低滲油藏二元復(fù)合驅(qū)協(xié)同機(jī)理研究

劉 晨，李 競(jìng)，王 凱，王業(yè)飛，周文勝

（1.海洋石油高效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100028；2.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028；3.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島 266555）

低滲油藏具有與中高滲油藏不同的地質(zhì)特征和流體滲流特點(diǎn)，其開發(fā)方式也存在一定的差異。化學(xué)驅(qū)油技術(shù)經(jīng)過100 多年的發(fā)展，在理論、實(shí)踐方面都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，特別是我國(guó)的化學(xué)驅(qū)油技術(shù)已經(jīng)成為提高原油產(chǎn)量的重要技術(shù)，各種化學(xué)驅(qū)配套工藝相對(duì)完善[1-7]，開展化學(xué)驅(qū)油技術(shù)在低滲油藏的應(yīng)用研究對(duì)低滲油田的開發(fā)具有重要意義。當(dāng)前低滲油藏化學(xué)驅(qū)開展最多的是聚合物驅(qū)，但提高采收率效果一般，表面活性劑在低滲油藏更多的是用作降壓增注劑[8-12]。低滲油藏二元復(fù)合驅(qū)的提出，充分發(fā)揮了表面活性劑的驅(qū)油效果，同時(shí)具有流度控制機(jī)理，引起了人們的重視，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)低滲油藏聚/表二元復(fù)合驅(qū)較水驅(qū)可提高10 %以上的采收率，具有良好的應(yīng)用前景[13-18]。當(dāng)前低滲透油藏二元復(fù)合體系的聚合物和表面活性劑在協(xié)同驅(qū)油方面的作用機(jī)制尚不完全明確。因此，本文基于表面活性劑在石英砂和儲(chǔ)層凈砂吸附性能方面的差異，探究了二元復(fù)合驅(qū)油體系中聚合物和表面活性劑在低滲油藏提高采收率中的協(xié)同作用機(jī)制，為二元復(fù)合體系在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

實(shí)驗(yàn)以陸相區(qū)塊A 的儲(chǔ)層條件為基礎(chǔ)。區(qū)塊A 為高溫、中鹽、中孔、低滲儲(chǔ)層，地層溫度83 ℃，礦化度24 534 mg/L～26 069 mg/L，孔隙度平均為21.9 %，滲透率平均值為51.1×10-3mD。先期實(shí)驗(yàn)已篩選出由梳形聚合物HF 和非離子陰離子型表面活性劑NPAC（壬基酚聚氧乙烯醚羧酸鈉）構(gòu)成的二元復(fù)合體系0.4 PV（1 000 mg/L HF+0.3 % NPAC）在區(qū)塊A 具有較好的增油效果。因此，本文基于該二元復(fù)合體系進(jìn)行機(jī)理研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與材料

DY-III 型多功能物理模擬裝置（自制）、藍(lán)天牌101-6A 電熱鼓風(fēng)干燥箱、UV2802 型紫外可見分光光度計(jì)、IKA4000i control 恒溫?fù)u床、電動(dòng)離心機(jī)、Mettler-Toledo 電子天平等。

梳形聚合物HF，相對(duì)分子質(zhì)量616 萬(wàn)，水解度21%，固含量88.1 %；非離子-陰離子表面活性劑NPAC（壬基酚聚氧乙烯醚羧酸鈉）；模擬油田產(chǎn)出水（礦化度分析見表1）；脫水原油（83 ℃黏度為2 mPa·s）；氯化鈉，無水氯化鈣，碳酸氫鈉，六水合氯化鎂等，均為分析純；石英砂人造柱狀巖心、天然露頭砂人造柱狀巖心。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）吸附實(shí)驗(yàn)：將已知初始濃度的待測(cè)液與油田凈砂按固液比1:20 的比例放入錐形瓶中，密封搖勻，放在83 ℃恒溫?fù)u床中，以一定速度連續(xù)振蕩72 h 后取出，測(cè)量此時(shí)待測(cè)液濃度，記為吸附達(dá)到平衡時(shí)的平衡濃度；根據(jù)初始濃度和平衡濃度，計(jì)算待測(cè)化學(xué)劑的飽和吸附量。

（2）驅(qū)替實(shí)驗(yàn)：將飽和原油的巖心在83 ℃恒溫下老化48 h，以0.3 mL/min 的速度進(jìn)行水驅(qū)，直到產(chǎn)出液瞬時(shí)含水率達(dá)到100 %，注入規(guī)定孔隙體積倍數(shù)的驅(qū)油劑，轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)至產(chǎn)出液瞬時(shí)含水率達(dá)到100 %。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)劑吸附性能

表1 配制用水離子組成Tab.1 The ion composition of produced water

實(shí)驗(yàn)測(cè)量了1 000 mg/L 的HF 溶液、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.3 %的NPAC 溶液以及二元復(fù)合體系（1 000 mg/L HF+0.3 %NPAC）分別在石英砂和儲(chǔ)層凈砂的飽和吸附量（見表2）。

表2 飽和吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 The static adsorption result

化學(xué)劑在地層吸附量大小與地層礦物組成密切相關(guān)，一般在黏土礦物上吸附量較大，在石英砂上吸附量很少[19，20]。由表2 可知，聚合物HF 在石英砂和凈砂的吸附量均小于2 mg/g，表現(xiàn)出較好的抗吸附性能，有利于在地層中發(fā)揮驅(qū)油效果。由于NPAC 在溶液中可增強(qiáng)聚合物鏈的伸展性和負(fù)電性，因此，二元體系中HF在凈砂的飽和吸附量?jī)H為0.4 mg/g，低于單一體系中HF 在凈砂的吸附量，這有利于二元復(fù)合驅(qū)油體系進(jìn)入巖心深部發(fā)揮驅(qū)油性能。表面活性劑NPAC 在石英砂表面的飽和吸附量?jī)H為0.5 mg/g，在凈砂的吸附量高達(dá)5.0 mg/g，差異明顯。區(qū)塊A 儲(chǔ)層凈砂黏土含量較高，故對(duì)NPAC 表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附性。聚合物HF 的存在可占據(jù)凈砂表面的部分吸附位，故二元體系中NPAC 在凈砂的吸附量為3.5 mg/g，略低于單一體系中NPAC 在凈砂的吸附量。由于表面活性劑NPAC 在石英砂的吸附量很小，因此，選用石英砂巖心進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)可基本消除表面活性劑吸附的影響。

2.2 低滲油藏二元復(fù)合驅(qū)機(jī)理研究

實(shí)驗(yàn)選取天然露頭砂人造均質(zhì)巖心和石英砂人造均質(zhì)巖心，分析了HF 與NPAC 復(fù)配二元體系及單一體系的驅(qū)油效果，探究了低滲油藏中聚合物和表面活性劑對(duì)二元復(fù)合體系提高采收率的貢獻(xiàn)，并分析了表面活性劑降壓增注在低滲油藏二元復(fù)合驅(qū)中的作用。

人造均質(zhì)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表3、表4）。從表3 和表4 可知，實(shí)驗(yàn)選用的三組天然露頭砂人造均質(zhì)巖心基本一致，原始含油飽和度和水測(cè)滲透率都比較接近，為不同驅(qū)油配方的驅(qū)油效果對(duì)比提供了基礎(chǔ)；實(shí)驗(yàn)選用的三組石英砂人造均質(zhì)巖心基本一致，原始含油飽和度和水測(cè)滲透率都比較接近，為不同驅(qū)油配方的驅(qū)油效果對(duì)比提供了基礎(chǔ)。

2.2.1 天然露頭砂人造均質(zhì)巖心驅(qū)油效果分析 方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ考察了二元復(fù)合體系與單一體系在天然露頭砂人造均質(zhì)巖心的驅(qū)油效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖1）。

由圖1 可知：二元復(fù)合驅(qū)的采收率在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高了13.46 %，單一聚合物驅(qū)的采收率在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高了11.25 %，單一表面活性劑驅(qū)的采收率在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高了4.88 %。由此可見，二元復(fù)合體系的驅(qū)油效果最好，聚合物驅(qū)略差，最不理想的是表面活性劑驅(qū)。這是由于二元復(fù)合驅(qū)發(fā)揮了聚合物和表面活性劑的協(xié)同效應(yīng)，既可以較好的擴(kuò)大波及系數(shù)，又可以通過降低界面張力來提高驅(qū)油效率。一方面，聚合物的加入有效防止了活性水及后續(xù)驅(qū)替水沿水驅(qū)已形成的水流通道向前突進(jìn)，改善了后續(xù)水驅(qū)效果，聚合物的存在也有利于減少表面活性劑在地層的吸附，增加表面活性劑有效作用距離；另一方面，表面活性劑的存在可以降低油水間的界面張力，有利于殘余油的驅(qū)動(dòng)。由于表面活性劑吸附量較大，造成表面活性劑在巖心運(yùn)移時(shí)被大量損耗，驅(qū)油效果不顯著，二元復(fù)合驅(qū)采收率僅比單一聚合物驅(qū)提高了2.21 %，單一表面活性劑驅(qū)僅在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高了4.88 %。由此可見，在天然露頭砂人造均質(zhì)巖心上，二元復(fù)合驅(qū)的驅(qū)油效果主要是由聚合物貢獻(xiàn)的。

表3 人造均質(zhì)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表Tab.3 The basic data of artificial homogeneous core flooding

表4 人造均質(zhì)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.4 The experiment result in artificial homogeneous core

圖1 不同驅(qū)替方案在天然露頭砂人造均質(zhì)巖心驅(qū)油效果對(duì)比圖Fig.1 The result contrast of different flooding scheme in natural outcrop sand core

2.2.2 石英砂人造均質(zhì)巖心驅(qū)油效果分析 方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ考察了二元復(fù)合體系與單一體系在石英砂人造均質(zhì)巖心的驅(qū)油效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖2）。

由圖2 可知：二元復(fù)合驅(qū)的采收率在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高了16.66 %，單一聚合物驅(qū)的采收率在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高了11.59 %，單一表面活性劑驅(qū)的采收率在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高了9.30 %。由此可見，驅(qū)油效果最好的仍是二元復(fù)合體系，其后是聚合物驅(qū)和表面活性劑驅(qū)。由于表面活性劑在石英砂上的吸附量較小，其驅(qū)油效果得到充分發(fā)揮，因此，在石英砂人造均質(zhì)巖心上，聚合物和表面活性劑均有較好的驅(qū)油效果，二者對(duì)二元復(fù)合驅(qū)的驅(qū)油效果均有重要貢獻(xiàn)。

2.2.3 兩種人造均質(zhì)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)對(duì)比 對(duì)比天然露頭砂巖心與石英砂巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖3）可知，方案Ⅱ在石英砂巖心的驅(qū)油效果與天然露頭砂巖心驅(qū)油效果基本一致，這表明聚合物在不同巖心上驅(qū)油效果相同，而方案Ⅰ和方案Ⅲ的驅(qū)油效果在兩種巖心上有明顯區(qū)別，兩種方案在石英砂巖心的驅(qū)油效果要明顯好于天然露頭砂巖心，這是由于石英砂巖心表面活性劑吸附量小，可以充分發(fā)揮表面活性劑的驅(qū)油效果，而天然露頭砂巖心由于表面活性劑的大量吸附，其驅(qū)油作用未能得到充分體現(xiàn)。

另一方面，對(duì)比天然露頭砂巖心與石英砂巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)壓力梯度比值（見圖4）可知，表面活性劑具有降低注入壓力的作用。方案Ⅰ單獨(dú)表面活性劑驅(qū)，轉(zhuǎn)注表面活性劑后天然露頭砂巖心和石英砂巖心的注入壓力均出現(xiàn)明顯下降，表面活性劑減少了孔喉中殘余油，提高了水相滲流能力。方案Ⅲ二元復(fù)合驅(qū)，轉(zhuǎn)注二元復(fù)合體系后雖然天然露頭砂巖心和石英砂巖心的注入壓力均出現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但增加幅度明顯小于單一聚合物驅(qū)，二元復(fù)合體系一方面可以提高水相滲流能力，另一方面也可以減小聚合物在地層的吸附滯留。由此可見，低滲油藏二元復(fù)合驅(qū)時(shí)，表面活性劑具有降壓的作用。

圖2 不同驅(qū)替方案在石英砂人造均質(zhì)巖心驅(qū)油效果對(duì)比圖Fig.2 The result contrast of different flooding scheme in the quartz sand homogeneous core

圖3 天然露頭砂巖心與石英砂巖心驅(qū)油效果對(duì)比圖Fig.3 The result contrast in the natural outcrop sand and the quartz sand homogeneous core

圖4 天然露頭砂巖心與石英砂巖心壓力梯度比值對(duì)比圖Fig.4 The pressure gradient ratio contrast in the natural outcrop sand and the quartz sand homogeneous core

3 結(jié)論

（1）在天然露頭砂人造均質(zhì)巖心上，二元復(fù)合驅(qū)的驅(qū)油效果主要是由聚合物貢獻(xiàn)的，二元復(fù)合驅(qū)采收率僅比單一聚合物驅(qū)提高2.21 %，單一表面活性劑驅(qū)僅在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高4.88 %。

（2）表面活性劑NPAC 在石英砂巖心上具有較好的驅(qū)油效果，采收率提高幅度可達(dá)9.3 %，遠(yuǎn)高于天然露頭砂巖心，同時(shí)二元復(fù)合驅(qū)的采收率比單一聚合物驅(qū)提高5.07 %，協(xié)同驅(qū)油作用明顯。

（3）低滲油藏二元復(fù)合驅(qū)時(shí)，表面活性劑不僅可以降低原油界面張力提高采收率，還具有降低注入壓力的作用，二元復(fù)合體系在石英砂人造巖心的注入壓力遠(yuǎn)低于單一聚合物體系的注入壓力。