新型“雙微改善”復合調驅體系研究*

呂 鵬，劉長龍，李彥閱，趙 鵬，薛寶慶

（中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津300452）

隨著常規石油資源的不斷枯竭，稠油油藏開采技術已成為國內外研究的熱點。由于儲層非均質性及稠油與水之間不利的油水流度比，稠油油藏的水驅采收率明顯低于常規油藏。改善儲層非均質性以提高水驅波及體積和改善稠油與水流動比以避免水驅指進是提高稠油采收率的兩個主要研究方向。目前，具有代表性的技術分別為凍膠分散體系[1]，弱凝膠[2]，交聯聚合物微球[3]等專注于改善儲層非均質性的凝膠調剖技術和聚合物及其復合體系（堿-聚合物-表面活性劑[4]、聚合物-表面活性劑[5]）、熱流體[6]，降粘劑[7]、混相CO2[8]等專注于降低油水流度比的調驅技術。在此技術上，筆者提出了雙微改善體系，該體系致力于同時改善儲層微觀非均質性和油水流度比。本文在前期研究基礎上，重點研究了MMI和MSI的相互影響及協同效應并探討了BMIS的驅油機理。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

NaOH（≥99.5%）、NaHCO3（≥99.5%）、Na2CO3（≥99.5%）、NaCl（＞99.5%）、KCl（＞99.5%）、CaCl2（＞96%）和MgCl2·6H2O（＞99%），北京現代東方精細化工有限公司；BMIS體系由中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院提供；3個滲透率分別為1607、3210和6420md的均質砂巖巖心由中國石油大學（北京）制備，分別將它們切成長、寬、高為300、45和45mm的小巖心以備組合使用。

實驗用水為室內模擬水，用于制備BMIS溶液。利用一次蒸餾水按照F油田注入水水質分析結果顯示的離子組成配制而成。F油田注入水水質分析結果見表1。

表1 F油田地層水離子組成（mg·L-1）Tab.1 Ion composition of formation brine in F Oilfield

以渤海F油田脫氣、脫水原油為油相進行原油降粘及提高采收率實驗。F油田脫水、脫氣原油性能見表2。

表2 F油田脫水原油性能Tab.2 Porperties of the oil from F Oilfield

1.2 實驗儀器

Microtrac-S3500激光粒度分析儀（美國Microtrac公司）；DV-Ⅱ布氏粘度計（美國阿美泰克公司）；Hitachi S-3400N掃描電子顯微鏡（日本Hitachi公司）；驅替實驗裝置（中國海安石油科學研究儀器有限公司）。

2 結果與討論

2.1 MSI在BMIS中的膨脹性能

利用激光粒度分析儀研究MSI在BMIS中初始及膨脹后的粒徑分布。用公式（1）計算MSI的膨脹倍數。

式中Ndi：膨脹i天后MSI的膨脹倍數；Di：MSI在BMIS中膨脹i天后的平均直徑，μm；D0：MSI在BMIS中的初始平均直徑，μm。

MSI在BMIS中初始直徑平均值、不同膨脹時間后的直徑平均值及膨脹倍數見表3。

表3 MSI在BMIS中初始直徑平均值、不同膨脹時間后的直徑平均值及膨脹倍數Tab.3 Average of initial and expanding diameter of MSI in BMIS and the expanding times at different time

由表3可知，MSI在BMIS中水化膨脹10d后，粒徑膨脹倍數為2.39。相較于MSI單獨存在時的膨脹倍數，BMIS中MSI的膨脹倍數因MMI的存在有所降低。這是由于表面活性劑MMI在MSI顆粒表面的吸附所致。MMI在MSI顆粒表面的吸附產生了類似潤滑的效果，使得MSI更難吸收水分，導致MSI膨脹率降低。

2.2 BMIS中MSI的降粘作用

將油和模擬水按不同比例（7∶3、6∶4、5∶5、4∶6和3∶7）混合得到待測樣品。將每種混合樣品分為兩組，第一組作為對照空白實驗組，第二組中分步加入定量的MSI、MMI，使MSI、MMI濃度分別達到3000和1600mg·L-1。將各待測樣品在50℃水浴中以250r·min-1的速度攪拌5min后，用布氏粘度計測定其粘度，并計算降粘率。不同條件下粘度測試結果及計算的降粘率見表4。

表4 不同乳化體系的粘度和降粘率Tab.4 Viscosity and viscosity reduction rate in different emulsification system

由表4可知，MMI由于分子間作用力吸附在MSI表面。MMI在MSI的吸附減弱了MMI與原油中活性組分的協同作用。相同條件（油水比例、MMI濃度）下，BMIS中原油的降粘率比MSI單獨存在時的降粘率有所降低。即使降粘率有所降低，當油與BMIS溶液的比例為3∶7時，降粘率仍高達92.17%。這將顯著降低孔隙中的流體流動阻力，提高油水流動比，有助于提高原油采收率。

2.3 MMI及BMIS的電鏡掃描結果

采用冷凍法制樣，可以真實再現MMI及BMIS在溶液狀態下的聚集形態。將配制好的MMI、BMIS樣品迅速轉移至冷凍臺上，在-70℃條件下灌注液N2，同時抽真空，使溶液中的水分升華而除去，最終制得干樣。將制得的干樣置于一定真空度的高壓電場中，在干樣表面鍍上一層可以導電的金屬膜（金），噴金分兩次進行，每次30s。將樣品從冷凍室中取出直接移入電子顯微鏡樣品室進行結構觀察、分析。MSI和BMIS的電鏡掃描結果見圖1。

圖1 MSI、BMIS電鏡掃描結構Fig.1 Microstructure observing of MSI and BMIS

MSI在水溶液中呈網狀結構。BMIS中MMI吸附在MSI顆粒表面后，使整體網絡結構更稀疏，連接骨架更細。MMI通過靜電、氫鍵和疏水作用吸附在MSI顆粒表面。這是復合體系中MSI膨脹率降低、MMI降粘率降低的原因。根據DLVO理論，帶電粒子之間的靜電斥力將使結構更加松散。MMI起到了潤滑劑的作用，增加了MSI表面的光滑度，降低了MSI之間的摩擦，有利于MSI在多孔介質中的遷移。

2.4 BMIS提高采收率性能研究

從3種不同滲透率巖心中各取一塊形成非均質并聯巖心模型。在50℃下，利用非均質并聯巖心模型評價4種不同方案的提高采收率效果。4種方案如下：

方案1 段塞組成-；

方案2 段塞組成0.1 PV MSI溶液（3000mg·L-1）+0.2 PV MMI溶液（1600mg·L-1）；

方案3 段塞組成0.2 P V MM I溶液（1600m g·L-1）+0.1 P V MS I溶液（3000m g·L-1）；

方案4 段塞組成0.3 P V BM I S溶液（MS I（1000m g·L-1）,MM I溶液（1067m g·L-1）。評價實驗的具體過程簡述如下：

首先，對稠油飽和模型進行水驅，直至含水達到98%；

然后，按4種方案分別注入一定P V的不同驅替段塞后轉注水進行后續水驅，直至含水率達到98%。

水驅和不同驅替體系的注入速度均為0.2mL·min-1，方案2～4中，MSI和MMI的注入量（質量）相同。

不同驅油方案對提高采收率的影響見表5。

表5 不同驅替方法對采收率的影響Tab.5 Effect of different displacement method on oil recovery

相同藥劑注入量條件下，復合體系BMIS比單劑、多段塞方案的提高采收率更為顯著。

由表5可知，微球-表面活性劑復合驅油體系最大限度地結合了微球和表面活性劑的驅油機理，兩者具有良好的協同效應。微球通過聚集和架橋作用堵塞非均質儲層孔隙，改變驅替流體的流向，提高微觀波及體積。表面活性劑能改變巖石表面的潤濕性，降低油水界面張力，提高驅替效率。復合體系通過MSI和MMI的協同作用，不僅可以通過增大波及體積提高剩余油動用程度，而且可以通過乳化作用使更多剩余油流動起來。復合體系同時改善了儲層微觀結構和油水流度比。兩者的綜合作用可以大幅度地驅替油藏中的剩余油，最大限度提高采收率。

3 結論

（1）MSI在BMIS中膨脹10d后，膨脹倍數為2.39。當油與BMIS溶液（MSI:3000mg·L-1;MMI:1600mg·L-1）的比例為3∶7時，MMI對原油的降粘率高達92.17%。

（2）MSI在水溶液中呈網狀結構。BMIS中MMI吸附在MSI顆粒表面后，使整體網絡結構更稀疏，連接骨架更細。

（3）相同注入量下，BMIS復合體系比單一改善劑、多段塞注入法的提高采收率更顯著。

（4）復合體系通過MSI和MMI的協同作用，不僅可以通過增大波及體積提高剩余油動用程度，而且可以通過乳化作用使更多剩余油流動起來。復合體系同時改善了儲層微觀結構和油水流度比。兩者的綜合作用可以大幅度地驅替油藏中的剩余油，最大限度提高采收率。