一種新型納米乳液混相驅油劑的研究與應用

徐太平，李 栓

（四川捷貝通能源科技有限公司，四川成都 610015）

化學驅油是提高采收率的有效方法之一，主要有表面活性劑驅、聚合物驅、堿驅等[1-4]。聚合物驅自身的黏彈性使其對油滴具有較好拉伸作用和攜帶能力，擴大了驅替液的波及面積，被認為是比較成熟的體系而得到大量研究，但聚合物驅存在的堵塞問題會造成儲層傷害，由于流體運動阻力增加，導致后期采收率降低[5，6]。堿水驅有較多的室內研究，但流度控制受限、易發(fā)生指進，使得掃油效率偏低，同時堿水驅溶液易與地層巖石發(fā)生反應，結垢引起儲層傷害，并導致堿水驅用量增加。表面活性劑驅由于特殊的分子結構，可使油水界面張力顯著降低，其良好的乳化能力能更多的驅動地層殘余油，提高洗油效率，但其耐溫耐鹽性能還有待提高[7，8]。

納米材料可有效降低界面張力，并使巖石潤濕性發(fā)生改變，近年來被用作降壓增注技術、提高采收率得到廣泛研究[9，10]。本文研究了GPNR-2 納米乳液混相驅油劑，將一定量的納米乳液驅油劑加入配液水中得到驅替液，可有效降低驅動壓差，從而提高采收率。

1 納米乳液混相驅油劑的作用原理

納米乳液混相驅油劑，是由有機溶劑和復合型表面活性劑反應制得。其中溶劑采用天然有機物檸檬烯，以溶劑為中心，將表面活性劑緊密聯(lián)結在一起，使形成的納米乳液中同時含有溶劑和表面活性劑，形成的單個乳滴尺寸為10 nm～30 nm，比大尺寸乳滴的波及面積更大、更均勻。納米乳液由于其特殊的尺寸及功能結構，可大幅降低自身被井筒、地層巖石及壓裂砂吸附的比例，會有更多的表面活性劑存在于油水和氣水界面發(fā)揮作用。同時由于乳滴尺寸小，易進入細小孔喉，解除巖層中的堵塞及水鎖，提高巖心滲透率，從而增加導流能力。

2 驅油劑的性能評價

2.1 混相驅油效果

將原油加入納米乳液中加熱至60 ℃靜態(tài)放置1 h，原油開始在乳液中擴散并溶脹，4 h 后原油在乳液中鋪展并形成連續(xù)相，8 h 后原油基本與納米乳液達到互溶狀態(tài)（見圖1、圖2）。

在動態(tài)驅動過程中，乳化現(xiàn)象明顯，殘余油被逐漸剝離，形成細小、均勻的O/W 型小乳狀液和乳狀液，并出現(xiàn)了乳化油的富集帶。在驅動過程中乳化油滴不發(fā)生聚并。這是由于納米乳液與原油接觸后，表面活性劑停留在油水界面，檸檬烯進入原油中，降低了原油黏度，同時大量的表面活性劑也加速了乳化油的形成。

2.2 滲吸驅油效果

2.2.1 實驗原理 實驗采用質量法。將飽和好地層原油的柱狀巖心完全浸泡在驅油劑溶液中，受潤濕性和毛管力等作用影響，驅油劑溶液將自發(fā)滲吸到巖心孔隙中起到排油作用，整個過程中總孔隙體積不變，但受驅油劑溶液排油作用影響，巖心在驅油劑溶液中的質量將會增加。根據阿基米德浮力原理，根據式（1）結算滲吸采收率。

式中：R-浸泡自發(fā)滲吸采收率，小數；Vo-巖心中總飽和油量，mL；Δm-巖心在驅油劑溶液中的質量差，g；ρw、ρo-驅油劑溶液密度，油密度，g/cm3。

2.2.2 樣品及方法

圖1 驅油劑與原油的靜態(tài)互溶效果

圖2 驅油劑與原油的動態(tài)互溶效果

2.2.2.1 實驗樣品 驅油劑溶液：配液用水、0.5 %納米驅油劑；原油樣品：取自油田現(xiàn)場的地層原油，經過高溫脫水分離所得；巖心樣品：取自于現(xiàn)場的直徑為25 mm 的天然巖心柱。

2.2.2.2 實驗條件 實驗溫度：90 ℃；實驗壓力：大氣壓。

2.2.2.3 測試方法 （1）飽和原油：將巖心進行抽真空加壓飽和地層原油，飽和完畢在90 ℃恒溫箱中老化24 h 以上。（2）飽和完畢對巖心進行纏繞銅絲處理，隨后將纏繞有細銅絲的巖心懸掛在滲吸實驗裝置天平正下方掛鉤上，將裝有不同水樣的燒杯放置在巖心下方升降臺上，通過調整銅絲和升降臺確保實驗時巖心能位于燒杯內液體中部且不與燒杯壁接觸。（3）通過升降臺調節(jié)燒杯高度至合適的高度使巖心完全浸沒在液體中，開始自吸實驗。實驗中記錄自吸時間與巖心質量變化情況，直至不再有油析出表現(xiàn)為巖心質量恒定，實驗結束。按式（1）計算巖心的滲吸采收率R。

2.2.3 結果及分析 對4 塊巖心分2 組進行了90 ℃下不同滲吸液的巖心浸泡自發(fā)滲吸實驗（見圖3、圖4）。實驗結果（見表1）表明，1、2 號巖心在配液用水中滲吸采收率分別為20.48 %和22.19 %，平均滲吸采收率為21.33 %；3、4 號巖心在含0.5 %納米驅油劑溶液中的滲吸采收率分別為61.52 %和60.28 %，平均滲吸采收率為60.90 %，采收率提高了近3 倍。由此可見，納米乳液混相驅油劑，由于其特殊的微小尺寸，使其更容易進入孔喉，在表面活性劑分子的作用下，使巖心中的油更容易產生乳化，同時以檸檬烯作為溶劑有助于降低原油黏度，進一步提高采收率。

實驗過程中發(fā)現(xiàn)懸掛在配液用水中的巖心滲吸出油的顆粒較大且比較稀疏，在含有驅油劑的滲吸液中出油的顆粒較小但密集，并且在高溫條件溶液呈渾濁狀態(tài)。進一步說明，驅油劑的微小尺寸使其易進入巖心孔喉，較多的驅油劑使巖心中的飽和油發(fā)生乳化作用，從而使原油被一層層剝離，滲吸出的原油在驅油劑溶液中形成細小均勻的乳狀液，從而使驅油劑液體出現(xiàn)渾濁。驅油劑溶液表面形成密集的油層液看出，驅油劑具有極好的滲吸驅油效果。

表1 巖心浸泡自發(fā)滲吸實驗（90 ℃）

圖3 巖心在配液水中的滲吸效果

圖4 巖心在驅油劑溶液中的滲吸效果

3 應用效果

該納米乳液混相驅油劑在大慶油田已完成五口井的現(xiàn)場應用。其中N-1 井僅采取壓裂增能的方式，壓裂前日產液2.7 t，日產油0.7 t，含水率74.1 %，累產油3 395 t，壓裂后日產油4.5 t，累計增油338 t。N-2 采取壓裂前注入納米驅油劑的方式，壓裂前日產液2.6 t，日產油0.6 t，含水率76.9 %，累計產油3 269 t，壓裂和驅油作業(yè)后，日產油9.2 t，累計增油682 t。通過N-1和N-2 這兩口井的對比可知，壓裂作業(yè)前注入納米乳液驅油劑的N-2 井，累計產油量比不加納米乳液驅油劑的N-1 井增加了2 倍，可見納米乳液驅油劑有較好的增油效果。

百口泉X 井是一口直井，2011 年8 月對1 262.0 m～1 291.5 m 進行壓裂改造，初期日產油3.5 t，后調開生產，平均日產油0.6 t，累計產油4 258 t，累計產水930 t，采出程度4.3 %。2019 年5 月9 日又對該井P1j1 段（1 262.0 m～1 291.5 m）采用前置納米乳液增能滑溜水的工藝進行重復壓裂，措施后，平均日產油4.9 t，最高日產油9.8 t，累計增油量568.7 t，取得了較好的增產效果。

4 結論

本文研究的納米乳液混相驅油劑，是以有機溶劑和復合型表面活性劑反應形成的納米乳液，與原油有極好的混相效果，其微小尺寸使其能更好的進入細小孔喉，驅動更多的殘余油，有極好的滲吸驅油效果，現(xiàn)場應用中增產效果明顯。