瀝青質具有較強的界面活性，這些活性組分在油水界面吸附后形成一定強度的界面膜，增加了乳液的穩定性。乳化作用在提高原油采收率方面起著重要作用。

2.4 MMI降粘率實驗

將油和模擬水按不同比例（7∶3、6∶4、5∶5、4∶6和3∶7）混合得到待測溶液。將每種混合物分為兩組，第一組作為對照實驗組，第二組中加入1600mg·L-1的MMI。將每個待測樣品在50℃水浴中以250r·min-1的速度攪拌5min后用布氏粘度計測定樣品的粘度，并計算降粘率。測試的粘度及計算的降粘率見表3。

表3 不同比例下的油/MMI溶液混合樣品粘度及降粘率Tab.3 Viscosity reduction result in different oil/water proportions

由表3可知，隨著MMI溶液比例的增加，乳液的粘度不斷降低。當油與MMI溶液的比例為3∶7時，降粘率達94.97%。這將顯著提高稠油與水的流度比，有利于提高稠油油藏采收率。表面活性劑的吸附會降低界面張力，在較高濃度下有利于形成亞層結構，該亞層結構使油水界面呈現出一定強度的彈性，提高了O/W乳液的穩定性。

3 結論

（1）在水化膨脹10d后，MSI的粒徑（體積）膨脹約為4.05（66.23）倍，有限膨脹是MSI發揮改善微觀波及體積作用的前提。

（2）油在MMI溶液中呈球形或橢球形分散。

（3）當MMI濃度達到1600×10-6時，MMI溶液與模擬油的界面張力降低到0.06mN·m-1。MMI濃度為1600×10-6、原油與MMI溶液比例為3∶7時，原油降粘率可達94.97%。乳狀液形成可以有效改善油水流度比。