高溫油藏表面活性劑乳化驅油體系研究

李 輝

（中國石油大港油田采油工藝研究院，天津 300280）

大港油田經過多年的注水開發，剩余油高度分散，單純依靠加密井網等措施很難將剩余油挖潛，三次采油化學驅油技術作為一項依靠注入化學介質提高采收率的手段發揮了舉足輕重的作用。大港油田中北部常規油藏已經形成了以化學驅技術為主導的三次采油模式，南部高溫高鹽油藏也研究實驗了聚/表二元驅油技術，但是目前應用的技術針對的是中高滲儲層，溫度＜90 ℃的油藏，而對于高溫油藏（溫度＞90 ℃），尚無成型的化學驅技術可借鑒應用，基于此，以大港油田官104 斷塊為工程依托，開發出一套適用于中低滲、高溫儲層的表面活性劑乳化驅體系。該體系依靠表面活性劑自身的乳化能力將油水兩相自動混合形成油包水乳狀液，達到乳化增黏目的[1-3]，同時由于表面活性劑可將油水界面張力降低至超低10-2mN/m 數量級，固具有擴大波及體積以及提高驅油效率的雙重功效。且開發的表面活性劑體系克服了高溫（溫度＞90 ℃）、高鹽（礦化度＞20 000 mg/L）、高鈣鎂（鈣鎂離子含量＞400 mg/L）的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品及儀器

藥品：OS-1；OS-2；OS-3；大港油田官104 斷塊注入水，大港油田官72-22 井脫水原油。

儀器：TX-500 系列界面張力儀、UV1800 紫外/可見分光光度計、電子天平、恒溫箱、驅油裝置、流變儀、HARKE-SPCA 接觸角測定儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 乳化測試 將0.3 %表面活性劑體系和原油按一定油水比配制后置于104 ℃恒溫箱中加熱1 h，使溶液溫度達到104 ℃。然后將混合液倒入放置在油浴鍋（95 ℃）的燒杯中，用機械攪拌器在轉速為400 r/min 下攪拌2 h，隨后觀察乳化情況，并在104 ℃下測試乳液黏度。

1.2.2 界面張力測試 參照標準SY/T 5370-1999 表面及界面張力測定方法。

1.2.3 潤濕性測試 用官104 注入水配制不同濃度的表面活性劑溶液，并將親水/親油載玻片浸于其中，在油藏溫度104 ℃下放置。放置48 h 后取出載玻片，并在室溫條件下用HARKE-SPCA 接觸角測定儀測出載玻片/油藏原油/油藏注入水的三相接觸角。

1.2.4 驅油特性測試 實驗采用三層人造非均質巖心；油為官104 油藏脫氣原油；驅油體系為0.3 %的表面活性劑溶液；表面活性劑的注入量為0.3 PV；實驗用水為官104 油藏注入水。

實驗步驟：（1）巖心干燥及飽和水：巖心在100 ℃下干燥12 h 后，抽真空飽和注入水4 h，取出巖心，稱量飽和水后巖心的質量，計算巖心的孔隙體積和孔隙度；（2）巖心滲透率的測定及飽和油：開啟烘箱，設置溫度為104 ℃，恒溫4 h 后，把巖心放入巖心夾持器，保持環壓大于注入壓力3 MPa～4 MPa，以2 mL/min 的速度向巖心中注入官104 注入水，測量巖心滲透率。以0.5 mL/min 的速度向巖心中注入原油，計量巖心出口排出的水量，根據水體積計算含油飽和度；（3）水驅：以3 m/d 的速度進行水驅，同時記錄巖心入口壓力和采出油量，水驅至巖心出口含水率為98 %；（4）表面活性劑驅： 水驅含水達到98 %后注入0.3 PV 表面活性劑溶液，注入速度3 m/d，再轉注后續水驅，至經濟極限含水率98 %時停止實驗。記錄整個過程的壓力，計算含水率及采收率，實驗流程圖（見圖1）。

2 結果與討論

2.1 乳化表面活性劑的優化

為了提高驅替相黏度，實現W/O 乳化液驅油，表面活性劑需要具有良好的油包水乳化性能。為了增加親油基與原油相容性，根據相似相溶原理，初步選擇疏水鏈碳數在13～18 的陰-非離子型表面活性劑和陰離子表面活性劑進行復配，同時復加一定量的表面活性助劑，形成3 種表面活性劑體系OS-1、OS-2 和OS-3，3 種表面活性劑乳化性能以及降低界面張力能力（見圖2、圖3）。由實驗結果可知0.3 %的表面活性劑體系溶液與一定量油樣（含水率60 %）混合后機械攪拌形成乳狀液，且OS-3 表面活性劑體系乳化性能最好，乳液相達到了總液量的100 %。OS-3 表面活性劑體系在油藏條件下可以將油水界面張力降低至10-2mN/m 數量級，OS-1 和OS-2 表面活性劑體系能夠將油水界面張力降低至10-1mN/m 數量級，OS-3 降低界面張力性能明顯優于其他2 種表面活性劑，表現出與原油及注入水良好的配伍性。優選OS-3 作為乳化驅油體系用表面活性劑。

圖1 表面活性劑驅油實驗流程圖

圖2 不同體系的乳化情況（含水率60 %）

圖3 不同體系動態界面張力曲線

2.2 乳化性能

OS-3 濃度為0.3 %時，不同含水率條件下形成的乳化液黏度（見圖4）。當含水率不高于70 %時，隨著含水率的增加，乳化液黏度增加，在含水率為70 %時達到最大值，乳化液黏度為308.9 mPa·s。在含水率不高于70 %條件，OS-3 溶液體系與油樣形成整體的W/O乳化液，黏度高于原油黏度，這個可由經典的Einstein黏度公式[4]（式1）解釋，乳液黏度與分散相及外相黏度關系密切，當內相為水時，隨著水相體積分數的增加，乳液黏度增加。但當含水率超過70 %后，隨著含水率的增加，形成乳化液的黏度降低，OS-3 溶液體系與油樣沒有形成整體的乳化液，在實驗瓶的底部析出水相。

其中：ηo-外相黏度；φ-內相體積分數；h-與乳液類型相關的體積因子。

2.3 潤濕性

不同表面活性劑濃度下，OS-3 對巖石潤濕性改善的性能（見圖5）。由圖5 可以看出，隨著表面活性劑濃度的增加，親油表面上吸附的表面活性劑分子數量增加，表面活性劑的親水頭基使親油表面變得更加親水，潤濕性發生反轉，載玻片由親油性變為親水性，這一作用使原油在注入流體沖刷孔隙的過程中易于剝落和流動而被驅替出來，提高驅油效率[5]。

圖4 含水率與乳液黏度關系曲線

圖5 不同表面活性劑濃度下的潤濕性

2.4 驅油性

隨著表面活性劑注入量的增加，注入壓力提高了0.5 MPa 以上，說明表面活性劑與原油發生了乳化，由于油包水型乳化液為黏彈性流體，能就地改善非均質性，增強較低滲透率區域的吸液能力，從而啟動較低滲透率區域，因此在后續的水驅過程中起到了較好的流度控制作用，采收率得到了大幅度提高，表面活性劑乳化驅比水驅提高采收率24 %以上（見表1、圖6）。

3 結論

優化的表面活性劑乳化驅油體系OS-3 具有擴大波及體積以及提高驅油效率的雙重功效，能夠實現大幅度提高采收率，室內物理模擬實驗對比水驅提高采收率20 %以上；體系為單一表面活性劑，受水質等參數影響小，配注工藝簡單，注入性好；適用于油藏條件較嚴苛的地層：油藏溫度＞90 ℃，地層水礦化度＞20 000 mg/L，鈣鎂離子含量＞400 mg/L。

表1 巖心參數及采收率提高值數據表

圖6 表面活性劑驅油綜合曲線