黏土礦物對三元復(fù)合體系驅(qū)油效果的影響*

施雷庭，李 堯，葉仲斌，張言亮，張曉芹，石京平

（1.油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程國家重點實驗室（西南石油大學(xué)），四川成都 610500；2.中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司，陜西西安 710000；3.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712）

三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的提高采收率的方法［1-3］。該技術(shù)集中聚合物［4］、表面活性劑［5-7］、堿［8-10］的優(yōu)勢于一體，充分發(fā)揮三者之間的協(xié)同作用，利用三者的增黏、降低界面張力和乳化的性質(zhì)［11-13］，可以較好地擴大波及體積和提高驅(qū)油效率［14-16］。目前，三元復(fù)合驅(qū)在大慶油田三類油層提高采收率的現(xiàn)場施工中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。但由于大慶油田三類儲層滲透率相近，且黏土礦物含量變化較大，三元復(fù)合驅(qū)后提高原油采收率的效果相差較大［17-18］。因此，有必要在滲透率相近的情況下，研究黏土礦物含量變化對三元復(fù)合驅(qū)提高原油采收率效果的影響因素，對大慶油田三類油層三元復(fù)合驅(qū)的高效開發(fā)提供理論指導(dǎo)。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

聚合物（DS800），相對分子質(zhì)量950 萬～1200萬，大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院；表面活性劑（石油磺酸鹽），大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院；堿（Na2CO3），四川科龍公司；大慶油田地層原油，45 ℃時的黏度為9.5 mPa·s；實驗用注入水為模擬地層水，礦化度為1172 mg/L，離子組成（單位mg/L）為：Na+303、Ca2+24、Mg2+17、HCO3-511、SO42-211、Cl-106；6塊天然巖心（表1），滲透率約0.3 μm2，取自大慶油田三類油層同一區(qū)塊同一層位。

表1 巖心物性參數(shù)

ISCO恒壓恒速驅(qū)替泵，美國ISCO公司；中間容器、全自動孔滲聯(lián)測儀，海安縣石油科研儀器有限公司；AniMR-150 核磁共振分析系統(tǒng)，上海紐邁電子科技有限公司；DX-2700X射線衍射儀，丹東浩元儀器有限公司；TGL-20M 臺式高速冷凍離心機，長沙平凡儀器儀表有限公司；DiscoveryV20 蔡司體視顯微鏡，德國馬爾公司；Bluem Electric恒溫箱，美國OFPG公司。

1.2 實驗方法

將巖心抽真空飽和地層水后放入巖心夾持器中，再將巖心夾持器整體放入恒溫箱中，將恒溫箱溫度調(diào)節(jié)至45 ℃。按圖1 裝置流程圖連接各儀器。參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28912—2012《巖石中兩相流體相對滲透率測定方法》，對巖心飽和油，并在45 ℃下老化24 h。用0.1 mL/min 的流速對巖心進(jìn)行水驅(qū)油至含水率大于98%，轉(zhuǎn)三元復(fù)合體系（2100 mg/L DS800+0.3%石油磺酸鹽+1.2%碳酸鈉）驅(qū)油，注入體積為0.3 PV，然后再水驅(qū)油至含水率超過98%時停止實驗。實驗過程中，每20 min更換5 mL試管接產(chǎn)出液，記錄每根試管的出油量和出水量。

圖1 驅(qū)油實驗裝置流程圖

對實驗前后的巖心進(jìn)行核磁共振分析實驗，獲得T2圖譜。用顯微鏡觀察產(chǎn)出液的乳狀液類型及粒徑，然后放入高速冷凍離心機分離收集運移礦物，并進(jìn)行X射線衍射（XRD）分析，確定礦物類型。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)出液微觀形貌特征及運移礦物XRD衍射分析

收集巖心產(chǎn)出液，用顯微鏡觀察不同黏土礦物含量下的乳狀液微觀形貌。由圖2 可見，隨著黏土礦物含量增加，產(chǎn)出液類型由油包水型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗托?，且乳狀液粒徑逐漸減小，直至最后（黏土礦物含量12.3%）無乳狀液產(chǎn)出。隨黏土礦物含量增加，表面活性劑的吸附量增加［19］，乳化效果變差，導(dǎo)致乳狀液類型轉(zhuǎn)變。將產(chǎn)出液離心后，收集濾液中的礦物烘干，由試管底部樣品的XRD 分析結(jié)果（兩組數(shù)據(jù)的平均值）確定運移礦物為高嶺石（圖3）。當(dāng)黏土礦物含量大于11.1%時，才能在采集裝置中明顯看到運移礦物。

圖2 不同黏土礦物含量的巖心產(chǎn)出油的乳狀液微觀形貌圖

圖3 產(chǎn)出液中礦物的XRD分析譜圖

2.2 驅(qū)替前后的巖心孔徑變化

取實驗前后的巖心進(jìn)行核磁共振實驗。黏土礦物含量為2.3%～9.6%的實驗結(jié)果類似，以9.6%含量為例。由T2譜圖（圖4）可見，在黏土礦物含量為9.6%時，實驗前后巖心孔喉的變化較??；當(dāng)黏土礦物含量大于9.6%時，黏土礦物開始運移，導(dǎo)致孔喉變大。在黏土礦物含量為9.6%時，實驗前后巖心的孔隙度分別為21.86%、22.13%；黏土礦物含量為12.3%時，實驗前后巖心的孔隙度為22.24%、23.90%。大量的黏土礦物運移導(dǎo)致孔喉增加。巖心孔滲變化使得驅(qū)油效果發(fā)生轉(zhuǎn)變。

圖4 不同黏土礦物含量的巖心實驗前后的核磁共振分析T2圖譜

2.3 黏土礦物含量對驅(qū)油效果的影響

黏土礦物含量對大慶油田三類油藏三元復(fù)合驅(qū)提高采收率具有較大影響。不同黏土礦物含量下，不同階段的采收率及總采收率見表2。隨著黏土礦物含量的增加，水驅(qū)采收率逐漸降低。這主要是由于黏土礦物含量增加，礦物運移明顯，孔喉尺寸增大，形成了特定滲流通道，產(chǎn)生指進(jìn)現(xiàn)象，導(dǎo)致采收率降低。注入0.3 PV三元復(fù)合驅(qū)后，提高采收率幅度先增加后降低。將數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合（圖5）后，計算得到在黏土礦物含量為9.5%時，三元復(fù)合驅(qū)提高采收率幅度（15.7%）最大。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是由于（1）黏土礦物含量增加，礦物產(chǎn)生運移，孔喉變大。（2）黏土礦物吸附三元復(fù)合驅(qū)油體系中的表面活性劑增加，使得三元復(fù)合驅(qū)的乳化效果變差。（3）產(chǎn)出液中乳狀液類型從油包水型轉(zhuǎn)變?yōu)樗托?，且粒徑變小，油滴無法被有效攜帶出來，洗油效率降低。當(dāng)黏土礦物含量較小時，乳狀液粒徑大，巖心孔喉小，不利于乳狀液的采出，導(dǎo)致采收率增幅先增加后降低。對比不同黏土礦物含量下的最終采收率可見，隨著黏土礦物含量的增加，總采收率逐漸降低。

表2 不同黏土礦物含量下各驅(qū)油階段的采收率及總采收率

圖5 三元復(fù)合驅(qū)提高采收率幅度隨黏土礦物含量的變化曲線

3 結(jié)論

黏土礦物含量對大慶油田三類油藏三元復(fù)合驅(qū)提高采收率具有較大影響。隨黏土礦物含量的增加，礦物中的高嶺石易發(fā)生運移，使巖心孔喉變大，形成特定滲流通道，導(dǎo)致水驅(qū)效果變差，總采收率降低。三元復(fù)合驅(qū)能有效提高該油層采收率（大于10%），采收率增幅隨黏土礦物含量的增大表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。在黏土礦物含量為9.5%時，采收率增幅（15.7%）最大。隨著黏土礦物含量的增加，三元復(fù)合體系中表面活性劑被吸附的量增加，乳化效果變差，產(chǎn)出液中乳狀液類型由油包水型轉(zhuǎn)變?yōu)樗托?，乳狀液粒徑變小，油滴無法被有效攜帶，洗油效率降低。當(dāng)黏土礦物含量較低時，巖心孔喉小，大顆粒的乳狀液不利于運移。