時(shí)冠蘭，余曉玲

中國(guó)石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇揚(yáng)州 225001

近幾年，中國(guó)石化新探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量中低滲油藏儲(chǔ)量所占比例高達(dá)60%～70%，這將是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要資源。如何提高和改善低滲油田的開采效果是亟待解決的問題。江蘇油田中低滲儲(chǔ)量約占65%，江蘇油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)迫切需要提高低滲油藏采收率。W2塊作為江蘇油田低滲油藏的代表區(qū)塊之一，儲(chǔ)層孔隙度13.4%～23.8%，平均17.9%，空氣滲透率值為(1.2～69.4)×10-3μm2，平均12.7×10-3μm2，為中孔低滲、特低滲儲(chǔ)層，原油品質(zhì)較好，為中等密度、中等黏度稀油油藏。

目前在中、高滲油藏已成功推廣應(yīng)用的聚合物驅(qū)，由于其注入壓力高而無(wú)法在低滲油藏應(yīng)用。黏彈性表面活性劑(簡(jiǎn)稱VES)壓裂液，又稱清潔壓裂液，是一種新型的低傷害壓裂液[1-2]。黏彈性表面活性劑具有一般驅(qū)油用表面活性劑降低油水界面張力的能力[3]，同時(shí)因體系自身的黏彈性起到流度控制的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)油劑“一元化”的可能。特別是在低滲油藏驅(qū)油中，黏彈性表面活性劑具有的剪切變稀和觸變性，可有效解決低滲油藏驅(qū)油劑，同時(shí)兼具易注入和流度控制能力，在低滲油藏具有更大的應(yīng)用潛力。因此，開展了黏彈性表面活性劑在低滲油藏W2塊適應(yīng)性研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

黏彈性表面活性劑VES；W2塊脫水原油(密度為0.857 7 g/cm3)；W2塊模擬注入污水，注入污水離子組成見表1。

表1 W2注入污水離子組成

TX-500C全量程旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀，美國(guó)盛維公司；安東帕流變儀，奧地利安東帕公司；哈克流變儀RS6000，德國(guó)哈克公司；恒溫烘箱，上海一恒儀器有限公司；巖心驅(qū)油裝置。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 黏彈性表面活性劑VES溶液在低滲油藏W2塊性能測(cè)試

利用TX-500C全量程旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測(cè)定分離水樣與油相間的界面張力。試驗(yàn)所用溶液黏度和流變性能均采用哈克流變儀RS6000測(cè)試。測(cè)試條件：剪切速率7.34 s-1、溫度65 ℃。采用安東帕流變儀測(cè)試溶液模量。

1.2.2 驅(qū)油效果評(píng)價(jià)

將巖心稱干重，抽真空飽和模擬地層水，計(jì)算孔隙度；連接實(shí)驗(yàn)流程(見圖1)。持續(xù)水驅(qū)直到巖心兩端壓差穩(wěn)定，測(cè)水相滲透率；巖心飽和W2原油；水驅(qū)油，記錄水驅(qū)過程中的壓差變化，在巖心出口端收集水驅(qū)出的原油至不出油為止，計(jì)算水驅(qū)采收率；按照實(shí)驗(yàn)方案向巖心中注入一定體積的VES溶液，注入過程中監(jiān)測(cè)巖心兩端壓差變化，在出口端收集油樣，計(jì)算注VES過程中的采收率增幅；重新水驅(qū)，在出口端收集油樣至出口端不出油為止，監(jiān)測(cè)整個(gè)過程巖心兩端壓差變化，重新計(jì)算水驅(qū)采收率增幅。

圖1 驅(qū)替物模實(shí)驗(yàn)流程

2 結(jié)果和討論

2.1 界面張力測(cè)試

表面活性劑驅(qū)油體系和原油之間的界面張力是篩選驅(qū)油組分的重要指標(biāo)[4]。采用模擬注入水配置不同濃度VES溶液，模擬水礦化度為1 000、30 000 mg/L，在65 ℃下測(cè)試VES對(duì)W2油樣降低油水界面張力的能力，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 不同濃度VES溶液降低油水界面張力

由圖2可見,VES溶液具有較好的耐鹽性，低礦化度時(shí)在低濃度(<1 000 mg/L)、高礦化度時(shí)在高濃度端(3 000 mg/L左右)均可以獲得10-3mN/m超低界面張力。這說(shuō)明表面活性劑VES與W2注入水配伍性良好，無(wú)沉淀分層現(xiàn)象。

2.2 剪切流變性測(cè)試

2.2.1 靜態(tài)剪切

用蒸餾水配置不同濃度的VES溶液，50 ℃下測(cè)試溶液在不同剪切速率下的黏度變化，考察VES溶液的流變性能，結(jié)果見圖3。不同濃度VES溶液的剪切黏度隨剪切速率的增加均呈現(xiàn)先減小后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。高濃度溶液的黏度在低剪切速率下對(duì)應(yīng)黏度更大，在剪切速率低于1 s-1時(shí)，VES溶液剪切黏度隨剪切速率增加均減小，但濃度在7 500 mg/L和10 000 mg/L的溶液剪切黏度減小幅度更大，呈現(xiàn)明顯“剪切變稀”的非牛頓流體特征，而VES濃度在500，2 500，5 000 mg/L的剪切黏度在剪切速率大于0.1 s-1后趨于不變，剪切黏度在15 mPa·s以內(nèi)；當(dāng)剪切速率高于1 s-1后，7 500 mg/L和10 000 mg/L濃度溶液黏度隨剪切速率增加變化不大，剪切黏度均在10 mPa·s以內(nèi)，表現(xiàn)出牛頓流體特征。

圖3 剪切黏度-剪切速率變化曲線

2.2.2 動(dòng)態(tài)剪切

用W2注入水配制質(zhì)量濃度為3 000、5 000 mg/L的VES溶液，一定流速下經(jīng)巖心剪切后，人造巖心參數(shù)見表2。每個(gè)注入速度下，當(dāng)注入壓力平穩(wěn)時(shí)取液，進(jìn)行黏度、界面張力測(cè)試，對(duì)比剪切前后性能、黏度變化結(jié)果見表3。VES濃度為3 000 mg/L時(shí)，經(jīng)巖心不同流速剪切后界面張力測(cè)試結(jié)果見圖4。VES濃度為5 000 mg/L時(shí)，經(jīng)巖心不同流速剪切后界面張力測(cè)試結(jié)果見圖5。

表2 試驗(yàn)所用巖心基本參數(shù)

表3 VES巖心剪切前后黏度

圖4 3 000 mg/L VES溶液經(jīng)巖心不同流速剪切后界面張力

圖5 5 000 mg/L VES溶液經(jīng)巖心不同流速剪切后界面張力

從表3可以看出，隨著注入流速的增加，黏度損失加大，在1.0 mL/min剪切速度下黏度損失明顯，黏度剪切損失率分別達(dá)到79.36%，87.31%。

從圖4和圖5可以看出，VES濃度為3 000，5 000 mg/L時(shí)，對(duì)W2脫水原油的油水界面張力最低均能達(dá)到10-3mN/m，VES溶液界面活性較好。經(jīng)過不同注入速度巖心剪切后，其界面張力仍能到10-3mN/m數(shù)量級(jí)，巖心的剪切作用對(duì)VES的油水界面張力影響不大，只是將具有一定黏彈性的棒狀或蠕蟲狀膠束剪切成低黏度的球形膠束，界面活性基本不受影響。

2.3 黏彈性測(cè)試

測(cè)試不同濃度VES溶液隨頻率變化的模量曲線見圖6。質(zhì)量濃度為5 000 mg/L和10 000 mg/L的溶液均展現(xiàn)出黏彈性流體特征[3]。交點(diǎn)左側(cè)，黏性特征較彈性表現(xiàn)明顯；而在交點(diǎn)右側(cè)，彈性較黏性表現(xiàn)明顯。溶液濃度越高，對(duì)應(yīng)模量越高，且隨著濃度的增加，G′=G′′的交點(diǎn)向右移動(dòng)，反映出較高濃度的VES溶液濃度越高，要表現(xiàn)出彈性特征需要比低濃度溶液更大的剪切速率。

圖6 不同濃度VES溶液模量-頻率變化曲線

2.4 熱穩(wěn)性測(cè)試

VES溶液注入到油藏中的驅(qū)油過程耗時(shí)較長(zhǎng)，在油藏條件下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性能是評(píng)價(jià)VES溶液性質(zhì)的重要內(nèi)容。用W2現(xiàn)場(chǎng)注入水配制VES水溶液裝入50 mL密封瓶中，放入(65±1) ℃恒溫箱中進(jìn)行老化，定期取出測(cè)定溶液的黏度值及界面張力等數(shù)據(jù)，研究VES溶液在油藏條件下的穩(wěn)定性能，不同質(zhì)量濃度VES溶液熱穩(wěn)后黏度測(cè)試結(jié)果見圖7，質(zhì)量濃度為5 000 mg/L 的VES溶液熱穩(wěn)后界面張力見圖8。

圖7 不同濃度VES溶液熱穩(wěn)后黏度

圖8 W2油藏條件下熱穩(wěn)后5 000 mg/LVES溶液界面張力

從圖7可知，VES質(zhì)量濃度為3 000，5 000 mg/L時(shí)，熱穩(wěn)90 d后黏度損失不大，黏度保留率均在88%以上。從圖8可知，隨著熱穩(wěn)時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)油水界面張力影響較小，90 d后最低界面張力仍能達(dá)到10-3mN/m。這說(shuō)明黏彈性表面活性劑耐熱穩(wěn)定性能較好。

2.5 乳化能力測(cè)試

為研究VES在W2塊驅(qū)油效果，開展乳化性能實(shí)驗(yàn)[5]，原油剝離快慢、乳狀液聚并快慢可分別用乳化速率、乳化穩(wěn)定性(析水率或乳化穩(wěn)定系數(shù))來(lái)表征，這些指標(biāo)均是影響表面活性劑驅(qū)油效果的重要參數(shù)[6]。

2.5.1 乳化速率

用乳化油量與乳化所用時(shí)間之比表示乳化速率，不同油水體積比條件下測(cè)得VES乳化速率實(shí)見圖9。

圖9 不同油水體積比條件下VES的乳化速率

由圖9可知，隨VES濃度增大，其溶液在W2原油中的乳化速率呈增大的趨勢(shì)。

2.5.2 乳化穩(wěn)定性

析水率是表征乳狀液穩(wěn)定性最直觀和簡(jiǎn)單的方法，定義為乳狀液析出水的體積與乳狀液中水的總體積之比，析水率越大乳狀液越不穩(wěn)定。因此以析水率作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，測(cè)試不同時(shí)間的析水率，繪制析水率與時(shí)間關(guān)系曲線，分析不同濃度、不同油水體積比下乳化效果。不同油水體積比條件下測(cè)得VES溶液析水率見圖10、圖11。不同濃度VES溶液在65 ℃、不同油水體積比條件下的乳化效果較接近。濃度較低時(shí)(0.05%)的乳狀液穩(wěn)定性較差，析水速率快。其原因是：乳狀液穩(wěn)定的決定性因素是界面膜強(qiáng)度，當(dāng)表面活性劑濃度較低時(shí)，界面上吸附的分子較少，膜的強(qiáng)度也差。

圖10 油水體積比為2∶8時(shí)VES溶液析水率曲線

圖11 油水體積比為3∶7時(shí)VES溶液析水率曲線

2.6 驅(qū)油性能

結(jié)合VES溶液界面性能、乳化性能研究結(jié)果，進(jìn)行下一步驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究，評(píng)價(jià)滲透率、VES質(zhì)量濃度、注入速度與采收率增幅間的關(guān)系。在65 ℃，W2原油，驅(qū)替速度1 cm3/min，VES質(zhì)量濃度為5 000 mg/L，注入量0.3 PV條件下進(jìn)行驅(qū)油試驗(yàn), VES驅(qū)油后采收率增幅高達(dá)20.45%。

2.6.1 滲透率與采收率增幅關(guān)系

65 ℃下研究了5 000 mg/L濃度的VES溶液0.3 PV在不同滲透率巖心中水驅(qū)基礎(chǔ)上驅(qū)油(W2原油)后再進(jìn)行水驅(qū)的采收率總增幅，結(jié)果見圖12。

圖12 采收率增幅隨滲透率變化

由圖12可知，隨滲透率增大，VES對(duì)W2原油采收率的增幅曲線呈先快速增加，后保持平穩(wěn)的形態(tài)。在較低的滲透率條件下(500×10-3μm2以內(nèi))，隨滲透率增加，VES對(duì)采收率增幅影響較大。從測(cè)試結(jié)果看，滲透率在100×10-3μm2左右的巖心進(jìn)行VES驅(qū)油可以取得較好的效果。

2.6.2 VES濃度與采收率增幅關(guān)系

65 ℃下,研究了不同質(zhì)量濃度VES溶液在0.3 PV、相同氣測(cè)滲透率的巖心驅(qū)油(W2原油)后的采收率增幅，結(jié)果見13。

由圖13可知，隨注入濃度增大采收率增幅呈增大趨勢(shì)，但濃度達(dá)到5 000 mg/L后采收率增幅趨于平緩。從巖心驅(qū)替結(jié)果來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)黏彈性表面活性劑VES驅(qū)油設(shè)計(jì)的濃度以3 000～5 000 mg/L為宜。

圖13 采收率增幅隨濃度變化

2.6.3 注入速度與采收率增幅關(guān)系

研究5 000 mg/L的VES溶液0.3PV在相同滲透率水平(氣測(cè)100×10-3μm2)巖心中以不同注入速度驅(qū)油后的采收率，結(jié)果圖14。

由圖14可知，隨注入速度增大在初期采收率具有明顯增加，注入速度增大到一定程度(大于0.5 cm3/min)后采收率增幅隨注入速度增加不再有明顯增加。

圖14 采收率增幅隨注入速度變化

3 結(jié)論

1)黏彈性表面活性劑VES綜合性能優(yōu)良，W2低滲油藏適應(yīng)性好。黏彈性表面活性劑與W2塊油藏原油的界面張力維持在10-3mN/m，耐鹽、耐溫性較好，對(duì)原油具有較強(qiáng)的乳化能力。在65 ℃時(shí)，黏彈性表面活性劑VES質(zhì)量濃度為3 000 mg/L，黏度可達(dá)到25.18 mPa·s。經(jīng)65 ℃老化90 d后黏度保留率為88%以上，油水界面張力值仍可保持10-3mN/m。

2)以W2為研究對(duì)象進(jìn)行物模實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：針對(duì)100×10-3μm2的人造巖心，采用表面活性劑質(zhì)量濃度為3 000，5 000 mg/L，注入量0.3 PV，水驅(qū)后提高采收率分別為10.64%、19.82%；針對(duì)40×10-3μm2的人造巖心，采用濃度為5 000 mg/L表面活性劑溶液，注入量0.3 PV，水驅(qū)后提高采收率為11.11%。