烯酯類驅油劑在致密油藏驅替開發中的應用*

吳 凡，侯吉瑞

（1.中國石油大學（北京）非常規油氣科學技術研究院，北京 102249；2.中國石油三次采油重點實驗室低滲油田提高采收率應用基礎理論研究室，北京 102249；3.教育部油田開發重點實驗室，北京 102249）

0 前言

我國致密油資源豐富，根據美國能源信息署預測，中國致密油技術可采資源量達44.8×108t，位居世界第三位［1］。致密油藏作為一種重要的非常規油氣資源，具有開發難度大、儲層物性差、非均質性強、剩余油難以有效開發等特點［2-4］。對于致密油藏開發，常規化學驅油劑存在著注入壓力高、驅替困難、采出程度低的問題。巖心注水實驗表明，致密油藏注入壓力梯度達到30 MPa/m 以上時才有流體被驅出，即驅動1 m 范圍的流體使其流動需要至少30 MPa的驅替動力，這在致密油藏實際開發中無法實現，但超低滲透砂巖油藏注水開發具有可行性及必要性已經得到大量認同，過高的注入阻力限制了注水效果，故探索超低滲透砂巖油藏降壓增注方法是改善超低滲透砂巖油藏注水開發的關鍵［5-9］。過高注入阻力的主要來源既包括超低滲透儲層本身極差的物性及細微孔隙結構帶來的高滲流阻力，也包括超低滲透儲層毛管阻力及表面潤濕特性帶來的滲流阻力，以及儲層損害帶來的滲流阻力。

儲層物性差是儲層本身固有的、很難改變的性質，儲層損害在任何工序中都應考慮，界面效應產生的各種阻力可以采取適當的措施改善或降低。因此，急需尋找一種新型的驅油劑體系應用于致密油藏的高效開發。

烯酸酯類物質能與乙醇、乙醚、乙酸等有機溶劑互溶，不溶于水，遇水分層。烯酯類物質具有強脂溶性，能夠與原油實現混溶，將其作為驅油段塞注入能把殘留于油藏中的原油完全溶解下來，具有混相驅的驅油原理。非極性脂溶性酯可以溶解環烷基稠油、超稠油、特稠油，降黏效果顯著，并且可以溶解納米孔縫中的膠結物、充填物，達到通縫擴喉的目的。同時烯酯類化合物種類繁多，篩選來源范圍廣泛，一般烯酯類化合物沸點相對原油較低，通過分餾的方法即可與原油分離開來，沒有常規化學驅中驅油劑與原油分離的困擾。因此該類化合物具有應用于致密油藏的驅替開發的可行性。

烯酸甲酯類驅油劑可與原油互溶，消除界面張力、減小驅替阻力，達到降壓增注的效果，可以極大地提高驅油效率。本文使用烯酸酯類驅油劑9-癸烯酸甲酯，通過驅替實驗，研究烯酸酯類驅油劑在致密巖心驅替過程中注入壓力與驅油效果，探討烯酸酯類驅油劑的驅油機理。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

9-癸烯酸甲酯，外觀為無色液體，有水果和牛奶氣味，熔點/凝固點＜-20 ℃，沸點235 ℃，閃點102 ℃，相對密度0.888，可溶性（水）7.81 mg/L，分子式為C11H24O2；納米驅油劑為納米二氧化硅，其中1#的粒徑在20 nm左右，2#的粒徑在50 nm左右；3號白油，密度0.8 g/mL，黏度2.5 mPa·s；降阻劑，含5%～30%聚氧化乙烯、10%～40%有機溶劑、0～5%非離子表面活性劑、0～10%分散劑；去離子水；實驗巖心為長慶露頭巖心，尺寸約為φ2.5 cm×5 cm，巖心參數見表1。

表1 實驗巖心參數

KXD-C型氦氣孔隙度測試儀，江蘇華安科研儀器有限公司；TC-200 型脈沖衰減氣體滲透率測試儀，江蘇拓創科研儀器有限公司；驅替裝置包括高溫高壓恒速泵、靜音空氣泵、恒溫箱、高壓中間容器、巖心夾持器、量筒等。

1.2 驅替實驗

驅替實驗流程圖如圖1 所示。驅替實驗步驟為：①按需要分別將去離子水、降阻劑、納米二氧化硅驅油劑、9-癸烯酸甲酯等裝入相應的高壓中間容器；②按驅替流程圖連接圖連接實驗裝置，放入飽和好的巖心，排出管線中的空氣；③將驅油劑以一定流速（0.01、0.02 mL/min）按不同實驗方案的注入順序和注入量注入巖心中，記錄對應的壓力與產油量，計算采收率。

圖1 驅替實驗流程圖

2 結果與討論

2.1 不同驅替劑在致密巖心中的注入壓力

為研究不同驅替劑在致密巖心中的驅替壓力，使用相近滲透率（0.3×10-3～0.5×10-3μm2）與孔隙度的同一層位、同一批次的露頭致密巖心進行驅替實驗。在相同注入速率（0.01 mL/min）下，不同驅替劑的注入壓力隨注入體積的變化如圖2 所示。由圖2可以看出，對于致密巖心，傳統水溶性驅替劑的注入壓力隨著注入體積的增大不斷增大，壓力梯度在40 MPa/m 以上，在實際礦場生產中基本不能適用。致密巖心的孔隙系統基本由小孔道組成，流體在多孔介質中滲流時，固液兩相始終存在表面作用。驅替劑中的表面活性物質與巖心顆粒的表面產生吸附作用，會部分或全部堵塞孔道，使巖心滲透率急劇下降，注入壓力升高。同時，組成黏土的薄晶片具有吸引水等極性分子的能力，當流體在黏土中滲流時，在孔壁上形成牢固的水化膜，同樣會堵塞孔道使注入壓力不斷升高，所以傳統水溶性驅油劑在致密巖心驅替時會存在注入困難的問題，不適用于致密油藏的驅替開發。同時由圖2 可以看出，9-癸烯酸甲酯的注入壓力相對常規驅油劑可以忽略不計，不到水驅注入壓力的1/30，極大地降低了致密油藏驅替壓力，具有很好的注入適應性。這是因為9-癸烯酸甲酯具有油溶性，不存在遇黏土膨脹的問題；9-癸烯酸甲酯與白油互溶的同時會消除界面張力，通過自發的傳質擴散作用更容易地到達巖心深處，從而能起到降壓增注的效果。從注入壓力的對比可以看出，烯酸甲酯可以作為一種新型驅油劑應用于致密油藏的驅替開發中。

圖2 不同驅替劑注入過程中注入壓力隨注入體積的變化

2.2 9-癸烯酸甲酯的驅油效果

使用致密巖心分別采用9-癸烯酸甲酯驅+水驅和水驅至含水98%+9-癸烯酸甲酯驅+后續水驅兩種驅替方式進行驅替實驗，兩種驅替方式下的采收率結果如表2所示，驅替過程中注入壓力、采收率隨注入體積變化如圖3、圖4 所示。分別注入2.0 PV 與2.3 PV 的9-癸烯酸甲酯后再進行水驅，由于9-癸烯酸甲酯與白油互溶，因為液相傳質擴散作用，采出程度極高，分別達到80.31%與81.24%，綜合采出程度分別達到92.65%與98.22%。9-癸烯酸甲酯驅替過程中注入壓力較低，不到50 kPa，后續水驅開始后注入壓力迅速升高，9-癸烯酸甲酯驅替壓力不到水驅時的二十分之一。

表2 注采方式與采收率

在相同實驗條件下，巖心1 與2 進行重復性實驗，結果圖3（a）與（b）采收率與壓力曲線基本趨于一致，說明9-癸烯酸甲酯驅替實驗重復性較好，可用于致密油藏驅替開發中。

圖3 9-癸烯酸甲酯驅+水驅過程中注入壓力和采出程度隨注入體積的變化

巖心1 與2 為研究9-癸烯酸甲酯提高采收率極限，首先用9-癸烯酸甲酯驅替至出口端含水98%，因此9-癸烯酸甲酯用量較高。為研究其經濟用量，巖心3 與4 用量有所降低，但最佳使用量有待進一步研究。

由圖4（a）可知，水驅后注入0.3 PV的9-癸烯酸甲酯，采收率提高值為20.61%，注入壓力下降幅度較小，后續水驅后注入壓力基本恢復。水驅后注入1.5 PV 的9-癸烯酸甲酯，采收率提高值達到57.52%，隨著9-癸烯酸甲酯注入量的增大，可以與更多原油互溶，有效地提高原油采收率。同時與注入0.3 PV的9-癸烯酸甲酯相比，注入1.5 PV 的9-癸烯酸甲酯段塞后的驅替壓力明顯下降，由于9-癸烯酸甲酯與原油相似相溶，此時巖心中含有大量9-癸烯酸甲酯而含有少量束縛水，驅替過程中毛管阻力減小。但后續水驅過程中壓力回升明顯，且最終遠高于圖4（a）中后續水驅時的壓力，這是因為圖4（b）的注入速度較高，滲流阻力增大，而由于烯酸甲酯用量較大，采收率更高，剩余油較少，隨著后續水驅不斷推進使得巖心中基本都是水，由于較大的毛管力以及遇黏土膨脹等原因使得巖心滲透率下降，驅替阻力增大，所以后續水驅時壓力更高。

圖4 水驅+9-癸烯酸甲酯驅+水驅過程中注入壓力和采出程度隨注入體積的變化

對于0.01×10-3μm2級別巖心，9-癸烯酸甲酯具有有效的驅替開發效果。為了考察9-癸烯酸甲酯對于更低滲透率巖心是否有效，以0.001×10-3μm2級別巖心進一步研究。圖5 為不同驅替劑在0.001×10-3μm2級別巖心中注入壓力。不同驅替劑注入壓力基本一致，隨著驅替劑注入體積的上升，注入壓力不斷升高，且遠高于0.1×10-3μm2級別的巖心。隨著滲透率的降低，巖心孔隙系統的平均孔道半徑更小，非均質性越嚴重，微納米孔道孔隙體積的比例越大，孔隙系統中邊界流體占的比例越大。這些特點明顯地影響液體與固體界面的相互作用。滲透率越低，這種液固界面的相互作用越強烈。9-癸烯酸甲酯在0.001×10-3μm2級別的巖心中也不再具有注入性，不適用于0.001×10-3μm2及以下的致密油藏，對于適用于更低滲透率的致密油藏的驅油試劑需要進一步研究。

圖5 0.001×10-3 μm2級別巖心不同驅替劑的注入壓力隨注入體積的變化

3 結論

對于0.1×10-3μm2級別的致密巖心，9-癸烯酸甲酯具有良好的降壓增注效果，注入壓力不到水驅的三十分之一，采收率達到80%以上，對比水驅提高采收率效果顯著。水驅后注入9-癸烯酸甲酯段塞可有效提高采收率，隨著段塞注入量的增大，可同時有效降低注入壓力。

對于致密油藏，目前傳統的化學驅油劑基本不適用，而烯酸甲酯類驅油劑在降壓增注及提高采收率方面都有很好的效果。但目前使用的是烯酸甲酯的純溶劑，具有高成本的缺點，不能大規模地應用于現場礦場生產，因此，下一步使用烯酸酯類化學劑配制油溶性的乳液并展開相應的實驗是研究的重點。同時，烯酸酯類化學劑的滲流規律及驅油機理也有待進一步研究。