化學(xué)驅(qū)原油原位乳化及提高采收率機(jī)理研究進(jìn)展*

周亞洲，楊文斌，殷代印

（1.東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶 163318；2.提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（東北石油大學(xué)），黑龍江大慶 163318）

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)外原油的依賴(lài)程度不斷提高，2018—2020 年我國(guó)石油對(duì)外依存度均突破70%［1］，2020 年我國(guó)石油對(duì)外依存度達(dá)到73%。我國(guó)高含水老油田占全國(guó)石油儲(chǔ)量和產(chǎn)量的70%左右，是我國(guó)石油產(chǎn)量的主體?；瘜W(xué)驅(qū)是我國(guó)老油田提高采收率的重要方法?；瘜W(xué)驅(qū)常伴隨有乳化現(xiàn)象，化學(xué)驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和礦場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)原油原位乳化能進(jìn)一步提高采收率［2］，乳化嚴(yán)重的油井（或巖心）采收率比沒(méi)有乳化的油井（或巖心）高5%～6%［3］。近些年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在化學(xué)驅(qū)表面活性劑的選擇上，不能僅僅將油水界面張力能否降至超低作為表面活性劑選擇的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)［4］，也應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注其對(duì)原油的乳化性能。如果注入的化學(xué)劑與儲(chǔ)層中的原油形成原位乳化，可以降低原油流動(dòng)的毛細(xì)管阻力，大大增加其變形能力及流動(dòng)性能，起到提高驅(qū)油效率的作用［5］。同時(shí)，原油原位乳化后黏度進(jìn)一步提高，可以起到控制流度、擴(kuò)大波及體積的作用［6］。特別是對(duì)于高溫高礦化度油藏，由于聚合物在高溫高鹽下降解嚴(yán)重，限制了高溫高鹽油藏化學(xué)驅(qū)的實(shí)施。隨著耐高溫高鹽表面活性劑的發(fā)展［7-8］，利用原油原位乳化可能成為高溫高鹽油層化學(xué)驅(qū)提高采收率的一個(gè)新的方向，重點(diǎn)是提高表面活性劑的乳化性能。本文基于國(guó)內(nèi)外對(duì)化學(xué)驅(qū)原油原位乳化的研究成果，闡述了化學(xué)驅(qū)中原油原位乳化機(jī)理、乳狀液流變性及穩(wěn)定性、原油原位乳化提高采收率機(jī)理方面的研究現(xiàn)狀，分析了化學(xué)驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)中原油原位乳化規(guī)律及開(kāi)采特征方面取得的經(jīng)驗(yàn)與認(rèn)識(shí)，并對(duì)化學(xué)驅(qū)化學(xué)劑選擇及注入方案優(yōu)化設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)攻關(guān)方向提出了建議。

1 化學(xué)驅(qū)原油原位乳化機(jī)理

油藏原油原位乳化是復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，其乳化機(jī)理和室內(nèi)攪拌的乳化機(jī)理有很大不同。1998年，Janssen等［9］認(rèn)為殘余油滯留或者運(yùn)移取決于作用于殘余油上的黏滯力與毛管力。當(dāng)黏滯力增大到一定程度時(shí)，非潤(rùn)濕相的飽和度降低，并變得不連續(xù)，分散于連續(xù)的潤(rùn)濕相中，以油珠的形式參與流動(dòng)。殘余油運(yùn)移由毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)、流速、黏度比和孔喉比決定。化學(xué)驅(qū)中注入表面活性劑溶液等活性物質(zhì)后，表面活性劑分子會(huì)自發(fā)遷移到原油界面形成定向吸附，增加了原油的運(yùn)移變形能力［10］。2001年，Kang等［11］發(fā)現(xiàn)乳化劑和含水率是影響三元復(fù)合驅(qū)乳狀液類(lèi)型的主要因素。當(dāng)含水率小于50%時(shí)，易形成W/O型乳狀液。隨著含水率和乳化劑濃度的增加，易形成O/W 型或者O/W/O 型乳狀液，在高含水期易形成O/W 型乳狀液。2007 年，通過(guò)化學(xué)驅(qū)微觀可視化驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，楊承志［12］發(fā)現(xiàn)注入三元復(fù)合體系后，孔壁上的殘余油隨著三元復(fù)合體系的運(yùn)移而逐漸被拉成細(xì)絲，在運(yùn)移過(guò)程中斷裂成無(wú)數(shù)微小的油珠隨液流運(yùn)移走，成為細(xì)粒的O/W型乳狀液。乳狀液在運(yùn)移過(guò)程中聚并，變成尺寸相對(duì)較大的乳狀液滴。2014年，夏惠芬等［13］發(fā)現(xiàn)油水界面擴(kuò)張黏彈性和界面張力協(xié)同影響殘余油的乳化，界面張力降低到10-2mN/m 后，降低三元復(fù)合體系的黏彈性能顯著增強(qiáng)其對(duì)殘余油的乳化能力；界面張力和界面擴(kuò)張模量越低，三元復(fù)合體系的乳化能力越強(qiáng)，殘余油從乳化油滴向乳化油絲轉(zhuǎn)變。2017年，周亞洲等［14］發(fā)現(xiàn)化學(xué)驅(qū)中原油原位乳化機(jī)理主要有原油卡斷作用和化學(xué)劑流體的剪切作用。巖石孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、孔喉比越大、配位數(shù)越大、化學(xué)劑的乳化性能越好，卡斷形成的乳狀液越多?？妆谏系臍堄嘤湍ぜ懊ざ颂幍臍堄嘤统３？孔⑷牖瘜W(xué)劑的剪切作用被其攜帶走。化學(xué)驅(qū)中的原油原位乳化難易受孔喉結(jié)構(gòu)、巖石潤(rùn)濕性、原油性質(zhì)、剩余油分布、剩余油類(lèi)型、注入化學(xué)劑類(lèi)型和流變性質(zhì)等多種因素的影響。隨著微流控技術(shù)的發(fā)展，其在油藏滲流領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷拓寬。微流控芯片可以精確表征儲(chǔ)層多孔介質(zhì)的復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)，可以更加直觀地觀測(cè)化學(xué)驅(qū)流體的運(yùn)移過(guò)程以及乳化過(guò)程，便于研究復(fù)雜物理化學(xué)作用下原油原位乳化機(jī)理和多相流流體流動(dòng)機(jī)制［15］。

2 化學(xué)驅(qū)原油原位乳化的流變特性及穩(wěn)定性

2.1 原油原位乳化的流變特性

互不相溶的油相和水相之間的相界面也稱(chēng)為界面層，化學(xué)驅(qū)中的界面活性物質(zhì)會(huì)富集于該界面層［16］，界面層厚度一般小于100 nm，此界面層也稱(chēng)為界面膜。化學(xué)驅(qū)原油原位乳化后形成乳狀液的流變特性受乳化程度、乳狀液滴粒徑、含水率和剪切速率等因素影響，呈現(xiàn)出從牛頓流體到非牛頓流體到黏彈流體等一系列復(fù)雜的流變特征［17］。于大森等［18］發(fā)現(xiàn)當(dāng)剪切速率較低時(shí)，乳狀液分散相多聚集成大片團(tuán)塊狀，具有較高的表觀黏度值，剪切速率增大時(shí)分散相聚集成的團(tuán)塊被解聚，表觀黏度減小，屬于剪切稀化型流體。Clark等［19］發(fā)現(xiàn)隨著乳狀液滴粒徑的減小，O/W 型乳狀液的表觀黏度增加，逐漸從牛頓流體變?yōu)榧羟凶兿×黧w。大多數(shù)O/W型乳狀液在較低的剪切速率（小于20 s-1）下呈現(xiàn)剪切變稀流體行為，在較高的剪切速率（大于500 s-1）下呈現(xiàn)牛頓流體的特性。冪律模型可以描述乳狀液超出剪切界限的流體行為。江延明等［20］發(fā)現(xiàn)油井采出的乳狀液在低含水率時(shí)為牛頓流體，當(dāng)含水率增加到一定值時(shí)，乳狀液呈現(xiàn)非牛頓流體特性，且含水率越高，非牛頓性越強(qiáng)。W/O型乳狀液的黏溫關(guān)系與原油類(lèi)似，但W/O型乳狀液的非牛頓性強(qiáng)于原油。隨著時(shí)間的增加，W/O 型乳狀液出現(xiàn)老化，表觀黏度增大，并且含水率越高，老化現(xiàn)象越明顯。閆建文等［21］發(fā)現(xiàn)油包水乳狀液具有較好的黏彈性和變形能力，其變形能力有利于減少乳狀液在地層中的機(jī)械捕集。叢娟等［22］發(fā)現(xiàn)乳狀液滴粒徑和分散度隨石油磺酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，隨油水體積比的增大先增大后減小。振蕩次數(shù)對(duì)乳狀液滴粒徑的影響較小，對(duì)分散度有影響。吳奇霖等［23］發(fā)現(xiàn)對(duì)于粒徑較大的粗乳狀液，在含油率為60%時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)相。當(dāng)含油率小于60%時(shí)，乳狀液呈現(xiàn)膨脹性流體性質(zhì)，表觀黏度隨含油率的增加而增大；當(dāng)含油率大于60%時(shí)，呈現(xiàn)假塑性流體性質(zhì)，表觀黏度隨含油率的增大而減小。隨著溫度的升高，乳狀液的非牛頓性逐漸減弱。

2.2 乳狀液的穩(wěn)定性

1869年，帕拉圖觀察到兩種互不相溶液體之間有一分界面，在分界面處的黏度比相鄰兩體相的黏度都要大，由此首次提出了“界面黏度”的概念。界面黏度及界面屈服值是表征乳狀液界面膜微觀結(jié)構(gòu)及界面膜強(qiáng)度的重要參數(shù)，其取決于表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)、排列方式、相對(duì)分子質(zhì)量和原油性質(zhì)等［24］。界面黏度和界面彈性很大程度上決定了乳狀液的穩(wěn)定性。液滴間聚并速率和界面黏度、界面彈性之間有很好的關(guān)聯(lián)性［25］。界面黏度和界面彈性越高，界面膜排液速度越低，乳狀液越穩(wěn)定［26-27］。徐明進(jìn)等［28-29］發(fā)現(xiàn)原油中的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、蠟組分等均具有一定的界面活性，可以在油水界面上吸附，形成強(qiáng)度較大的界面膜，且形成的界面膜具有明顯的屈服值、假塑性和較大的界面剪切黏度，進(jìn)而增強(qiáng)乳狀液的穩(wěn)定性。聚合物分子在油水界面上的吸附也可明顯增加界面膜的剪切黏度。對(duì)于稠油和重油，由于含有大量的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)，極易形成穩(wěn)定的W/O 型乳狀液。對(duì)于膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、蠟含量較低的原油，形成的大部分乳狀液的穩(wěn)定性較低或者不能形成乳狀液。徐超［30］認(rèn)為提高乳化劑濃度可以提高乳狀液的穩(wěn)定性，油水體積比是影響乳狀液穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)相特性的最重要因素；油水體積比太大，乳狀液容易聚集造成油水分離；在最佳鹽濃度下，乳狀液的穩(wěn)定性最好；溫度低時(shí)，乳狀液的穩(wěn)定性相對(duì)較差，隨著溫度的升高，乳狀液穩(wěn)定性變好，溫度過(guò)高時(shí)，乳化失效。對(duì)于靜態(tài)穩(wěn)定性，剪切速度越大，乳滴越小，乳狀液越穩(wěn)定；對(duì)于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，剪切速度越大，乳狀液轉(zhuǎn)相越快。隨著堿濃度的增大，乳狀液的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性均先增大后減小。孫春柳等［31］發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響較大。轉(zhuǎn)速越大，乳化時(shí)間越長(zhǎng)，粒徑越小，形成的原油乳狀液越穩(wěn)定。含水率≤50%時(shí)，乳狀液穩(wěn)定性隨含水率的增加而降低。溫度越高，乳狀液越容易聚并。乳狀液的聚并過(guò)程主要分為3個(gè)階段。首先，液滴間的界面膜接觸使界面產(chǎn)生變形和波動(dòng)；然后，波動(dòng)的界面受到連續(xù)相的黏滯阻礙作用形成連續(xù)的液膜；最后，液膜排液而逐漸變薄，最終液膜破裂，液滴發(fā)生聚并［32］。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)化學(xué)驅(qū)中的瀝青質(zhì)、黏土顆粒和聚合物等在原油表面吸附形成固體顆粒穩(wěn)定的乳狀液，即Pickering乳狀液［33-34］。在高溫高壓條件下，和表面活性劑-聚合物穩(wěn)定的傳統(tǒng)O/W型乳狀液相比，Pickering乳狀液具有相對(duì)穩(wěn)定的黏彈特性［35-36］。

3 化學(xué)驅(qū)原油原位乳化滲流特征

3.1 物理模擬

根據(jù)原油和水在油藏中流動(dòng)的不同形態(tài)，王德民院士提出了化學(xué)驅(qū)中幾種重要的流動(dòng)性，分別為連續(xù)流、段塞流、膜流、油絲流和乳液流。其中，乳液流是化學(xué)驅(qū)中經(jīng)常出現(xiàn)的流動(dòng)形態(tài)。1995 年，Abou-Kassem等［37］發(fā)現(xiàn)如果乳狀液的大小與多孔介質(zhì)的孔喉直徑相比非常小時(shí)，可以忽略乳狀液微觀結(jié)果的影響，將其視作均質(zhì)流體，可用連續(xù)相模型描述乳狀液的滲流特征。1998年，Khambharatana［38］發(fā)現(xiàn)當(dāng)乳狀液的平均液滴尺寸比孔隙尺寸大很多時(shí)，大部分乳狀液滴被捕集在喉道中，采出端僅含有很小的乳滴，在較大壓力梯度下，這些小乳滴能夠運(yùn)移，且小粒徑的乳滴通過(guò)多孔介質(zhì)后流變性沒(méi)有發(fā)生根本性改變。對(duì)于粒徑和孔隙尺寸接近的乳狀液，在相同剪切速率范圍內(nèi)，乳狀液在多孔介質(zhì)中的流變性和其在黏度計(jì)中的變化趨勢(shì)相似。

原油原位乳化后，由于形成的乳狀液具有高度的分散性和黏彈變形特征，其在多孔介質(zhì)中的滲流特性比聚合物等連續(xù)黏彈流體更加復(fù)雜。王鳳琴等［39］發(fā)現(xiàn)乳狀液在滲流中會(huì)引起孔隙、喉道的堵塞，其堵塞主要有3種形式，分別為單個(gè)液滴引起的堵塞、分散液滴無(wú)序擁擠引起的堵塞和細(xì)小液滴在管壁吸附引起的堵塞。趙清民等［40］發(fā)現(xiàn)當(dāng)乳狀液粒徑與巖心孔隙直徑匹配關(guān)系較好時(shí)，其在巖石孔隙中的運(yùn)移阻力較高，并能大幅降低驅(qū)油劑流度。注入與高滲透層孔隙直徑相匹配的乳狀液時(shí)，可以對(duì)高滲透層實(shí)現(xiàn)有效封堵，提高波及效率。王德民等［41］認(rèn)為原油原位乳化后的黏度較高（尤其是W/O型），流度比會(huì)下降，能提高宏觀和微觀（相鄰孔隙和巖芯級(jí)）波及體積。粒徑大的乳狀液可以起到暫堵喉道的作用，粒徑小的乳狀液可以增加殘余油的有效驅(qū)替力。W/O 型乳狀液的滲透率曲線與油相滲透率相似；O/W型乳狀液的滲透率曲線與水相滲透率相似［42］。他認(rèn)為如果能研制出在地層條件下乳化性能好的表面活性劑體系，可進(jìn)一步提高油藏的驅(qū)替效率，而且可以代替或部分代替聚合物，這對(duì)于解決高溫高礦化度油藏的流度問(wèn)題是一個(gè)新的途徑。Guillen 等［43］發(fā)現(xiàn)乳狀液流度是毛細(xì)管數(shù)的函數(shù)，隨著界面張力增加，乳狀液流度降低，在較高的毛細(xì)管數(shù)條件下，乳狀液中分散相對(duì)流度的影響較小。微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究表明［44］，乳狀液的堵塞作用可以使注入液運(yùn)移路徑發(fā)生改變，當(dāng)乳狀液注入到非均質(zhì)巖心后，一定量的乳狀液先進(jìn)入高滲透層封堵，后續(xù)的乳狀液進(jìn)入低滲透層?？等f(wàn)利等［45］發(fā)現(xiàn)兩親聚合物乳狀液在滲流過(guò)程中具有較強(qiáng)的黏彈效應(yīng)，其在滲流過(guò)程中的滲流阻力較大，并有明顯的“爬坡式”波動(dòng)現(xiàn)象。隨著乳狀液粒徑的增大，滲流阻力增加且波動(dòng)劇烈［46］。Xu等［47］通過(guò)自制的可視微流體裝置更加直觀地觀察到了乳狀液在滲流過(guò)程中的運(yùn)移、滯留和封堵特征。

3.2 數(shù)值模擬

原油原位乳化后的滲流規(guī)律極其復(fù)雜。首先，乳狀液滲流過(guò)程中往往伴隨著變形、聚并、破裂等復(fù)雜的物理過(guò)程，如何準(zhǔn)確描述這些復(fù)雜的界面現(xiàn)象是個(gè)極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題；其次，乳狀液滲流過(guò)程中受到流體內(nèi)部及多孔介質(zhì)的綜合作用，包括界面張力、驅(qū)替壓力、變形產(chǎn)生的彈性力以及周?chē)黧w的剪切力等，影響其滲流的因素極其復(fù)雜；第三，對(duì)于多孔介質(zhì)中多相流的模擬，由于多孔介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，多相流運(yùn)動(dòng)的控制方程呈現(xiàn)高度的非線性特征，很難用理論解析方法對(duì)其進(jìn)行精確的描述。目前，國(guó)內(nèi)外主要從宏觀尺度、表征體元尺度和孔隙尺度3個(gè)尺度研究多孔介質(zhì)中流體的流動(dòng)規(guī)律［48］。在宏觀尺度和表征體元尺度方面，國(guó)內(nèi)外對(duì)乳狀液滲流數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了大量研究，其中代表性的滲流數(shù)學(xué)模型有3 個(gè)，分別為“本體黏度模型”、“乳滴阻滯模型”和“過(guò)濾模型”［49］。后期的乳狀液滲流模型大多是在以上模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的修正及改進(jìn)，如Mandal［50］、Demikhova［51］建立的模型。在孔隙尺度方面，Renardy［52］建立了單個(gè)乳狀液在黏彈性剪切流場(chǎng)中的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算了乳狀液的受力及變形情況。Aggarwal 等［53］建立了單個(gè)黏彈性乳狀液在剪切流場(chǎng)中的數(shù)學(xué)模型，研究了乳狀液在變形過(guò)程中彈性應(yīng)力的變化。Sman 等［54］應(yīng)用界面擴(kuò)散模型描述乳狀液的變形和破裂，采用格子Boltzmann方法進(jìn)行了乳狀液在剪切流場(chǎng)中的數(shù)值模擬，研究了乳狀液的變形及破裂過(guò)程。安紅妍等［55］應(yīng)用格子Boltzmann方法進(jìn)行了液液不混溶兩相流動(dòng)數(shù)值模擬研究，驗(yàn)證了Laplace 定律，研究了單液滴松弛過(guò)程和兩個(gè)液滴的融合過(guò)程。Fu 等［56］建立了新的三維Boltzmann模型，模擬了乳狀液在流動(dòng)聚焦微流裝置中的形成過(guò)程，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合度較高。臧晨強(qiáng)等［57］采用改進(jìn)的偽勢(shì)格子Boltzmann方法研究了復(fù)雜微孔道內(nèi)的非混相驅(qū)替過(guò)程，研究了壁面粗糙度、潤(rùn)濕性及黏度比對(duì)驅(qū)替過(guò)程的影響。

4 化學(xué)驅(qū)原油原位乳化提高采收率機(jī)理

化學(xué)驅(qū)原油原位乳化后，原油流動(dòng)形態(tài)和流動(dòng)模式發(fā)生改變，原油流動(dòng)能力大大增強(qiáng)，原油采收率提高。Demikhova等［58］的研究表明注入乳狀液可以在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率15%以上。Karambeigi等［59］進(jìn)行了乳狀液微觀可視驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)乳狀液可以提高波及體積，降低殘余油飽和度?？锱瀛偟龋?0］發(fā)現(xiàn)W/O型乳狀液的指進(jìn)現(xiàn)象較弱，O/W型乳狀液有指進(jìn)現(xiàn)象，W/O型乳狀液的無(wú)水采收率比O/W 型乳狀液高，但從驅(qū)替壓差方面考慮，建議采用O/W型乳狀液進(jìn)行驅(qū)油。對(duì)于復(fù)雜油藏，原油原位乳化后也能大幅提高采收率。Abdul 等［61］發(fā)現(xiàn)，對(duì)于底水油藏，交替注入10%O/W乳狀液和聚合物的效果較好，可比水驅(qū)提高采收率10%以上。劉鵬等［62］發(fā)現(xiàn)對(duì)于高溫高鹽油藏，注入乳化能力強(qiáng)的表面活性劑比注入乳化能力弱的表面活性劑提高采收率約4%。Lee［63］和Pang［64］等研究發(fā)現(xiàn)乳狀液能顯著改善稠油油藏的驅(qū)替流度比，提高稠油油藏采收率。

化學(xué)驅(qū)原油原位乳化提高采收率是化學(xué)劑溶液、不同粒徑乳狀液滴以及原油協(xié)同耦合作用的結(jié)果。不同粒徑的乳狀液發(fā)揮不同的作用，孔喉級(jí)別乳狀液滴的賈敏效應(yīng)可以起到堵塞喉道的作用，粒徑較小的乳狀液可提高驅(qū)替壓力。Mandal 等［65］發(fā)現(xiàn)O/W 型乳狀液的驅(qū)替機(jī)理主要是降低驅(qū)替相流度和油水界面張力。Lei等［66］認(rèn)為乳化驅(qū)替殘余油的主要機(jī)理是乳化啟動(dòng)、乳化攜帶和乳狀液的流度控制。微觀驅(qū)油和驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明提高采收率的主要因素是毛管數(shù)的增加。乳狀液在巖石多孔介質(zhì)中的捕集是乳狀液驅(qū)擴(kuò)大波及體積的重要機(jī)理，而乳狀液在多孔介質(zhì)中捕集的主要原因是賈敏效應(yīng)［67］。由于原油原位乳化后黏度增加以及乳狀液的賈敏效應(yīng)，原油原位乳化后使平面上高滲透區(qū)域、垂向上高滲透層的滲流阻力增加，后續(xù)注入的化學(xué)劑溶液更多地進(jìn)入剩余油較多的中低滲透區(qū)域。形成的不同粒徑的乳狀液能起到交替封堵、交替驅(qū)替的作用。王鳳琴等［68］發(fā)現(xiàn)乳狀液提高采收率的機(jī)理主要有兩點(diǎn)：第一，乳狀液堵塞大喉道產(chǎn)生的分流作用驅(qū)替繞流形成的殘余油；第二，利用乳狀液進(jìn)入孔隙喉道中產(chǎn)生的擠壓、拉和拽的作用，能有效地驅(qū)替邊緣和角隅處的殘余油。天然巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明乳狀液能在水驅(qū)的基礎(chǔ)上提高驅(qū)油效率約6%?？等f(wàn)利等［69］的研究表明殘余油自發(fā)乳化后減小了毛管力，通過(guò)界面擾動(dòng)“拉油”，彈性變形“擠油”和降低界面張力提高驅(qū)油效率，通過(guò)乳滴的堵塞提高波及體積。孫盈盈等［70］發(fā)現(xiàn)界面張力不是影響油水乳化能力的唯一決定性因素，其他因素如表面活性劑加量、油水比、界面膜強(qiáng)度等影響著驅(qū)油劑與原油的乳化能力，驅(qū)油劑乳化能力決定驅(qū)替效率。同時(shí)，乳狀液在孔隙喉道中運(yùn)移接觸到剩余油后，會(huì)發(fā)生界面形變，由于其具有界面黏彈性，有恢復(fù)形變的趨勢(shì)，對(duì)剩余油有彈性微觀力的作用［71］。和水驅(qū)、聚合物驅(qū)相比，孔喉級(jí)別的乳狀液還具有變形活塞驅(qū)替作用，其在孔隙喉道中流動(dòng)時(shí)，形狀會(huì)隨著孔隙喉道的形狀和殘余油形態(tài)的變化而變化，會(huì)緊貼喉道向前運(yùn)移，進(jìn)入喉道時(shí)受壓收縮，通過(guò)喉道時(shí)再次膨脹，像一個(gè)緊貼巖石壁面的可脹可縮的活塞?？缀砑?jí)別的乳狀液在孔隙和喉道中的運(yùn)移速度較慢，能攜帶并驅(qū)替部分殘余油。

5 化學(xué)驅(qū)原油乳化礦場(chǎng)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)

在礦場(chǎng)試驗(yàn)方面，大慶油田杏五中、杏二西、中區(qū)西部、杏二區(qū)西部、北一區(qū)斷西、薩北小井距等試驗(yàn)區(qū)都開(kāi)展了三元復(fù)合驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)［72-73］，所有試驗(yàn)區(qū)均發(fā)生了原油原位乳化現(xiàn)象。駱小虎等［74］認(rèn)為水溶性表面活性劑與大慶原油乳化后易形成O/W型乳狀液；三元復(fù)合驅(qū)中加入堿后，NaOH與大慶原油反應(yīng)生成油溶性表面活性劑，原油乳化后易形成W/O 型乳狀液，乳狀液穩(wěn)定性隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增強(qiáng)，說(shuō)明堿的存在對(duì)于原油乳化以及降低乳化原油流度具有一定的積極作用。礦場(chǎng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)油層越均質(zhì)、注采井距越大，采出液乳化越嚴(yán)重；使用強(qiáng)堿體系的乳化程度高于弱堿體系。原油乳化后，采出液黏度較高，產(chǎn)液量大幅下降，降幅為14.2%～69.9%，油井含水率較低，乳化期含水率為20%～60%，采油速度較高，三元復(fù)合驅(qū)的采油速度為4.4%～17.3%［75］。試驗(yàn)區(qū)中乳化嚴(yán)重的采油井含水降幅較大，采出液黏度（117 mPa·s）大，驅(qū)替效果較好，說(shuō)明原油原位乳化后能起到調(diào)整驅(qū)替液流度比的作用，出現(xiàn)乳化的采收率比未出現(xiàn)乳化的高5%～6%［76］。在大慶油田的應(yīng)用結(jié)果表明［77］，注入三元復(fù)合體系初期，含水飽和度高，容易形成O/W型乳狀液。隨著O/W型乳狀液向采油井流動(dòng)，由于超低界面張力、乳化攜帶以及O/W乳狀液的驅(qū)替作用，剩余油向前聚集，驅(qū)替前緣油水比增大，逐漸形成W/O 型乳狀液，剩余油繼續(xù)向前運(yùn)移，在驅(qū)替前緣逐漸形成油墻。隨著注入時(shí)間的延長(zhǎng)，儲(chǔ)層中大部分原油都被采出，油水比降低，形成的大多為O/W 型乳狀液。礦場(chǎng)試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)雖然表面活性劑的界面張力較低，如果沒(méi)有或者只有很少的乳狀液產(chǎn)生，采收率也不高。因此，對(duì)于表面活性劑研究的重點(diǎn)是增加其乳化性能。廖廣志等［78］認(rèn)為化學(xué)驅(qū)理想的乳化效果是高滲透儲(chǔ)層形成較強(qiáng)的原油乳化，進(jìn)而提高滲流阻力，在低滲透儲(chǔ)層不乳化或輕微乳化。但礦場(chǎng)實(shí)際往往是低滲透儲(chǔ)層更易乳化，因此基于乳化的化學(xué)劑優(yōu)化選擇和注入方式優(yōu)化設(shè)計(jì)是化學(xué)驅(qū)礦場(chǎng)高效開(kāi)發(fā)需要解決的問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)與展望

隨著化學(xué)驅(qū)驅(qū)油理論認(rèn)識(shí)的不斷成熟，傳統(tǒng)基于注入液的黏度、黏彈性、阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)、驅(qū)油效率等指標(biāo)評(píng)價(jià)化學(xué)劑驅(qū)替特性的方法具有一定的局限性，應(yīng)該充分考慮注入流體與儲(chǔ)層原油復(fù)雜界面的物理化學(xué)反應(yīng)，評(píng)價(jià)注入流體的乳化性能及原油原位乳化后的流體流動(dòng)特征。在化學(xué)驅(qū)驅(qū)油理論及礦場(chǎng)試驗(yàn)方面仍然有以下問(wèn)題值得關(guān)注和深入研究。

化學(xué)驅(qū)中高效乳化劑體系的研發(fā)仍是重點(diǎn)。原油原位乳化的難易主要取決于乳化劑類(lèi)型和濃度，能應(yīng)用于礦場(chǎng)化學(xué)驅(qū)的乳化劑體系要求吸附較少、成本低，在低濃度下具有較好的乳化性能。對(duì)于高溫高鹽油藏，要求乳化劑體系具有良好的耐溫耐鹽性能。對(duì)于乳化劑體系的研發(fā)應(yīng)該根據(jù)原油性質(zhì)、儲(chǔ)層孔喉大小、孔喉結(jié)構(gòu)、非均質(zhì)性、含水率等因素綜合評(píng)價(jià)原油乳化后的乳化程度、乳狀液粒徑、流變性、穩(wěn)定性、流度以及驅(qū)油效率等指標(biāo)。

由于原油原位乳化現(xiàn)象的發(fā)生，化學(xué)驅(qū)滲流呈現(xiàn)非連續(xù)多相流動(dòng)、多流動(dòng)模式、多場(chǎng)耦合等特點(diǎn)，以連續(xù)性介質(zhì)假設(shè)和達(dá)西定律為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)滲流力學(xué)無(wú)法準(zhǔn)確描述化學(xué)驅(qū)非連續(xù)多相流體滲流特征。對(duì)于化學(xué)驅(qū)滲流數(shù)學(xué)模型的研究，應(yīng)考慮乳化形成機(jī)制、乳化程度以及乳化原油流變特性等因素，能定量表征乳化對(duì)于原油流動(dòng)及提高采收率的影響，科學(xué)指導(dǎo)礦場(chǎng)化學(xué)驅(qū)化學(xué)劑的選擇和注入?yún)?shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

化學(xué)驅(qū)注入方案設(shè)計(jì)中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)層乳化調(diào)控機(jī)制的研究，針對(duì)油田儲(chǔ)層發(fā)育情況及開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，優(yōu)化化學(xué)劑類(lèi)型、濃度、注入速度、段塞組合等注入?yún)?shù)，使原油原位乳化后進(jìn)一步增加高滲透油層的滲流阻力。對(duì)于中低滲透儲(chǔ)層，可以在乳化劑體系進(jìn)入儲(chǔ)層之前，改變其分子結(jié)構(gòu)，降低其乳化性能，實(shí)現(xiàn)封堵高滲透油層、驅(qū)替中低滲透油層的目的。