乳化性能差异对中低渗岩心驱油效果的影响

徐晓丽，王业飞，李丹丹，刘晨，潘凌，王伟吉，王国瑞

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东 青岛266580；2.中海油研究总院，北京100027；3.中国石化江苏油田分公司地质科学研究院，江苏 扬州225012；4.克拉玛依市正诚有限公司，新疆 克拉玛依834000）

目前，二元复合驱提高采收率技术主要应用于中高渗地层，在低渗地层的应用研究相对较少。通过大量的室内实验，研究分析了二元复合驱应用于低渗地层三次采油的可能性，并对其影响因素进行了评价。乳化是表面活性剂的一个重要作用，对驱油效果影响明显：一方面，表面活性剂可通过乳化捕集和乳化携带等机理乳化原油，提高原油采收率［1-3］，室内及现场试验均证实，当产出液中含有乳化物时，采收率明显高于不含乳化物时的情况［4-5］；另一方面，乳状液堵塞、岩石壁面吸附等现象会引起地层渗透率下降［6-10］，这对中高渗油藏的影响不大，而对低渗油藏的影响应该引起高度重视。

文中通过筛选，得到了2 种乳化性能不同、其他性能相近的表面活性剂，分别采用单一表面活性剂体系和聚/表二元体系进行了室内驱油实验，对比分析了不同渗透率条件下，乳化性能不同的2 种驱油体系对提高采收率效果的影响。

1 实验设计

1.1 仪器

实验仪器包括多功能物理模拟装置、具塞试管、鼓风干燥箱、Texas-500 型旋转滴界面张力仪、DCAT21表界面张力仪/动态接触角测量仪等。

1.2 材料

实验药品为江苏油田提供的代号为JS-1，JS-2，SDYD 的表面活性剂；胜利油田的石油磺酸盐（SLPS）；梳型聚丙烯酰胺HF62208（相对分子质量616×104，水解度21%）；脱水原油（83 ℃下密度为0.831 4 g/cm3）与煤油（室温下密度为0.780 5 g/cm3、黏度为1.3 mPa·s）以3∶4 的比例混合而成的模拟油、模拟地层水（总矿化度为9 650.11 mg/L）；石英砂人造岩心等。

1.3 方法

通过实验评价4 种表面活性剂溶液与原油间界面张力、乳化能力及改变水湿性石英片的表面润湿性，筛选出2 种乳化性能不同、其他性能相近的表面活性剂进行驱油对比实验［11-13］。

在驱油实验过程中，水测岩心渗透率，饱和模拟油，并放置在岩心夹持器中老化24 h；水驱至瞬时含水率达到100%时转为化学驱，注0.4 PV 化学剂后转为水驱，直到产油量不再增加时停止实验。

2 实验结果与分析

2.1 表面活性剂筛选

测量得出的4 种表面活性剂溶液与原油界面张力、乳化能力及改变水湿性石英片的表面润湿性参数见表1。

表1 筛选的实验参数

在相同条件下充分振荡后，用乳状液析水率随时间的变化速度来评价表面活性剂的乳化性能。将120 min 内析水率小于10%界定为乳化性能好； 将60 min内析水率达到50%界定为乳化性能一般；将10 min 内破乳完全界定为乳化性能差［14］（见表1）。从表1可以看出：表面活性剂JS-1 和JS-2 的界面张力均超低［15］，基本不改变水湿性石英片的表面润湿性，两者乳化性能明显不同，表面活性剂JS-2 的乳化能力优于JS-1。因此，可选择JS-1 和JS-2 作为对比试剂，分析乳化性能不同的表面活性剂对驱油效果的影响。

2.2 驱油实验

采用筛选出的表面活性剂JS-1 和JS-2，在中渗岩心和低渗岩心中进行驱油实验，以分析单一表面活性剂体系和聚/表二元体系的乳化能力对驱油效果的影响。

2.2.1 单一表面活性剂驱

为了保证实验的可比性，驱油剂段塞均采用质量分数为0.3%的表面活性剂溶液（JS-1，JS-2），段塞尺寸为0.4 PV。所用岩心参数及驱油实验结果分别见表2和表3。

表2 单一表面活性剂驱油实验岩心参数

表3 单一表面活性剂驱油实验结果

从表3可以看出，在单一表面活性剂驱渗透率一致的情况下，无论是中渗地层还是低渗地层，乳化性能好的表面活性剂JS-2 溶液，提高采收率的效果都好于乳化性能一般的JS-1 溶液，这充分说明了乳化性能在表面活性剂提高原油采收率中具有重要作用，在相同的渗透率条件下，不同表面活性剂体系提高采收率的程度存在明显差异。中渗岩心采用JS-2 型表面活性剂驱，相对于JS-1 型表面活性剂驱，其采收率增加了3.6百分点，而低渗岩心采用JS-2 型表面活性剂驱，比低渗岩心采用JS-1 型表面活性剂驱的采收率增加了2.3百分点，说明乳化性能在渗透率相对较高的中渗油藏，采收率提高效果明显，低渗油藏略差。这是因为地层渗透率较高时，乳化原油可以随孔喉顺利流出，而低渗地层由于孔喉的卡堵，乳化原油在地层中出现滞留，从而使采收率增幅减小。

另一方面，JS-1 型表面活性剂溶液在低渗岩心的采收率增值比中渗岩心高4.2 百分点，JS-2 型表面活性剂溶液在低渗岩心的采收率增值比中渗岩心高2.9百分点，说明同一驱油体系在低渗油藏的采收率增值幅度比中渗油藏大，这是因为低渗岩心孔喉中含有更多的残余油。

表面活性剂JS-1 和JS-2 溶液在低渗岩心和中渗岩心驱油过程中，注入压力表现出相同的变化趋势：转注表面活性剂溶液后，注入压力都出现先下降、然后又缓慢升高的趋势；转注水后，注入压力继续升高到一定高度后，再次出现下降的趋势（见图1）。但2 种表面活性剂溶液在此驱油过程中，注入压力升高的幅度存在较大差别，无论是低渗岩心还是中渗岩心，表面活性剂JS-2 的注入压力升高幅度均大于JS-1，这表明乳化原油会导致后续注入压力升高，乳化性能越好，注入压力升高幅度就越大。

图1 单一表面活性剂驱油实验注入压力变化

实验结果表明，在不同渗透率条件下，乳化性能好的JS-2 型表面活性剂驱油效果均优于乳化性能一般的JS-1 型表面活性剂，这一现象在渗透率较高的地层较明显，说明驱油剂的乳化作用对渗透率较高地层的提高采收率更为重要，对低渗地层的影响较小；另外，原油乳化会导致地层后续注入压力升高，渗透率较高地层的注入压力升高幅度较小，对采收率影响不大，而渗透率较低地层的注入压力升高幅度较大，会对注采效果造成不利影响。因此，综合考虑采收率增值及注入压力，在进行表面活性剂优选时，渗透率较高地层建议选用乳化性能好的表面活性剂，低渗地层建议选用乳化性能一般或较差的表面活性剂。

2.2.2 聚/表二元驱

为了保证实验的可比性，聚/表二元驱油段塞中聚合物均采用HF62208，质量浓度为1 000 mg/L，表面活性剂（JS-1，JS-2）的质量分数为0.3%，段塞尺寸均为0.4 PV。实验所用的岩心参数及驱油实验结果分别见表4和表5。

表4 聚/表二元体系驱油实验岩心参数

表5 聚/表二元体系驱油实验结果

从表5可以看出，在渗透率相同的条件下，乳化性能不同的二元体系提高采收率的程度存在明显差别。渗透率相同时，无论是中渗地层还是低渗地层，乳化性能好的JS-2 溶液配制的聚/表二元体系提高采收率的效果均优于乳化性能一般的JS-1 型聚/表二元体系，说明乳化性能也是二元体系提高原油采收率的一个机理［16-17］。中渗条件下，JS-2 型聚/表二元体系采收率增值比同条件下JS-1 型聚/表二元体系采收率增值高2.2 百分点； 而低渗条件下，JS-2 型聚/表二元体系采收率增值比JS-1 型聚/表二元体系采收率增值仅高0.5 百分点。说明在渗透率相对较高的条件下，二元复合驱的乳化作用增油效果更加明显。

同一JS-1 型聚/表二元体系，在低渗岩心的采收率增值比中渗岩心高5.1 百分点，JS-2 型聚/表二元体系在低渗岩心的采收率增值比中渗岩心高3.4 百分点，说明同一二元体系在低渗油藏的采收率增值幅度高于中渗油藏，主要是因为低渗岩心孔喉中含有更多的残余油。

与单一表面活性剂驱相比，二元体系的乳化作用对提高采收率的影响明显变弱，这是因为聚合物可以发挥流度控制作用，而表面活性剂更多的是以提高洗油效率为主，乳化提高采收率机理被弱化。

在驱油实验过程中，JS-1 型聚/表二元体系和JS-2型聚/表二元体系溶液，在低渗岩心和中渗岩心驱油时，注入压力表现出相同的变化趋势：转注二元体系时，注入压力均随注入孔隙体积倍数而增加，转入后续水驱后，注入压力缓慢下降（见图2）。对于低渗岩心，转注二元体系后，JS-2 型二元体系注入压力升高幅度比JS-1 型二元体系大，这是乳化封堵的结果；对于中渗岩心，2 种体系的注入压力升高幅度基本相近，而且都较低，这表明乳化形成的乳状液对高渗地层的封堵能力减弱［18-19］。

图2 聚/表二元体系驱油实验注入压力变化

实验结果表明：对于中渗地层，乳化性能良好的二元体系可以提高原油采收率，同时不会引起注入压力的过度升高；对于低渗地层，乳化性能良好的二元体系仅可以略微增加原油采收率，且会引起注入压力的急剧升高。因此，建议低渗地层聚/表二元驱选用乳化性能一般或较差的表面活性剂体系，而中渗地层选用乳化性能良好的表面活性剂体系，这与单一表面活性剂驱一致。

3 结论

1）对于单一表面活性剂驱和聚/表二元驱，在不同渗透率条件下，增强乳化作用均有利于提高原油采收率，相对而言，中渗地层更为明显。

2）在相同渗透率条件下，聚/表二元驱乳化作用产生的采收率增值，比单一表面活性剂驱有所减少。

3）对于中渗地层，乳化性能良好的表面活性剂可以提高采收率，同时不会引起注入压力的过度升高；对于低渗地层，乳化性能良好的表面活性剂仅可以略微增加采收率，却会引起注入压力的急剧升高。因此，建议低渗地层化学驱选用乳化性能一般或较差的表面活性剂体系，而中高渗地层选用乳化性能良好的表面活性剂体系。

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