巖心模擬驅(qū)油室內(nèi)試驗(yàn)及效果分析

周春玲，朱趁安，潘謙宏，呂俊華

（西安長慶化工集團(tuán)有限公司，陜西西安 710018）

隨著地下原油的不斷開采，致使地層能量不足，通過向地下注水或注氣彌補(bǔ)采油的虧空體積，保持地層壓力，增補(bǔ)地層能量進(jìn)行采油，針對未能采出的殘余油和剩余油采用向地層注入其他工作劑或引入其他能量的方法，稱為三次采油。采用化學(xué)劑驅(qū)油是在注水達(dá)到經(jīng)濟(jì)極限后所采用的提高采收率的方法，為了更好地模擬化學(xué)劑地下驅(qū)油情況，進(jìn)行室內(nèi)巖心物理模擬驅(qū)油試驗(yàn)，模擬地層驅(qū)油情況，使用化學(xué)劑來改變水的波及面積、降低與巖石的界面張力及一定的乳化洗油性等達(dá)到驅(qū)油效果，為長慶油田提高原油采收率提供依據(jù)[1]。

1 模擬驅(qū)油試驗(yàn)機(jī)理

毛細(xì)管力由阻力變?yōu)轵?qū)油動(dòng)力，這是復(fù)合驅(qū)驅(qū)替小孔道柱狀殘余油和簇狀殘余油的主要機(jī)理。

室內(nèi)模擬地下原油開采情況，采用天然巖心，在一定的溫度和壓力下將夾持器內(nèi)巖心用HA-Ⅱ型綜合驅(qū)油試驗(yàn)裝置進(jìn)行巖心飽和油、水驅(qū)油、化學(xué)劑驅(qū)油的驅(qū)替試驗(yàn)，在水驅(qū)油驅(qū)不出的情況下，改為油田化學(xué)劑驅(qū)油，計(jì)量驅(qū)出油的體積量，計(jì)算最終采收率。

1.1 油田化學(xué)劑中表面活性劑的驅(qū)油機(jī)理

表面活性劑吸附在油水界面上，降低油水界面張力，從而減小了油珠通過狹窄孔道移動(dòng)時(shí)界面變形所需的功，降低原油的流動(dòng)阻力，將巖石中的殘余油驅(qū)出來；改變巖石的潤濕性，使砂巖的親水轉(zhuǎn)化為親油；乳化作用，形成微乳液，使不流動(dòng)的油能夠流動(dòng)或?qū)⒃诘貙又蟹稚⒌挠途奂纬梢桓吆惋柡蛶В瑢⑺?qū)殘留下來的油開采出來。

1.2 油田化學(xué)劑中聚合物的驅(qū)油機(jī)理

提高注入水的黏度，擴(kuò)大注入水的波及體積，聚合物擴(kuò)大了波及體積，聚合物溶液進(jìn)入到了前期注入水未波及到的油層部位；降低了水油流度比，聚合物溶于水增加了水的黏度，聚合物吸附或滯留在油層孔隙中降低了水相滲透率，使水的流度大幅度下降，而聚合物不溶于油，對油的黏度幾乎沒有影響，由于油滴等在聚合物前緣聚集，油相滲透率增加，油的流度加大，水油流度比大幅度降低，既提高了平面波及效率，又克服了注入水的“指進(jìn)”，還提高了垂向波及效率，增加了吸水厚度，體積波及效率（宏觀波及效率）提高。

1.3 油田化學(xué)劑中起泡劑的驅(qū)油機(jī)理

起泡劑中的泡沫降低水相、氣相的相對滲透率，因而能改善或提高水驅(qū)或氣驅(qū)的原油采收率；另外泡沫的調(diào)剖作用，能夠堵水不堵油。

1.4 油田化學(xué)劑中復(fù)合聚表二元液的驅(qū)油機(jī)理

復(fù)合聚表二元液驅(qū)油體系降低油水界面張力、接觸角，從而引起的毛細(xì)管力和黏附力大大降低，甚至使

2 驅(qū)替試驗(yàn)過程

巖心飽和水-飽和油-水驅(qū)油-驅(qū)油劑驅(qū)油。

2.1 試驗(yàn)設(shè)備及流程

（見圖1）

2.2 巖心準(zhǔn)備

將現(xiàn)場取來的天然巖心用巖心鉆取機(jī)進(jìn)行鉆取，鉆為直徑為2.5 cm的圓柱，用臺式切片機(jī)切割圓柱狀的巖心兩頭，切割平整后用超聲波巖心自動(dòng)洗油儀進(jìn)行洗油處理，再將標(biāo)好記號的巖心放入105℃的烘箱中干燥8 h，冷卻后稱取巖心質(zhì)量M巖心，用游標(biāo)卡尺測量巖心的直徑D及長度L，計(jì)算巖心體積

2.3 氣測巖心滲透率

將巖心放入夾持器中，通氮?dú)鉁y得巖心在一定的壓力下氣體體積流量，計(jì)算得巖樣的氣測滲透率：

在測定中，需要恒定進(jìn)出口壓力，且要保證氣體流速不能過快，記錄進(jìn)出口壓力，并用秒表記下在恒定壓力下，氣泡流動(dòng)的體積毫升量所用的時(shí)間。

2.4 巖心抽真空飽和地層水及在驅(qū)替裝置內(nèi)飽和水

將巖心放入加滿地層水的容器中，密封容器，抽真空2 h以上，將飽和了地層水的巖心稱重M巖心+水，計(jì)算飽和樣品的孔隙體積：

計(jì)算孔隙度：

在驅(qū)替裝置的盛水活塞中加入同上的地層水，先用平流泵打地層水預(yù)洗管線，放空，將飽和地層水的巖心放入裝置中的夾持器內(nèi)，打開環(huán)壓，模擬地層溫度恒溫2 h，用地層水驅(qū)替飽和，取出浸入同溫度有地層水的瓶內(nèi)。

2.5 巖心飽和油及飽和油老化

在驅(qū)替裝置的盛油活塞中加入模擬油（如脫水原油+脫水煤油，3：2或其他比，或加變壓器油，按黏度要求配制為現(xiàn)場區(qū)塊原油黏度2.35 mPa·s），用平流泵打模擬油排出管線內(nèi)地層水，放空，再將巖心裝入裝置中的夾持器內(nèi)，打環(huán)壓，模擬地層溫度恒溫2 h用模擬油驅(qū)替，準(zhǔn)確記錄驅(qū)出地層水的體積毫升數(shù)V水，直至驅(qū)不出水為止，一般驅(qū)出情況：V水≥70%V孔，V飽和油=V水。

將已飽和油的巖心從夾持器中取出，放入裝有模擬油的容器中浸沒，在驅(qū)替裝置中恒溫（50℃）放置兩天以上。

2.6 管線清洗

用平流泵打裝有二元液（表面活性劑+聚合物）的活塞容器，排出管線內(nèi)的模擬油，至無油流出為止，再用注入水清洗管線，至無二元液流出為止。

2.7 水驅(qū)油及化學(xué)劑驅(qū)油

將老化飽和油的巖心裝入裝置中的夾持器中（用濾紙快速輕輕滾掉巖心外壁粘的多余油），在裝置內(nèi)恒溫，用現(xiàn)場注入水驅(qū)替巖心中的模擬油，直至驅(qū)出含水大于98%以上，一般驅(qū)出液為15倍PV時(shí)停止驅(qū)替，記錄驅(qū)出注入水的用量，并準(zhǔn)確記錄驅(qū)出油的體積毫升數(shù)V水驅(qū)油，計(jì)算水驅(qū)油的原油采收率

由注入水改為化學(xué)劑繼續(xù)驅(qū)替巖心中的剩余模擬油，后續(xù)驅(qū)出液為15倍PV時(shí)停止驅(qū)替，準(zhǔn)確記錄驅(qū)出油的體積毫升數(shù)V化學(xué)劑驅(qū)，計(jì)算化學(xué)劑驅(qū)油的原油采收率即提高采收率：

3 室內(nèi)試驗(yàn)

3.1 巖心選取

巖心尺寸大小對驅(qū)替效果有影響，尺寸過小，驅(qū)油數(shù)據(jù)小，驅(qū)替效果不明顯，反映不了效果，尺寸過長，驅(qū)替不易驅(qū)得動(dòng)，影響驅(qū)油結(jié)果，所以室內(nèi)用直徑2.5 cm左右夾持器時(shí)，巖心長度一般是2.8 cm～6 cm較適宜。

巖心滲透率大小對驅(qū)替試驗(yàn)效果有影響，若巖心滲透率大，水驅(qū)效果好，則無需采用化學(xué)驅(qū)，若滲透率過低則原油采收率過低，則無法計(jì)量出驅(qū)替效果，因此分別選用了以下尺寸及滲透率的巖心，北三區(qū)天然油井巖心進(jìn)行試驗(yàn)。選取長慶油田北三區(qū)天然巖心數(shù)據(jù)（見表 1）。

3.2 制備北三區(qū)模擬油

根據(jù)北三區(qū)現(xiàn)場區(qū)塊原油性狀，配制模擬油500 mL，脫水原油+脫水煤油，3：2或其他比，或加變壓器油，按黏度要求配制為現(xiàn)場區(qū)塊原油黏度2.35 mPa·s，測定黏度后待用。

3.3 配制化學(xué)劑溶液

用Ⅲ型鹽水分別配制驅(qū)油用化學(xué)劑溶液：（1）配制濃度為0.3%磺酸鹽表面活性劑溶液；（2）配制濃度為0.3%驅(qū)油用聚合物溶液；（3）配制濃度為0.3%的驅(qū)油用起泡劑溶液；（4）配制聚表二元液：0.15%的驅(qū)油用聚合物+0.15%的驅(qū)油用磺酸鹽表面活性劑溶液。

3.4 化學(xué)劑驅(qū)油

當(dāng)水驅(qū)按15倍PV孔隙體積驅(qū)替后，觀察已再驅(qū)不出油后，關(guān)閉水驅(qū)閥門，打開驅(qū)油劑活塞容器閥門，更換計(jì)量管，開始化學(xué)劑（驅(qū)油用磺酸鹽表面活性劑溶液、聚合物溶液、起泡劑溶液、聚表二元液）驅(qū)油，一般以0.2～0.4倍PV孔隙體積驅(qū)替，后續(xù)改為水驅(qū)，記錄驅(qū)出驅(qū)油劑的用量，并準(zhǔn)確記錄驅(qū)出油的體積毫升數(shù)V，計(jì)算化學(xué)劑驅(qū)油的原油采收率即驅(qū)油劑驅(qū)提高采收率幅度為注入化學(xué)劑和后續(xù)水驅(qū)所驅(qū)替出的原油體積與總含油體積的比值，各化學(xué)劑驅(qū)油結(jié)果（見表2）。

表1 巖心尺寸及滲透率數(shù)據(jù)

表2 化學(xué)劑驅(qū)油結(jié)果

4 油田化學(xué)劑在巖心模擬驅(qū)油中的效果分析

4.1 表面活性劑驅(qū)油效果

由表2結(jié)果可知，用同一塊巖心8-1，表面活性劑巖心驅(qū)油，兩次結(jié)果分別是：

兩次驅(qū)油效果平均值為21.2%。

用另一塊巖心8-5，用表面活性劑巖心驅(qū)油，兩次結(jié)果分別是21.2%、18.8%，兩次驅(qū)油效果平均值為20.0%。

四次驅(qū)油效果平均值為20.6%。

4.2 聚合物驅(qū)油效果

同理用同一塊巖心8-3重復(fù)使用，聚合物巖心驅(qū)油兩次，結(jié)果分別是20.4%、22.2%，兩次驅(qū)油效果平均值為21.3%。

4.3 起泡劑驅(qū)油效果

用同一塊巖心8-2重復(fù)使用，起泡劑巖心驅(qū)油兩次，結(jié)果分別是21.2%、20.0%，兩次驅(qū)油效果平均值為20.6%。

4.4 聚表二元液驅(qū)油效果

用同一塊巖心8-4重復(fù)使用，聚表二元液巖心驅(qū)油兩次，結(jié)果分別是25.9%、21.8%，兩次驅(qū)油效果平均值為23.9%。

4.5 驅(qū)油效果對比分析

由上面結(jié)果可知，化學(xué)劑驅(qū)油均有一定效果，可見使用化學(xué)劑能提高原油采收率。驅(qū)油結(jié)果對比（見表3）。

從表3中可知聚表二元液相對驅(qū)替效果高出3%左右，聚表二元液復(fù)合驅(qū)油劑能將剩余油帶走驅(qū)出，微觀驅(qū)油圖（見圖2）。為描述巖石中滯留的油在替驅(qū)液驅(qū)替過程中的運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，F(xiàn)oster等人（1973年）提出了毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)的概念：

式中：NC-毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)，無量綱；V-驅(qū)替液驅(qū)替速度，mL/s；φ-孔隙度；μW-驅(qū)替液的黏度，mPa·s；row-油水界面張力，mN/m。

研究證明，增加毛細(xì)管數(shù)（NC）將顯著地降低殘余油飽和度。提高NC的方法有三個(gè)：即增加驅(qū)替液速度V，增加驅(qū)替液黏度μW或降低油水界面張力row，通過在水中添加化學(xué)劑降低油/水界面張力是獲得高毛細(xì)管數(shù)（NC）的有效途徑。通常的油/水界面張力約30 mN/m，若降至超低界面張力（＜10-2mN/m），則毛細(xì)管數(shù)（NC）大大增加。

表3 驅(qū)替試驗(yàn)結(jié)果對比

圖2 水驅(qū)后簇狀殘余油被復(fù)合驅(qū)驅(qū)替

試驗(yàn)證明所用的驅(qū)油劑驅(qū)油效率與毛細(xì)管數(shù)理論相適應(yīng)，即增加驅(qū)替液黏度或降低油水界面張力提高毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)提高采收率。總結(jié)如下：

（1）當(dāng)水驅(qū)驅(qū)不出原油時(shí)，用驅(qū)油用化學(xué)劑能將巖心內(nèi)的剩余油驅(qū)出，驅(qū)油用化學(xué)劑提高了原油的采收率。

（2）4種驅(qū)油劑：表面活性劑、聚合物、起泡劑、聚合物與表面活性劑復(fù)合二元液在巖心驅(qū)油效能上相比較，聚表二元液略微更好，生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際可從巖心性質(zhì)及驅(qū)油劑成本或經(jīng)濟(jì)效益上對比選擇。

5 結(jié)論

通過以上巖心驅(qū)油試驗(yàn)，驅(qū)油劑驅(qū)油效果對比可

［1］張玄奇.石油工程實(shí)驗(yàn)教程［M］.西安：西北大學(xué)出版社，2001.