烯酯類驅(qū)油劑在致密油藏驅(qū)替開發(fā)中的應(yīng)用*

吳 凡，侯吉瑞

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）非常規(guī)油氣科學(xué)技術(shù)研究院，北京 102249；2.中國(guó)石油三次采油重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室低滲油田提高采收率應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究室，北京 102249；3.教育部油田開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249）

0 前言

我國(guó)致密油資源豐富，根據(jù)美國(guó)能源信息署預(yù)測(cè)，中國(guó)致密油技術(shù)可采資源量達(dá)44.8×108t，位居世界第三位［1］。致密油藏作為一種重要的非常規(guī)油氣資源，具有開發(fā)難度大、儲(chǔ)層物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)、剩余油難以有效開發(fā)等特點(diǎn)［2-4］。對(duì)于致密油藏開發(fā)，常規(guī)化學(xué)驅(qū)油劑存在著注入壓力高、驅(qū)替困難、采出程度低的問題。巖心注水實(shí)驗(yàn)表明，致密油藏注入壓力梯度達(dá)到30 MPa/m 以上時(shí)才有流體被驅(qū)出，即驅(qū)動(dòng)1 m 范圍的流體使其流動(dòng)需要至少30 MPa的驅(qū)替動(dòng)力，這在致密油藏實(shí)際開發(fā)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但超低滲透砂巖油藏注水開發(fā)具有可行性及必要性已經(jīng)得到大量認(rèn)同，過高的注入阻力限制了注水效果，故探索超低滲透砂巖油藏降壓增注方法是改善超低滲透砂巖油藏注水開發(fā)的關(guān)鍵［5-9］。過高注入阻力的主要來源既包括超低滲透儲(chǔ)層本身極差的物性及細(xì)微孔隙結(jié)構(gòu)帶來的高滲流阻力，也包括超低滲透儲(chǔ)層毛管阻力及表面潤(rùn)濕特性帶來的滲流阻力，以及儲(chǔ)層損害帶來的滲流阻力。

儲(chǔ)層物性差是儲(chǔ)層本身固有的、很難改變的性質(zhì)，儲(chǔ)層損害在任何工序中都應(yīng)考慮，界面效應(yīng)產(chǎn)生的各種阻力可以采取適當(dāng)?shù)拇胧└纳苹蚪档汀Ｒ虼耍毙鑼ふ乙环N新型的驅(qū)油劑體系應(yīng)用于致密油藏的高效開發(fā)。

烯酸酯類物質(zhì)能與乙醇、乙醚、乙酸等有機(jī)溶劑互溶，不溶于水，遇水分層。烯酯類物質(zhì)具有強(qiáng)脂溶性，能夠與原油實(shí)現(xiàn)混溶，將其作為驅(qū)油段塞注入能把殘留于油藏中的原油完全溶解下來，具有混相驅(qū)的驅(qū)油原理。非極性脂溶性酯可以溶解環(huán)烷基稠油、超稠油、特稠油，降黏效果顯著，并且可以溶解納米孔縫中的膠結(jié)物、充填物，達(dá)到通縫擴(kuò)喉的目的。同時(shí)烯酯類化合物種類繁多，篩選來源范圍廣泛，一般烯酯類化合物沸點(diǎn)相對(duì)原油較低，通過分餾的方法即可與原油分離開來，沒有常規(guī)化學(xué)驅(qū)中驅(qū)油劑與原油分離的困擾。因此該類化合物具有應(yīng)用于致密油藏的驅(qū)替開發(fā)的可行性。

烯酸甲酯類驅(qū)油劑可與原油互溶，消除界面張力、減小驅(qū)替阻力，達(dá)到降壓增注的效果，可以極大地提高驅(qū)油效率。本文使用烯酸酯類驅(qū)油劑9-癸烯酸甲酯，通過驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，研究烯酸酯類驅(qū)油劑在致密巖心驅(qū)替過程中注入壓力與驅(qū)油效果，探討烯酸酯類驅(qū)油劑的驅(qū)油機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

9-癸烯酸甲酯，外觀為無(wú)色液體，有水果和牛奶氣味，熔點(diǎn)/凝固點(diǎn)＜-20 ℃，沸點(diǎn)235 ℃，閃點(diǎn)102 ℃，相對(duì)密度0.888，可溶性（水）7.81 mg/L，分子式為C11H24O2；納米驅(qū)油劑為納米二氧化硅，其中1#的粒徑在20 nm左右，2#的粒徑在50 nm左右；3號(hào)白油，密度0.8 g/mL，黏度2.5 mPa·s；降阻劑，含5%～30%聚氧化乙烯、10%～40%有機(jī)溶劑、0～5%非離子表面活性劑、0～10%分散劑；去離子水；實(shí)驗(yàn)巖心為長(zhǎng)慶露頭巖心，尺寸約為φ2.5 cm×5 cm，巖心參數(shù)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)

KXD-C型氦氣孔隙度測(cè)試儀，江蘇華安科研儀器有限公司；TC-200 型脈沖衰減氣體滲透率測(cè)試儀，江蘇拓創(chuàng)科研儀器有限公司；驅(qū)替裝置包括高溫高壓恒速泵、靜音空氣泵、恒溫箱、高壓中間容器、巖心夾持器、量筒等。

1.2 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流程圖如圖1 所示。驅(qū)替實(shí)驗(yàn)步驟為：①按需要分別將去離子水、降阻劑、納米二氧化硅驅(qū)油劑、9-癸烯酸甲酯等裝入相應(yīng)的高壓中間容器；②按驅(qū)替流程圖連接圖連接實(shí)驗(yàn)裝置，放入飽和好的巖心，排出管線中的空氣；③將驅(qū)油劑以一定流速（0.01、0.02 mL/min）按不同實(shí)驗(yàn)方案的注入順序和注入量注入巖心中，記錄對(duì)應(yīng)的壓力與產(chǎn)油量，計(jì)算采收率。

圖1 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流程圖

2 結(jié)果與討論

2.1 不同驅(qū)替劑在致密巖心中的注入壓力

為研究不同驅(qū)替劑在致密巖心中的驅(qū)替壓力，使用相近滲透率（0.3×10-3～0.5×10-3μm2）與孔隙度的同一層位、同一批次的露頭致密巖心進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。在相同注入速率（0.01 mL/min）下，不同驅(qū)替劑的注入壓力隨注入體積的變化如圖2 所示。由圖2可以看出，對(duì)于致密巖心，傳統(tǒng)水溶性驅(qū)替劑的注入壓力隨著注入體積的增大不斷增大，壓力梯度在40 MPa/m 以上，在實(shí)際礦場(chǎng)生產(chǎn)中基本不能適用。致密巖心的孔隙系統(tǒng)基本由小孔道組成，流體在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)，固液兩相始終存在表面作用。驅(qū)替劑中的表面活性物質(zhì)與巖心顆粒的表面產(chǎn)生吸附作用，會(huì)部分或全部堵塞孔道，使巖心滲透率急劇下降，注入壓力升高。同時(shí)，組成黏土的薄晶片具有吸引水等極性分子的能力，當(dāng)流體在黏土中滲流時(shí)，在孔壁上形成牢固的水化膜，同樣會(huì)堵塞孔道使注入壓力不斷升高，所以傳統(tǒng)水溶性驅(qū)油劑在致密巖心驅(qū)替時(shí)會(huì)存在注入困難的問題，不適用于致密油藏的驅(qū)替開發(fā)。同時(shí)由圖2 可以看出，9-癸烯酸甲酯的注入壓力相對(duì)常規(guī)驅(qū)油劑可以忽略不計(jì)，不到水驅(qū)注入壓力的1/30，極大地降低了致密油藏驅(qū)替壓力，具有很好的注入適應(yīng)性。這是因?yàn)?-癸烯酸甲酯具有油溶性，不存在遇黏土膨脹的問題；9-癸烯酸甲酯與白油互溶的同時(shí)會(huì)消除界面張力，通過自發(fā)的傳質(zhì)擴(kuò)散作用更容易地到達(dá)巖心深處，從而能起到降壓增注的效果。從注入壓力的對(duì)比可以看出，烯酸甲酯可以作為一種新型驅(qū)油劑應(yīng)用于致密油藏的驅(qū)替開發(fā)中。

圖2 不同驅(qū)替劑注入過程中注入壓力隨注入體積的變化

2.2 9-癸烯酸甲酯的驅(qū)油效果

使用致密巖心分別采用9-癸烯酸甲酯驅(qū)+水驅(qū)和水驅(qū)至含水98%+9-癸烯酸甲酯驅(qū)+后續(xù)水驅(qū)兩種驅(qū)替方式進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，兩種驅(qū)替方式下的采收率結(jié)果如表2所示，驅(qū)替過程中注入壓力、采收率隨注入體積變化如圖3、圖4 所示。分別注入2.0 PV 與2.3 PV 的9-癸烯酸甲酯后再進(jìn)行水驅(qū)，由于9-癸烯酸甲酯與白油互溶，因?yàn)橐合鄠髻|(zhì)擴(kuò)散作用，采出程度極高，分別達(dá)到80.31%與81.24%，綜合采出程度分別達(dá)到92.65%與98.22%。9-癸烯酸甲酯驅(qū)替過程中注入壓力較低，不到50 kPa，后續(xù)水驅(qū)開始后注入壓力迅速升高，9-癸烯酸甲酯驅(qū)替壓力不到水驅(qū)時(shí)的二十分之一。

表2 注采方式與采收率

在相同實(shí)驗(yàn)條件下，巖心1 與2 進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果圖3（a）與（b）采收率與壓力曲線基本趨于一致，說明9-癸烯酸甲酯驅(qū)替實(shí)驗(yàn)重復(fù)性較好，可用于致密油藏驅(qū)替開發(fā)中。

圖3 9-癸烯酸甲酯驅(qū)+水驅(qū)過程中注入壓力和采出程度隨注入體積的變化

巖心1 與2 為研究9-癸烯酸甲酯提高采收率極限，首先用9-癸烯酸甲酯驅(qū)替至出口端含水98%，因此9-癸烯酸甲酯用量較高。為研究其經(jīng)濟(jì)用量，巖心3 與4 用量有所降低，但最佳使用量有待進(jìn)一步研究。

由圖4（a）可知，水驅(qū)后注入0.3 PV的9-癸烯酸甲酯，采收率提高值為20.61%，注入壓力下降幅度較小，后續(xù)水驅(qū)后注入壓力基本恢復(fù)。水驅(qū)后注入1.5 PV 的9-癸烯酸甲酯，采收率提高值達(dá)到57.52%，隨著9-癸烯酸甲酯注入量的增大，可以與更多原油互溶，有效地提高原油采收率。同時(shí)與注入0.3 PV的9-癸烯酸甲酯相比，注入1.5 PV 的9-癸烯酸甲酯段塞后的驅(qū)替壓力明顯下降，由于9-癸烯酸甲酯與原油相似相溶，此時(shí)巖心中含有大量9-癸烯酸甲酯而含有少量束縛水，驅(qū)替過程中毛管阻力減小。但后續(xù)水驅(qū)過程中壓力回升明顯，且最終遠(yuǎn)高于圖4（a）中后續(xù)水驅(qū)時(shí)的壓力，這是因?yàn)閳D4（b）的注入速度較高，滲流阻力增大，而由于烯酸甲酯用量較大，采收率更高，剩余油較少，隨著后續(xù)水驅(qū)不斷推進(jìn)使得巖心中基本都是水，由于較大的毛管力以及遇黏土膨脹等原因使得巖心滲透率下降，驅(qū)替阻力增大，所以后續(xù)水驅(qū)時(shí)壓力更高。

圖4 水驅(qū)+9-癸烯酸甲酯驅(qū)+水驅(qū)過程中注入壓力和采出程度隨注入體積的變化

對(duì)于0.01×10-3μm2級(jí)別巖心，9-癸烯酸甲酯具有有效的驅(qū)替開發(fā)效果。為了考察9-癸烯酸甲酯對(duì)于更低滲透率巖心是否有效，以0.001×10-3μm2級(jí)別巖心進(jìn)一步研究。圖5 為不同驅(qū)替劑在0.001×10-3μm2級(jí)別巖心中注入壓力。不同驅(qū)替劑注入壓力基本一致，隨著驅(qū)替劑注入體積的上升，注入壓力不斷升高，且遠(yuǎn)高于0.1×10-3μm2級(jí)別的巖心。隨著滲透率的降低，巖心孔隙系統(tǒng)的平均孔道半徑更小，非均質(zhì)性越嚴(yán)重，微納米孔道孔隙體積的比例越大，孔隙系統(tǒng)中邊界流體占的比例越大。這些特點(diǎn)明顯地影響液體與固體界面的相互作用。滲透率越低，這種液固界面的相互作用越強(qiáng)烈。9-癸烯酸甲酯在0.001×10-3μm2級(jí)別的巖心中也不再具有注入性，不適用于0.001×10-3μm2及以下的致密油藏，對(duì)于適用于更低滲透率的致密油藏的驅(qū)油試劑需要進(jìn)一步研究。

圖5 0.001×10-3 μm2級(jí)別巖心不同驅(qū)替劑的注入壓力隨注入體積的變化

3 結(jié)論

對(duì)于0.1×10-3μm2級(jí)別的致密巖心，9-癸烯酸甲酯具有良好的降壓增注效果，注入壓力不到水驅(qū)的三十分之一，采收率達(dá)到80%以上，對(duì)比水驅(qū)提高采收率效果顯著。水驅(qū)后注入9-癸烯酸甲酯段塞可有效提高采收率，隨著段塞注入量的增大，可同時(shí)有效降低注入壓力。

對(duì)于致密油藏，目前傳統(tǒng)的化學(xué)驅(qū)油劑基本不適用，而烯酸甲酯類驅(qū)油劑在降壓增注及提高采收率方面都有很好的效果。但目前使用的是烯酸甲酯的純?nèi)軇哂懈叱杀镜娜秉c(diǎn)，不能大規(guī)模地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)礦場(chǎng)生產(chǎn)，因此，下一步使用烯酸酯類化學(xué)劑配制油溶性的乳液并展開相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是研究的重點(diǎn)。同時(shí)，烯酸酯類化學(xué)劑的滲流規(guī)律及驅(qū)油機(jī)理也有待進(jìn)一步研究。