低滲透油藏注水井表面活性劑降壓增注體系研究

宋 文，許 飛

(1.延安職業技術學院，陜西 延安 716000；2.中國石油長慶油田分公司工程技術管理部，陜西 西安 710018)

低滲透油藏在我國石油與天然氣資源中占據著十分重要的戰略地位，在近年來新增的油氣資源儲量中，低滲透油氣資源的占比越來越高。因此，確保高效、穩定地開發低滲透油藏具有十分重要的現實意義[1-3]。

低滲透油藏通常需要注水開發來補充地層能量，以提高油藏的采收率。隨著國內各大油田注水開發時間的延長，注水井容易出現注水壓力升高以及注水量減少的現象，這嚴重影響了低滲透油藏的正常開發[4-7]。表面活性劑降壓增注技術是低滲透油藏注水井降低注水井的注水壓力、增加注水量最常用的技術手段，表面活性劑可以通過降低油水界面張力、降低殘余油飽和度、乳化作用以及潤濕反轉作用等方式來降低注水壓力[8-13]。

針對某油田低滲區塊注水井注水壓力升高、注水量減少等問題，通過優選合適的表面活性劑、防膨劑和防垢劑，研制一套適合低滲透油藏注水井的表面活性劑降壓增注體系，并對其綜合性能進行評價，為低滲透油藏的高效合理開發提供借鑒。

1 表面活性劑降壓增注體系優選

1.1 表面活性劑優選

選擇6種表面活性劑：雙子型SZG-1和SZG-2、陰-非離子型YFG-1和YFG-2、氟碳型FTG-1和FTG-2，有效質量濃度均在95%以上，均使用模擬注入水配制，模擬注入水的礦化度為45 150 mg·L-1，實驗溫度為50 ℃。室內采用旋轉滴界面張力儀測定6種表面活性劑溶液與目標油田注水井儲層原油之間的界面張力，結果如圖1所示。

圖1 表面活性劑優選實驗結果

由圖1可以看出，6種表面活性劑溶液與儲層原油之間的界面張力隨表面活性劑質量分數的變化趨勢基本一致，均呈先降低后升高的趨勢，這是由于表面活性劑質量分數存在一個最佳值(即CMC值)，此時溶液的界面張力可以達到最低。6種表面活性劑中SZG-2降低界面張力的效果最好，當其質量分數為0.5%時，界面張力達到最低，為0.002 1 mN·m-1，達到了10-3mN·m-1數量級。因此，綜合考慮界面活性和經濟因素，選擇0.5%SZG-2作為低滲透油藏注水井降壓增注體系中的表面活性劑。

1.2 防膨劑優選

目標油田注水井儲層段粘土礦物含量較高，且主要以伊/蒙混層等水敏性礦物為主，在注水過程中極易發生粘土礦物遇水膨脹、分散以及運移堵塞儲層的情況，造成嚴重的地層損害。因此，應提高注入水的防膨性能以降低水敏損害的程度。

選擇4種防膨劑：FPG-1、FPG-2、FPG-3、FPG-4，有效質量濃度均在95%以上，實驗溫度為50 ℃。室內參照石油與天然氣行業標準SY/T 5971-94《注水用粘土穩定劑性能評價方法》，采用離心法評價4種防膨劑對目標油田注水井儲層段巖屑的防膨效果，結果如圖2所示。

圖2 防膨劑優選實驗結果

由圖2可以看出，4種防膨劑對目標油田注水井儲層段巖屑的防膨率均隨著防膨劑質量分數的增加逐漸升高，其中防膨劑FPG-3的防膨效果最好，當其質量分數為0.4%時，防膨率就可以達到95%以上。因此，選擇0.4%FPG-3作為低滲透油藏注水井降壓增注體系中的防膨劑。

1.3 防垢劑優選

注入水中含有較多的成垢陰、陽離子，在儲層溫度下容易生成無機垢，造成注水井儲層段結垢，堵塞地層，影響注水開發效果。因此，應提高注入水的防垢性能以降低注入水結垢堵塞損害的程度。

選擇4種防垢劑：HFGG-1、HFGG-2、HFGG-3、HFGG-4，有效質量濃度均在95%以上，實驗溫度為50 ℃。室內參照石油與天然氣行業標準SY/T 5673-1993《油田用防垢劑性能評定方法》，使用模擬注入水評價4種防垢劑的防垢性能，結果見表1。

表1 防垢劑優選實驗結果

由表1可知，4種防垢劑對目標油田注水井注入水的防垢率均隨著防垢劑質量分數的增加逐漸升高，其中防垢劑HFGG-1的防垢效果最好，當其質量分數為0.03%時，防垢率就可以達到95%以上。因此，選擇0.03%HFGG-1作為低滲透油藏注水井降壓增注體系中的防垢劑。

1.4 表面活性劑降壓增注體系配方確定

根據以上表面活性劑、防膨劑及防垢劑的優選實驗結果，確定適合低滲透油藏注水井的表面活性劑降壓增注體系配方為：模擬注入水+0.5%雙子表面活性劑SZG-2+0.4%防膨劑FPG-3+0.03%防垢劑HFGG-1。

2 表面活性劑降壓增注體系性能評價

2.1 降低界面張力性能

按1.1方法評價表面活性劑降壓增注體系降低界面張力的性能。按確定的配方使用模擬注入水配制表面活性劑降壓增注體系，室內采用旋轉滴界面張力儀測定體系與目標油田注水井儲層原油之間的界面張力，結果如圖3所示。

由圖3可以看出，界面張力隨著時間的延長逐漸降低，最終穩定在10-2mN·m-1數量級。表明研制的表面活性劑降壓增注體系具有良好的降低界面張力性能，在注水過程中可以有效降低注入水的流動阻力，起到較好的降壓增注效果。

圖3 界面張力隨時間的變化曲線

2.2 潤濕性能

將目標油田注水井儲層段天然巖心洗油、烘干后打磨成巖心切片；然后用二甲基硅油將巖心切片處理成親油狀態；再將巖心切片浸泡在表面活性劑降壓增注體系中，浸泡溫度為50 ℃；最后取出巖心切片烘干，用SPCA接觸角測定儀測定巖心表面接觸角，以評價表面活性劑降壓增注體系的潤濕性能。巖心切片在表面活性劑降壓增注體系中浸泡不同時間的表面接觸角如圖4所示。

圖4 巖心切片在表面活性劑降壓增注體系中浸泡不同時間的表面接觸角

由圖4可以看出，巖心切片在表面活性劑降壓增注體系中的表面接觸角隨著浸泡時間的延長逐漸減小；浸泡10 h時，表面接觸角由126.5°減小至60°以下，表面潤濕性由親油性轉變為親水性，起到了良好的潤濕反轉效果。巖石表面親水可以有效降低注入水的流動阻力，從而達到降低注水壓力、增加注水量的目的。

2.3 降壓增注性能

室內采用巖心驅替實驗來評價表面活性劑降壓增注體系的降壓增注效果，具體步驟為：(1)將目標油田注水井儲層天然巖心洗油、烘干，測定長度、直徑和干重，飽和模擬地層水，測定濕重，計算孔隙體積和孔隙率；(2)以0.05 mL·min-1的流速將巖心飽和儲層原油，50 ℃下放置24 h，備用；(3)使用模擬注入水驅替巖心，流速0.1 mL·min-1，記錄驅替壓力的變化情況，直至壓力穩定，記錄初始水驅壓力P1；(4)以相同的流速注入不同量的表面活性劑降壓增注體系，記錄注入壓力；(5)繼續注入模擬注入水，流速保持不變，記錄驅替壓力的變化情況，直至壓力穩定，記錄二次水驅壓力P2，并計算降壓率，結果見表2。

表2 降壓增注性能評價實驗結果

由表2可知，巖心中注入表面活性劑降壓增注體系后，二次水驅壓力比初始水驅壓力明顯降低；隨著表面活性劑降壓增注體系注入量的增加，巖心二次水驅后的降壓率逐漸升高；當注入0.5 PV時，降壓率可以達到26.18%；繼續增加注入量，降壓率升幅不大。綜合考慮現場施工時降壓增注的效果和施工成本，選擇表面活性劑降壓增注體系的最佳注入量為0.5 PV。

3 結論

室內通過表面活性劑、防膨劑以及防垢劑的優選實驗，研制了一套適合低滲透油藏注水井的表面活性劑降壓增注體系，具體配方為：模擬注入水+0.5%雙子表面活性劑SZG-2+0.4%防膨劑FPG-3+0.03%防垢劑HFGG-1。該表面活性劑降壓增注體系具有良好的降低界面張力性能、潤濕性能和降壓增注性能，能夠滿足低滲透油藏注水井降壓增注現場施工的要求。