渣油沥青乳状液阻力特性及提高采收率实验研究

杨怀军，崔丹丹

（中国石油大港油田采油工艺研究院，天津300280）

化学工程

渣油沥青乳状液阻力特性及提高采收率实验研究

杨怀军，崔丹丹

（中国石油大港油田采油工艺研究院，天津300280）

本文将石油副产品渣油或沥青制成乳状液，研究了乳状液的特性、在多孔介质中的封堵以及驱油性能。实验结果表明：乳状液粒径范围在0.1 μm～10 μm，在多孔介质中不但可以运移驱替，而且可以起到一定的封堵作用；岩心驱油实验表明乳状液较水驱提高采收率15个百分点以上。

阻力特性；渣油；沥青；乳状液；采收率

目前，聚合物驱油已成为三次采油提高原油采收率主体技术之一，并在国内实现大规模工业化应用[1-4]，其应用的油藏温度应低于70℃，矿化度＜10 000 mg/ L，地下原油黏度小于50 mPa·s的为主[5]，当遇到中低渗、高温、高盐、高黏油藏时，聚驱技术应用存在很大的局限性，且化学剂注入油层后均无法回收利用，成本相对较高。因此，大幅度提高特种油藏采收率已成为化学驱发展的紧迫任务，需要研发一种适合此类油藏条件下提高原油采收率的新技术。鉴于此，本文提出了由渣油或沥青与乳化剂制备乳状液来提高低渗油藏采收率的方法。考察了乳状液浓度对降低油水界面张力的贡献，进行了乳状液粒径分布、阻力特性和驱油效果的研究，此方法证实了乳状液在多孔介质中不但可以运移，而且有一定封堵能力，岩心物理模拟实验提高采收率达17个百分点。

1 实验部分

1.1 实验药品及仪器

药品：RCS（乳化剂，有效含量为40%），渣油，沥青，甘油，聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺HTPW-112（天津，水解度25.6%，相对分子质量为2 500万），大港油田官109-1断块注入水，大港油田家47-11井脱水原油。

仪器：TX-500C界面张力仪、激光纳米粒度仪、岩心物理模拟实验装置。

实验温度：78℃。

1.2 实验方法

（1）乳状液制备：配制一定浓度的乳化剂溶液，并将其加热至80℃左右；将渣油或沥青加热至流动状态，而后按配比加入热的乳化剂溶液中，搅拌使其乳化。

（2）界面张力测定：选用TX-500C界面张力仪测定不同乳化剂浓度下乳状液的油水界面张力，界面张力仪转速为5 000 r/min。

（3）乳状液粒径测定：采用激光纳米粒度仪测定不同渣油或沥青配比下乳状液粒径。

（4）分流率测定：将蒸馏水以及乳状液分别在两层人造非均质岩心上进行驱替，岩心中低渗透层渗透率分别为4.1 μm2、1.9 μm2，实验采用合注分采的方式，其中的分流率是指较低渗透层的分流率，即较低渗透层出口流量与出口总流量之比。

（5）驱油实验：实验用人造非均质岩心进行极限水驱以及乳状液（5%的渣油乳状液）驱，岩心渗透率分别为0.106 μm2、0.109 μm2。极限水驱：水驱4 PV至含水98%以上；乳状液驱：水驱2 PV，而后进行0.3 PV的乳状液驱，后续水驱至4 PV。

2 结果与讨论

2.1 乳状液降低界面张力能力

不同浓度乳状液降低油水界面张力能力曲线（见图1）。油水界面张力随乳状液浓度增加逐渐减小，乳状液浓度较低时，乳状液分子在油水界面的排列较疏松，随着乳状液浓度的增加，分子在油水界面的排列变得紧密[6]，降低界面张力的能力较快；浓度继续增加，分子在油水界面的排列已趋于平衡，降低界面张力的速度变缓。当乳状液浓度达到0.1%时，油水界面张力达到超低，为10-3mN/m数量级。界面张力达到超低可大幅度降低残余油饱和度，提高驱油效率[7，8]，有利于油的驱替。

图1 不同乳化剂浓度降低油水界面张力曲线

2.2 乳状液粒径分布

乳状液显微镜照片以及粒径分布曲线（见图2），乳状液粒径范围在0.1 μm～10 μm，平均粒径为6.3 μm，乳状液粒径中稍大的颗粒在运移中会对大孔道起一定封堵作用，使小粒径颗粒可以进入不易被波及的小孔道，提高驱油效率[9，10]。以大港油田某层数据为例（见表1），孔隙半径绝大部分集中在10 μm以下，其中0.1 μm～1 μm的占到38.7%，可能是剩余油的主要部分；1 μm～10 μm的占到42.5%，是渗流的主要通道。乳状液在这样的储层进行驱替会对较大的孔吼进行封堵，使后续注入的驱替液进入小孔道驱替剩余油，提高驱油效率。

表1 孔隙半径分布

2.3 乳状液的阻力特性

不同体系（体系黏度相同）在多孔介质中的压力梯度动态变化（见图3）。乳状液的运移阻力明显高于聚合物溶液和甘油，且压力波动明显，其压力峰值对于提高波及效率起着关键的作用，乳状液在运移过程中的压力波动也证明了其在多孔介质中封堵、运移、再封堵、再运移的特性。

乳状液的分流率与压力随注入量变化曲线（见图4）。可见，与蒸馏水的分流率（19%）相比，乳状液的分流率相对较大（30%），这说明，在实验条件下，乳状液进入低渗介质的能力大于蒸馏水进入低渗介质的能力，即乳状液的波及效率高于油田污水的波及效率。此外，乳状液的分流率随着乳状液注入量的增加而呈波动变化，且与压力梯度随注入量的变化趋势有较强的一致性，这说明注入乳状液过程中的封堵引起的压力增加将促使更多的乳状液进入低渗介质。

渗透率级差对乳状液波及效率（较低渗透层分流率）的影响（见图5）。乳状液波及效率的大小与非均质多孔介质的渗透率级差密切相关：渗透率级差越大，具有相同性质的乳状液的波及效率越低。这主要是由于乳状液波及效率受乳状液粒径与多孔介质孔径之间匹配关系的影响。乳状液在高渗介质中的较高运移阻力是由大粒径乳状液液滴封堵而引起的，而液滴能否封堵孔隙主要取决于粒径与孔径的比值。在乳状液性质相同的条件下，多孔介质的孔径越大，渗透率级差越大，乳状液越不易产生封堵，就不能产生足够的运移阻力迫使乳状液进入低渗介质，乳状液的波及效率因此而降低。

2.4 驱油性能

乳状液驱油综合曲线（见图6），实验表明，乳状液驱油较水驱提高采收率17个百分点。乳状液驱在注体系阶段含水率降低幅度较小，但在后续水驱阶段降含水作用极为显著。这说明，乳状液的封堵作用使后续水驱进入中低渗透层，从而提高中低渗透率层的波及效率。

图2 乳状液的显微照片和粒径分布

图3 不同体系在多孔介质中的压力梯度动态变化

图4 乳状液的分流率与压力随注入量变化曲线

图5 渗透率级差对乳状液波及效率的影响

图6 乳状液驱油综合曲线

3 结论

（1）渣油或沥青乳状液粒径范围在0.1 μm～10 μm，其在多孔介质中不但可以运移驱替，而且可以起到一定的封堵作用。

（2）证实了渣油沥青乳状液室内岩心物理模拟试验提高采收率在15个百分点以上。

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Experimental study on resistance characteristics and improving recovery rate of residuum asphalt emulsion

YANG Huaijun，CUI Dandan
（Oil Production Technology Institute of PetroChina Dagang Oilfield，Tianjin 300280，China）

In this paper,petroleum by-products residuum or asphalts are made into emulsion. Emulsion's characteristics,plugging performance and flooding performance in porous media are studied.The results show that granul diameter of emulsion range from 0.1 μm to 10 μm,it not only can migrate and displace in porous media,but also can play a role of certain plugging effect.The experiment of core flooding shows that water flooding,compared with emulsion flooding,can enhance oil recovery ratio by 15 percent or more.

resistance characteristics；residuum；asphalt；emulsion；recovery ratio

TE357.46

A

1673-5285（2016）01-0086-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.023

2015－11-02

国家自然科学基金资助项目“聚驱后二元复合驱剩余油分布及启动机制研究”，项目编号：51074172。

杨怀军（1963-），高级工程师，2005年博士毕业于西南石油大学油气田开发工程专业，现主要从事三次采油技术研究与应用工作，邮箱：dg_cuiddan@petrochina.com.cn。