一種納米硅型微乳液對(duì)低滲透油藏降壓增注適應(yīng)性研究

吳宇航， 龔 輝， 夏康杰， 張 靜， 王春燕， 文守成

(1長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院 2中國(guó)石油華北油田分公司第三采油廠 3成都理工大學(xué)能源學(xué)院)

某油藏儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度、滲透率低，連通性差，基質(zhì)注水困難。最小孔隙度7%，最大孔隙度17.2%,平均孔隙度11.5%，平均滲透率為0.45 mD，屬于低孔特低滲儲(chǔ)層。儲(chǔ)層大裂縫發(fā)育或存在大量人造裂縫，水竄嚴(yán)重，基質(zhì)動(dòng)用儲(chǔ)量低[1-2]。儲(chǔ)層巖石表面屬于弱親水-親水性，殘余油飽和度高，嚴(yán)重堵塞注水滲流通道[3]。

國(guó)內(nèi)外目前針對(duì)低滲透油藏降壓增注所采用化學(xué)手段主要是活性水驅(qū)或者單一微乳液體系[4]。微乳液相較于活性水有著更好的熱力學(xué)穩(wěn)定體系，粒徑在10～100 nm之間，容易通過(guò)滲流通道，并且具有超低界面張力[5]。其次微乳液有良好的增溶、潤(rùn)濕和滲透的能力[6]。而納米硅有著很高的表面能，進(jìn)入地層后易吸附在巖石孔隙表面并將表面水膜清除，從而有效地?cái)U(kuò)大滲流孔徑[7]。因此選擇將納米硅與微乳液配置成納米硅型微乳液體系，對(duì)低滲透油藏地層孔隙改造起到重要作用。

本文篩選不同的納米硅微乳液體系，以界面張力、增溶性和抗溫抗鹽性為指標(biāo)[8]，選出適用于某致密儲(chǔ)層的納米硅微乳液體系。通過(guò)室內(nèi)天然巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)得出最佳的注入濃度以及注入量。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1. 實(shí)驗(yàn)儀器

MS12001L/02電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)；J-HH-4A恒溫水浴鍋(上海皓莊儀器有限公司)；TX-500C旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀(美國(guó)CMG公司)；HKY-1型多功能巖心驅(qū)替裝置(江蘇海安石油科技儀器有限公司)；抽真空飽和巖心裝置(江蘇海安石油科技儀器有限公司)等。

2. 實(shí)驗(yàn)藥品

實(shí)驗(yàn)室按Schulman法[9-10]，自制3種納米硅型微乳液體系；將現(xiàn)場(chǎng)原油與煤油進(jìn)行調(diào)配，配置出實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所用模擬油，模擬油密度為0.82 g/cm3，黏度(70℃)為3.73 mPa·s；蒸餾水，導(dǎo)電率小于5 μs/cm；模擬地層水，礦化度為49 712.6 mg/L；1%KCl溶液以及地表水。

二、結(jié)果與討論

1. 抗鹽性能評(píng)價(jià)

分別用礦化度為49 712.6 mg/L的模擬地層水配制濃度為10%的3種微乳液。然后將不同體系的微乳液用礦化度為49 712.6 mg/L的模擬地層水稀釋(納米硅微乳液∶模擬地層水=1∶1、3、5、7、9)，置于常溫環(huán)境中24 h，觀察看出3種納米硅微乳液體系均保持穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，說(shuō)明抗鹽性能符合要求。

2. 界面張力測(cè)試

在常溫條件下使用TX-500C旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀對(duì)3種納米硅微乳液體系(濃度為10%)的界面張力進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)測(cè)定納米硅微乳液液滴的長(zhǎng)、寬以及微乳液與原油的密度差以及旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，計(jì)算出納米硅微乳液與原油的界面張力。通過(guò)多次測(cè)量3種納米硅微乳液體系與原油界面張力，結(jié)果見(jiàn)表1。可以看出3種體系都能夠?qū)⒂退缑鎻埩ο陆祪蓚€(gè)數(shù)量級(jí)，其中WSC-1體系界面張力最小值能夠達(dá)到0.029 3 mN/m。

表1 界面張力測(cè)試

3. 抗溫性能評(píng)價(jià)

將3種微乳液體系用模擬地層水稀釋(納米硅微乳液∶模擬地層水=1∶1、3、5、7、9)，置于70℃水浴鍋中24 h，觀察其是否發(fā)生破乳現(xiàn)象。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出WSC-EM在70℃下抗溫性能不達(dá)標(biāo)，發(fā)生破乳的現(xiàn)象，其余兩種體系均保持澄清透明的狀態(tài)，抗溫性能良好。

4. 增溶性能評(píng)價(jià)

將30 mL納米硅微乳液(濃度為10%)與30 mL原油加入具塞量筒中置于70℃水浴鍋中24 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 增溶性能測(cè)試

從表2看出3種體系都有一定的增溶作用，其中WSC-1體系能夠增溶4 mL的原油。微乳液的增溶作用實(shí)際上是膠束對(duì)不溶于水的油相的增溶作用。WSC-1微乳液體系是水外相微乳液，當(dāng)微乳液與油水接觸后，其外相的水可以與水互溶，而微乳液中的膠束與原油互溶，達(dá)到增溶洗油的目的，實(shí)驗(yàn)說(shuō)明納米硅微乳液進(jìn)入地層不會(huì)產(chǎn)生乳液堵塞的情況。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，最終選擇納米硅微乳液體系WSC-1： 13%AP6+4%聚氧乙烯表面活性劑+4%石油磺酸鹽+4%低碳醇+6%油相+69%鹽溶液+0.5%抗溫藥劑+0.3%納米硅材料。

5． 室內(nèi)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

5.1 不同稀釋溶劑對(duì)巖心驅(qū)替降壓效果的影響

天然巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)步驟：①巖心飽和模擬油，在70℃恒溫箱內(nèi)，用模擬油以0.05 mL/min的流速驅(qū)替至巖心末端不再出水后停止驅(qū)替；②巖心驅(qū)替至殘余油狀態(tài)，用礦化度為49 712.6 mg/L的模擬地層水以恒定流速 0.05 mL/min對(duì)巖心進(jìn)行驅(qū)替，直到巖心末端驅(qū)出液含水率達(dá)到 98%時(shí)停止驅(qū)替，計(jì)算水驅(qū)采收率；③分別注入不同溶劑稀釋、不同濃度、不同注入量的微乳液，考察注水壓力下降情況。由于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)出水處理不達(dá)標(biāo)，注水用水為地表水，因此需要評(píng)價(jià)不同的稀釋溶劑對(duì)納米硅微乳液降壓效果的影響。本實(shí)驗(yàn)分別使用模擬地層水、1%KCl溶液和地表水將WSC-1納米硅微乳液體系濃度稀釋為10%，巖心注入體積為5 PV，降壓結(jié)果如表3所示。

表3 不同稀釋溶劑對(duì)降壓效果的影響

從表3中可以看出納米硅微乳液采用不同的稀釋溶劑，都使巖心的水驅(qū)壓力有不同程度的下降，這是因?yàn)樽⑷氲募{米硅微乳液體系具有超低界面張力，當(dāng)納米硅微乳液進(jìn)入巖心孔喉后，此時(shí)是一種混相驅(qū)油狀態(tài)，油水之間基本不存在界面，因此也就降低了油水界面張力，并且將巖石從油潤(rùn)濕逐漸變?yōu)樗疂?rùn)濕，增加了原油對(duì)巖石表面的潤(rùn)濕角，所以將原油液滴從巖石表面拉開(kāi)所需的黏附功就大大的減少，洗油能力就會(huì)提高，改善了地層高殘余油飽和度的狀態(tài)。低滲油藏一般親水，毛管力是水驅(qū)油的動(dòng)力，由于低滲巖心孔隙小，孔隙分布不均勻，因此大小孔隙中毛管力相差很大，注入水很容易將油流截?cái)?，造成注水壓力不斷升高。納米硅微乳液降低了油水的界面張力，從而降低了毛管力，使大小不同的孔隙中的油水界面均勻向前推進(jìn)，水驅(qū)過(guò)后沒(méi)有留下過(guò)多的殘余油，因此注入壓力會(huì)逐漸降低。另一方面，由于納米硅微乳液具有親水基和親油基兩種基團(tuán)，能夠吸附于巖石表面上，降低固液界面能[11-12]。因此，納米硅微乳液可以將巖石表面由親油向親水轉(zhuǎn)變，使巖石的水濕程度進(jìn)一步增強(qiáng)，被啟動(dòng)的原油不易被再次吸附，起到降壓增注作用。

圖1 1%KCl配納米硅微乳液驅(qū)替壓力隨注入體積變化

圖1所示的巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)是先用1%KCl溶液驅(qū)替至殘余油狀態(tài)，然后使用1%KCl溶液稀釋納米硅微乳液至10%濃度，繼續(xù)用1%KCl溶液驅(qū)替考察壓力下降情況，再用地表水進(jìn)行驅(qū)替考察同一巖心是否會(huì)發(fā)生黏土水化膨脹現(xiàn)象。通過(guò)圖1可以看出巖心使用1%KCl溶液驅(qū)替后轉(zhuǎn)為地表水驅(qū)替，驅(qū)替壓力逐漸增大，說(shuō)明KCl溶液起到了穩(wěn)定黏土的作用。而轉(zhuǎn)為地表水驅(qū)替后，地表水對(duì)KCl產(chǎn)生了一定的洗脫作用，降低了KCl溶液對(duì)黏土穩(wěn)定的長(zhǎng)效性，導(dǎo)致驅(qū)替壓力增大。圖2所示為地表水配納米硅微乳液后續(xù)用地表水進(jìn)行驅(qū)替，可以看出后續(xù)水驅(qū)的壓力相較于殘余油水驅(qū)壓力低一些，但是降低幅度不大。圖3所示為采用模擬地層水配置的納米硅微乳液，模擬地層水與天然巖心配伍性最好，因此在驅(qū)替30 PV后，壓力降低幅度可以到56%。

圖2 地表水配納米硅微乳液驅(qū)替壓力隨注入體積變化

5.2 不同濃度納米硅微乳液對(duì)巖心驅(qū)替降壓效果的影響

使用1%KCl溶液將納米硅微乳液稀釋為10%、5%、1%三種濃度，降壓率結(jié)果見(jiàn)表4所示?？梢钥闯鲭S著納米硅微乳液體系濃度的降低，降壓率也隨之降低。納米硅微乳液濃度為1%、注入量為5 PV時(shí)降壓率能夠達(dá)到41%。

圖3 地層水配納米硅微乳液驅(qū)替壓力隨注入體積變化表4 納米硅微乳液濃度對(duì)降壓效果影響

巖心編號(hào)水測(cè)滲透率/mD孔隙體積/cm3納米硅微乳液濃度降壓率C9-130.3165.1710%52%C9-60.3355.265%47%C9-70.3295.201%41%

5.3 不同注入量的納米硅微乳液對(duì)巖心驅(qū)替降壓效果的影響

用1%KCl溶液作為溶劑配制濃度為1%的納米硅微乳液，納米硅微乳液的注入量對(duì)水驅(qū)壓力的影響見(jiàn)表5所示。當(dāng)納米硅微乳液濃度相同時(shí)，隨著注入量的減少，降壓率也減小，當(dāng)注入1 PV的1%濃度的納米硅微乳液體系時(shí)，降壓率能夠達(dá)到31%，既滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，也可以控制成本。

表5 納米硅微乳液注入量對(duì)降壓效果的影響

三、結(jié)論

(1)優(yōu)選的納米硅微乳液體系具有良好的抗鹽性、抗溫性以及增溶性能，界面張力最低達(dá)到0.029 3 mN/m。

(2)巖心水驅(qū)降壓率隨著體系的濃度和注入量的降低而降低，在濃度為1%、注入量為1 PV時(shí)可達(dá)30%以上，可以看出納米硅微乳液對(duì)低滲透油藏有著較好的適用前景。

(3)地表水對(duì)注入壓力有一定的影響，應(yīng)用到油田現(xiàn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)周期性注入黏土防膨劑來(lái)降低黏土膨脹對(duì)地層帶來(lái)的傷害。