文慧儉，王兆雪，孫秋爽，李勇霖

（東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶 163318）

三元復合驅油技術是20世紀80年代發展起來的一種石油采油技術，是將堿劑溶液、表面活性劑溶液與聚合物溶液以適當比例混合作為三元復合驅油劑段塞注入油層進行驅油，利用復合驅油劑的加合增效機理，化學協同效應，降低油水界面張力，增加波及效率和驅油效率及提高原油采收率的技術，簡稱ASP.我國的三元復合驅技術尤其是大慶油田，在經過“八五”和“九五”國家重點科技攻關后已走在世界前列.室內和現場試驗的研究結果表明，采用強堿三元復合驅后，可以在水驅開發的基礎上再提高采收率20%以上[1]，展現了該技術的廣闊應用前景.

近年來石油科技工作者在三元復合驅后儲層物化反應及化學機理方面做了大量工作，對三元復合驅液與儲層礦物間作用機理進行了大量研究.2002年唐洪明[2]等人根據三元復合驅體系配方及試驗區的地質條件，對復合驅過程中結垢類型及其結垢能力進行了預測與分析，發現中心井的垢大多來自鉆井液中的微粒，還有一部分來自儲層的顆粒.2003年王賢君[3]等人采用了多種單溶液和復合溶液對不同種類礦物和儲層巖石進行了實驗研究，用以確定在各種水-巖反應條件下垢的形成作用和成垢離子的濾失作用.2006年葛稚新等人[4]通過對新生成礦物的分析說明，堿蝕不僅會使儲層的孔隙結構發生變化，還會形成新的沉積，其中鈣垢先形成，而硅垢后形成，且當NaOH被Na2CO3替代后，礦物的溶蝕程度降低.不過這些研究多以一般化學反應原理來分析復合驅液與儲層礦物反應之間機理，而對于復雜礦物變化特征卻缺少詳細表征，且多以單一影響因素來判斷復合驅液對儲層溶蝕的傷害，缺乏對多元反應體系綜合分析與標識.在三元驅儲層的孔隙結構變化方面的研究比較局限，僅研究物性變化，或沒有進行三元驅前后儲層對比，或只研究了靜態條件下堿對儲層的變化，缺少同儲層物化反應相結合.因此本文通過大量文獻調研，精細表征儲層三元復合驅前后儲層特征變化，為推進三元復合驅大規模工業化推廣和確定三元復合驅后進一步提高采收率技術奠定理論技術.

1 三元復合驅前后儲層成分變化

三元復合驅體系受地層溫度、壓力、pH值及離子組成等因素的影響，不僅與地層中流體混合發生物理化學反應，而且與巖石礦物發生溶蝕反應.三元復合驅前儲層的巖石組成成分包括石英、長石及黏土礦物等，它們均可以與三元復合驅體系中的堿溶液發生不同程度的反應，產生不同現象.

石英為架狀結構的硅質礦物，屬于酸性氧化物，在一般情況下比較穩定，但在堿性介質中，石英會變得不穩定，會發生溶解.因此在三元復合驅后，石英完整的晶形被破壞，顆粒邊界呈鋸齒狀，表面碎屑顆粒增多，呈球粒狀集合體.石英溶蝕的微觀作用機理可以概括為[5]：石英顆粒表面羥基化、溶解產生硅酸鹽離子、動態硅酸鹽平衡體系.石英堿溶后堿電離的容易與空氣中CO2反應生成，導致Si、O元素含量減少，Ca、Mg、Al元素出現且含量顯著，最后生成硅酸垢或硅酸鹽垢[6].

長石是一類含鈣、鈉和鉀的鋁硅酸鹽類礦物.長石溶蝕是從外層逐漸向內層溶蝕.溶蝕前長石表面顆粒、凸起較多、晶體結構明顯，溶蝕后大部分晶體表面未被破壞，但是出現孔洞，表面顆粒、凸起逐漸減少，去棱角化明顯.同時能夠在溶蝕物旁觀察到大量書架狀高嶺石和少量伊利石，在部分喉道處出現次生石英和次生粘土礦物.其中鉀長石堿溶后Al含量變小，溶蝕作用明顯，推測有其他含Al沉淀生成.

黏土礦物微孔發育，不均勻分布于石英、長石粒間，起支撐和膠結作用，且黏土礦物主要包括蒙脫石、高嶺石、伊利石、綠泥石.黏土礦物具有顆粒小，比表面積大的特點，故優先與外來復合驅溶液發生反應.蒙脫石原始結構形態由細鱗片朵狀或花瓣狀或卷曲薄片狀，排列密集整齊.隨著溶蝕作用的增加，鱗片邊緣不齊，層次模糊，蒙脫石組分減少.其實蒙脫石在弱堿溶液中便可發生溶蝕變化，反應液中鋁離子質量濃度先增大,然后急劇下降，而硅離子質量濃度變化不大[7].高嶺石溶蝕前表面粗糙，孔隙結構明顯.被堿溶蝕后，高嶺石表面比溶蝕前平整、細膩、光滑.而且高嶺石只有經過質量濃度高的（12.00g/L）NaOH溶液的浸泡，并且反應時間超過13d時，才能起變化[8].在溶蝕過程中，高嶺石中的元素與溶蝕液中的Na發生交換反應，導致Na元素增多；同時空氣中CO2與溶蝕體系中的鈣鎂在高嶺石中形成碳酸鹽沉積，使C、O元素含量增加；而高嶺石中 Mg、Al、Si、Ca、Ba、K 元素在堿液反應過程中進入到溶蝕液體系，使硅離子溶出量最大，從而使這些元素都降低[9].蒙脫石與堿溶液反應能力比高嶺石反應能力強，且反應后溶液中離子總量高.綠泥石一般在黏土礦物中含量較少，而強堿對儲層巖石的作用確實會生成綠泥石等新礦物[10].

三元復合體系會溶蝕礦物并改變礦物組分比例，同時對黏土礦物種類及質量分數的作用效果不一.三元復合驅后儲層礦物石英成分主要呈增加趨勢，鉀長石成分主要減少，鈉長石增加，蒙脫石、高嶺石、伊利石成分減少，綠泥石成分可能有所增加.研究表明[11]，堿更容易對儲層巖心中黏土礦物發生溶蝕作用，而對石英和長石等骨架成分溶蝕作用較弱.因此，巖石中主要礦物溶蝕順序是蒙脫石、高嶺石、伊利石、長石、石英.總之，三元復合驅后石英、長石和黏土礦物大量溶蝕，部分喉道處出現次生礦物，形成碳酸鹽垢、硅酸鹽垢、氫氧化物垢、硫酸鹽垢等垢質沉淀.

2 三元復合驅前后孔隙結構變化

在巖石內部結構中，孔隙大小反映巖石儲集能力，而喉道的形狀、大小、孔喉比等描述的是介質對流體儲集和滲透能力.隨著三元復合驅溶液注入地下，砂巖儲層的孔隙空間受到化學藥劑的沖刷，孔隙形狀、結構及泥質成分發生了變化.

何金鋼[12]等人采用常規壓汞實驗將研究區孔隙結構劃分為低排驅壓力-粗喉道型、中排驅壓力-中喉道型、高排驅壓力-細喉道型三類.運用恒速壓汞技術，對比儲層巖心三元復合驅前后孔喉結構參數變化程度可以看出，強堿三元復合驅后喉道半徑和孔隙半徑平均值均較水驅有所下降，且孔隙半徑下降幅度要小于喉道半徑下降幅度，所以與水驅的孔喉半徑比相比，強堿三元復合驅后孔喉半徑比有所增加，這也說明在使用強堿三元復合驅后，因為孔喉結構參數變差可能導致殘余油無法驅替，使其最終含油飽和度較低，最終含油飽和度系數較小.

不僅強堿三元復合驅會使儲層孔隙結構發生變化，弱堿三元復合驅也會引起儲層孔隙結構的變化.且弱堿三元體系不僅可以降低界面張力，而且能夠解決堿對聚合物濃度降低及粘彈性降低等問題.夏惠芬[13]等人通過弱堿三元復合體系的滲流實驗、常規壓汞實驗和掃描電鏡實驗，發現弱堿三元復合體系對巖心的溶蝕作用并不強烈，但還是會使小孔道半徑變大，從而導致小孔道數量減少，大孔道數量增加，而使整體巖心的滲透率稍微增大.弱堿三元復合驅前巖石致密，孔隙較小且比較均勻；而弱堿三元復合驅后，出現斑駁狀凸起，孔隙發育比較明顯，巖石上有可動碎屑附著.

三元復合驅前后微觀孔隙結構變化對測井響應特征也具有一定的影響，胡碩[14]便利用壓汞曲線、薄片分析等檢測方法，分析了同井場密閉取心井的微觀孔隙結構及地下流體性質變化，進而開展了不同類型測井曲線在三元復合驅儲層和水驅儲層中的測井響應變化研究.結果表明：三元復合驅儲層后，儲層的微觀孔隙結構發生明顯改變，粘土礦物增加，粒度中值變小，雖然顆粒表面去棱角化明顯，粘土礦物大量溶蝕，但垢質沉淀堵塞孔隙，儲層整體孔隙度變化不大.

3 三元復合驅前后孔隙結構變化規律

在實際生產過程中，為查明剩余油分布，指導設計提高采收率方案而對孔喉結構變化規律進行重點研究；此外，精細表征孔隙結構變化規律也是快速、經濟、有效開發低滲、低孔油氣資源方面的技術支撐，為實現油田增產提供支持.

在三元復合驅的作用下，一方面儲層礦物會與堿液反應，形成各種沉淀，使部分小孔喉堵塞；另一方面部分黏土礦物或巖石礦物碎片隨復合驅液遷移，使大孔喉有一定程度的增大.整體上看，三元復合驅前后孔隙結構具有以下變化規律：強堿三元復合驅后儲層物性變差，孔隙度下降，滲透率下降，粒徑中值減小，泥質含量增加，分選變差，孔隙結構也相應發生變化；三元復合驅后巖石骨架的顆粒碎散、孔隙變大、孔徑變大；三元復合驅后小孔隙所占比例下降；三元復合驅后微觀孔隙結構發生變化.

不過，不同地區的實際地層在沉積過程中，由于不同的水動力驅動和物源供給的影響，使巖石的顆粒大小、分選、組成成分及礦物發育程度都有明顯的差異，并且在后期各種成巖作用和變質作用會進一步改造沉積物原始的孔隙，從而產生復雜多變的儲層孔隙結構.因此不同地區三元復合驅后儲層孔隙結構變化程度不同，要根據實際地區情況進行研究分析.

4 結論及發展趨勢

本文根據大量的文獻調研,通過對三元復合驅前后儲層孔隙結構變化及其變化規律的分析，發現主要是由于三元復合驅中堿液溶蝕石英、長石等礦物，形成結垢，造成孔喉結構發生變化，堵塞孔喉.因此接下來三元復合驅及表征儲層孔隙結構的發展趨勢可以概括為以下幾個方向：第一，納米技術在油田中的應用，包括納米分子膜驅油試劑的研制和納米表征技術在油田儲層微觀孔隙結構表征上的應用；第二，微米或亞微米孔隙結構的表征，在實際油田中微米或亞微米級別的孔隙才是主要影響評價儲層產能的孔隙，因此它們的表征對儲層滲流影響重大，尤其是孔隙－巖石界面的形態，包括曲率大小，粗糙程度等；第三，開發過程中儲層異常現象的解釋，儲層孔隙結構特征影響著儲層潛能，但實際開發中驅油效率與滲透率之間關系吻合度差,甚至出現反比異常現象，而目前針對此類異常尚無合理解釋；第四，在研究過程中需要探究降低三元復合驅成本的技術方法及耐堿聚合物，因為在三元復合驅中所使用的表面活性劑及聚合物的成本較高，且聚合物耐堿性能較弱.