微乳液在油田三次采油中的應用

鄭 偉，李連客，單大龍，范雪蕾，付紅英

（大慶油田開普化工有限公司，黑龍江大慶 163453）

微乳液驅在最近的低滲透油藏三次采油中的應用取得的效果十分顯著，使原油采收率穩步提高。微乳液主要是指由于表面活性劑和助表面活性劑的作用，由油類或油類等構成的分散體系，其主要特點包括：熱力學穩定性、各向同性、黏度低等。微乳顆粒在10～100nm，相對低滲透儲層孔喉半徑較小，因此不會出現堵塞喉管的情況。微乳可與油、水發生混溶，并能顯著提高油水界面張力；不同配方微乳液的物理化學性質都存在一定程度的差異，因此其在采油過程中所發揮的作用也不完全一致。所以，為了對微乳液的性能有一個深入的了解以及明確其在驅動過程當中的具體功能，對微乳液驅動提升采收率的具體機制進行深入研究在研發微乳液體系中發揮著關鍵的作用。

1 微乳液在提高原油采收率方面的應用

低滲儲層孔道統籌不具有較大的半徑，水驅采收率水平總體為10%～20%，對提高水驅采收率的方法進行深入研究能夠顯著優化低滲儲層開發效果。化學式復驅法（包括二元復合驅法和三元復合驅法）是提高原油采收率的重要方法，對于常規油藏開發意義重大。這一方法目前已經大慶油田和勝利油田等多個礦場進行，取得了非常明顯的效果，提高采收率10%～15%。但是，上述體系中所含聚合物分子的尺寸相對較大，聚合物分子在溶脹等條件下的回旋半徑通常比低滲透儲層喉管半徑大，因此，該方法在儲層注入等方面仍存在較大的局限性，對其進一步推廣應用有一定的負面影響。

低滲透油藏水驅過程中所開展的剩余油微觀實驗結果表明，水驅后的剩余油在多孔介質的分布形式主要包括：盲端剩余油、簇狀剩余油與油膜等，減小油水界面張力是實現這類剩余油動用情況優化的重要內容。室內研究發現：表面活性劑存在著兩親結構，此外，在不同濃度范圍內，表面活性劑體系對應的界面張力為10-3～10-4mN/m，可有效降低油水界面張力。其中濃度相對較低的體系以活性水驅為主，濃度相對較高的體系以微乳驅為主；前者不僅具有超低界面張力，同時還可實現油與水的大力增容，甚至可完全消除油水界面張力，從而實現水驅后的剩余油完全驅替，因而逐步發展成為微乳液體系的重要研究內容。

2 微乳液驅滲流機理

2.1 降低啟動壓力梯度

微乳驅動的啟動壓力梯度。研究結果表明：當壓力梯度較小時，各巖心微乳液驅油壓力差-流量曲線均不呈直線，即不屬于達西滲流。非達西滲透的特點是：壓差-流量曲線為上凹型曲線，當壓力梯度不斷增加時，滲流的速度將會不斷加快；如果壓力梯度超過了相應的范圍，曲線將呈現為一條直線，說明巖心已逐步進入準線性滲流階段。核心滲透率與曲線彎曲程度呈反比關系。當巖心滲透率不斷降低時，曲線的交點和壓力梯度軸呈正比例，說明巖心滲透率與啟動壓力梯度呈反比。低滲巖心的啟動壓力梯度主要表現出以下基本特征：啟動壓力梯度與滲透率呈乘冪關系，滲透率降低后，巖心啟動壓力梯度增大。

2.2 降低啟動壓力梯度機理

微乳液驅非線性滲流的基本特征是：相同壓力梯度，微乳液驅的滲流速度更快，說明微乳液驅使驅油過程阻力有了一定程度的降低；而在微乳液驅的情況下，低滲透巖芯對應的啟動壓力梯度降低。微乳液和水驅的啟動壓力梯度與滲透系數均呈乘冪關系，而滲透系數與啟動壓力梯度呈反比。

微乳液驅的啟動壓力梯度主要存在以下方面的特征：滲透率相同的前提下，微乳液驅所對應的啟動壓力梯度通常較小；而在較小的滲透率的前提下，微乳液驅與水驅的啟動壓力梯度差異相對較大。因此，固體、液體之間存在著比較大的接觸面積。固液界面張力關系比較復雜；氣孔內壁包含大量膠結物，這些膠結物吸附流體，形成吸附層或邊界層。在邊界層中，流體處于一種特殊的狀態，使流動過程中受的驅動力增大，抑制其流動。當驅替壓差超過了一定的范圍，流體與孔隙中存在的黏附力將被克服，并繼續參與到流動階段。

2.3 提高油相相對滲透率

對微乳液驅和水驅的油水相對滲透率的曲線分析，可以從對比數據中發現規律，當加入微乳液或者加入水發生作用時，巖心含水飽和度是相同的。就說明在某種條件下，微乳液驅使油相的相對滲透率提高了。根據這個規律，可以得出結論：微乳液降低了油相滲流的阻力。該方法也可以用于石油作業中。根據分析數據可以看出，巖心與水之間比較難以融合，當巖心含水飽和度較高，油相就會發生變化，這時候油就會成為油珠，遇到狹小的通道時，油滴為了順利通過通道，就會變換形狀，從而發生賈敏效應。一般來說，微乳液的作用有兩個，降低油水界面的張力和增加油和水之間的融合能力。當油水界面的張力逐漸降低時，油滴的形狀會越來越容易變化。因為微乳液會使油滴發生乳化作用，發生乳化作用之后，油滴分化為乳化油滴，這樣就使得油滴被水相夾帶運移的情況大大增加。

2.4 降低殘余油飽和度

從微乳液驅和水驅的油水相對滲透率曲線的對比與分析可以看出，微乳液的作用有兩個：①可以大幅提高油相的相對滲透率，②可以大幅降低殘油的飽和度，這樣就使得原油的純度大大提升。研究人員為了研究微乳液在降低殘余油飽和度方面的重要程度，將微乳液驅殘油的飽和度作為實驗對象，并設置了水驅殘余油飽和度作為對照組，對兩者進行具體分析，并將微乳液與水驅的殘余油飽和度的曲線圖繪制在一張圖紙上，方便對比觀察。

3 剩余油動用機理

比較常見的是簇狀剩余油和柱狀剩余油。當微乳液驅油開始之后，研究人員要做的工作有以下幾個步驟：首先，觀察剩余油啟動和運移的過程，其次，記錄下各類剩余油的形態以及位置發生了多少偏移，并進行具體的分析，最后，深入分析微乳液驅的微觀驅油機理。

3.1 簇狀剩余油

因為儲層的非均質性和油水的性質存在差異，所以形成了簇狀剩余油。具體操作步驟為：在水驅油的過程中，緩慢地將水注入其中，慢慢推進，這時候水就會填滿阻力較小的孔隙。當模型遇見水的時候，注入水的驅油作用被削弱。但這種效果達不到預期效果，所以研究人員轉而尋找其他材料。最后發現，如果是用微乳液的話，會提升黏度。因為當注入微乳液后，就可以使得水油流度比顯著降低，從而減緩了無效滲流通道的形成。除此之外，微乳液因為黏度較高，這樣就使得模型中的驅替壓力增高。與水只能填充阻力較小的孔隙不同，驅替液填充阻力較大的孔隙，使簇狀剩余油被驅替出來，將其應用于石油作業中可以大幅提高作業效率。

3.2 柱狀剩余油

因為縫隙兩端的驅替壓差的差異比較小，所以就形成了柱狀剩余油。當注入微乳液后，與微乳液相接觸的柱狀剩余油因微乳液與剩余油的增溶作用而逐漸減小。被拉長的剩余油發生斷裂，使得剩余油可以被更好地驅替出來。

3.3 盲端狀剩余油

尖刺型空隙的特點正如它的名稱所示，尖刺型孔隙的一端是封閉的，所以其他孔隙會出現的驅動壓差問題在尖刺型孔隙的作用過程中是不會出現的。由于一端開口一端封閉，盲端剩余油在大氣壓的推動下，導致在孔隙中難以移動。水驅油在遇到微乳液后，產生化學效應，盲端剩余油不斷減少，油與水轉化為油滴加之受到空氣的擠壓流出縫隙。當越來越多的乳液注入縫隙中時，乳化作用也越來越明顯，產生的剩余油越來越多，受到空氣的擠壓后，出現了盲端狀剩余油的開口端逐漸向內凹陷的現象。在加入微乳液之后，溶液的濃度增加，盲端剩余油難以移動，油水界面的張力降低。

3.4 油滴狀剩余油

在加入微乳液之后，溶液的濃度增加，油滴狀剩余油難以移動，油水界面的張力降低。當界面的張力減小，乳化作用后產生的油滴受到的阻力也相應減少，整個過程也進行的更加容易。微乳液的黏度較強，帶給油滴的摩擦力就加大，整個驅油過程也就進行的更加容易，根據物理特性，可以得知當動力大于阻力，油滴在推動力的作用下會逐漸流出縫隙。在油滴流出過程中一般會出現兩種情況，一是在外界空氣的推動下，油滴產生形變，形成了兩端粗中間細的形狀，最后在狹道時又變成球狀繼續運動；二是油滴變形后，前端由于較細產生斷裂，后分散為體積更小的油滴向外運動，一些大油滴不斷地分散為小油滴以便排出孔隙。在實際的驅油過程中，微乳液是最常使用的試劑，效果較為明顯，在乳化過程中，油滴剩余物減少較多。

3.5 膜狀剩余油

在實際儲層中，孔隙壁面的潤濕性會隨著自身的材料和環境而改變，親水性的強弱不一。孔隙壁的親水性較強則對原油的摩擦作用就越強烈，根據物理知識可得，當摩擦力小于束縛力，驅替液的作用就較為明顯，大部分原油會流出孔隙中，而膜狀剩余物的形成是因為原油與孔隙壁面進行接觸導致原油不能在隙中移動。例如巖石的膜狀剩余油的量較多，是因為它的親油性高。

微乳液在與水的比較之下，最顯著的特點就是黏度較高，提供的動力大于阻力，增加了兩者之間的摩擦力。只有當摩擦力大于附著力，膜狀剩余油才會發生變動，這就得益于微乳液的黏度作用。一般用光刻玻璃模型來觀察驅油現象更加直觀，較大的膜狀剩余物在摩擦力的作用下不斷向前移動，拉長自己的過程中又分散為無數個小的油滴，在微乳液黏著力的作用下繼續向前移動，流出孔隙，減少膜狀剩余油。除了自身較為明顯的黏度特點，微乳液還能給巖石增加潤濕性，濕潤性提高，巖石的親油性減弱，原油可以更加順利地從孔隙中流出。在玻璃模型中可以明顯觀察到膜狀剩余油不斷減少，有的油滴甚至直接滴落。

4 結論

微乳液的作用就是增大溶液黏度，發生乳化作用，使得界面的張力不斷減小，動力大于阻力，在外界空氣的推動下，油滴可以克服黏著力順利流出縫隙。在表面活性劑的作用下，溶液中會產生大量電荷，電荷在與流體的結合過程中將雙電層增寬，從而降低了邊界層的厚度。微乳液的加入使得界面張力減小，動力大于摩擦力，讓油滴更易產生形變作用。在以上的實驗過程中，盲端狀剩余油的效果是最差的。