异常低压油藏表面活性剂提高采收率影响因素分析

王成俊, 李小瑞, 高瑞民, 江邵静, 薛 媛， 赵晓亮



异常低压油藏表面活性剂提高采收率影响因素分析

王成俊1,2, 李小瑞1, 高瑞民2, 江邵静2, 薛 媛2， 赵晓亮3

(1.陕西科技大学 化学与化工学院, 陕西 西安 710021; 2.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院 采收率技术所， 陕西 西安 710075; 3.中国石油大学(北京) 石油工程学院， 北京 102249)

在低渗透油藏，利用表面活性剂驱提高采收率是可行的.但目前鲜有异常低压低渗透油藏表面活性剂驱的文献报道.研究采用油藏数值模拟技术，考虑毛管数、油水界面张力、注入浓度、粘度、吸附等因素，分析了影响常压油藏和异常低压油藏表面活性剂驱的敏感性因素；研究结果表明，对于常压油藏，毛管数对采收率影响最大，为最敏感因素，它决定了表面活性剂的选用、研发以及表面活性剂驱效果；而对于异常低压油藏，注入浓度的改变对采收率的作用更显著，其他因素如毛管数、吸附量、粘度对采收率的影响相对较小.因此针对低渗低压油藏的表面活性剂驱，应该重视注入浓度的优选，提高其驱油效果.

异常低压； 表面活性剂驱； 敏感性分析； 数值模拟

0 引言

表面活性剂提高驱油效率的思想最早见于20世纪20年代De Groot的活性水驱油专利[1,2].20世纪60年代到80年代，马拉松公司，埃克森公司在各自作业区内实施过表面活性剂驱，取得了一定效果[3-5].2003年，李淑霞就真12块油藏表面活性剂驱油进行数值模拟研究，并进行了注采参数优化[6,7]，但未查到矿场应用效果的相关资料；2007年，张凤莲就低渗透油藏表面活性剂驱油进行了数值模拟研究，并考虑了启动压力梯度的影响，从数学上模拟了表面活性剂降压增注的开发特征[8]，不过，其未能继续就表面活性剂驱的敏感性进行研究.

近年来，我国在延长油田(2007～2012)，镇北油田(2010～2012)以及朝阳沟油田(2011～2013)等低渗透油田相继进行了表面活性剂驱矿场试验，试验表明使用表面活性剂能降低注入压力、增大储层吸水指数、改善水驱效果[9-10]，但未提及表面活性剂各影响因素对开发效果的影响.在低渗透油藏中，具有异常低压性质的油藏的表面活性剂驱文献则较为罕见，表面活性剂参数对异常低压油藏采收率有多大影响、与常规油藏有何区别、开发中需注意哪些问题等都有待研究.

1 表面活性剂驱油机理

目前，学者普遍认为表面活性剂驱提高采收率主要体现在以下几个方面[11，12]：

(1)降低油水界面张力，从而降低小孔隙的毛细管力减小，使小孔隙内的原油得以动用，增加了波及系数；

(2)使孤立油滴聚并形成油带，增大了驱油效率；

(3)乳化作用，将原油形成水包油乳状液，改善流度比，增大驱油效率；

(4)改变岩石表面的润湿性，使岩石表面由油湿向水湿转变，降低岩石表面油膜厚度，增大驱油效率；

(5)改变原油流变性，破坏原油大分子中的网状结构，降低原油的极限剪切应力，提高采收率.

以上因素是影响表面活性剂驱油效果的主要因素.但是在相同的表面活性剂注入条件下、不同的储层条件下，表面活性剂驱通常表现为不同的驱油效果.因此有必要根据不同的储层条件，分析影响表面活性剂驱效果的主控因素，这将对表面活性剂驱实施起到重要的指导作用.本研究针对异常低压油藏，分析了影响其开发的主控因素并进行了敏感性分析.

2 表面活性剂驱数值模拟

Z油田位于鄂尔多斯盆地，平均孔隙度10%，平均渗透率20×10-3μm2，埋深700～800 m，原始地层压力3.5 MPa，压力系数不足0.5，是一个典型的异常低压低渗透油藏；油藏目前已进入高含水阶段，亟需采取提高采收率措施，提高驱油效率，改善开发效果.

根据Z油田的地质参数建立了机理模型进行表面活性剂驱油数值模拟研究，并选取了正常压力(压力系数为1.02)油藏进行表面活性剂参数影响因素的对比.油藏数值模拟研究中，生产井以定井底流压方式生产，注水井均以定注入量注入，模拟时间为20年,油藏模型示意图如图1所示.

(a)异常低压油藏

(b)正常压力油藏图1 油藏模型示意图

2.1 吸附量

表面活性剂在岩石表面不可避免的发生吸附，这可能对表面活性剂驱油效果发生影响.为对比吸附量对表面活性剂驱采收率影响，设计了7组表面活性剂驱实验和1组水驱对比实验.实验模拟结果如图2所示.

图2 吸附量与采收率关系图

结果表明，无论油藏是正常压力系统或是异常低压，只有在吸附量降低到某一值时，表面活性剂驱的采收率才会有较大提高，并且在吸附量降到一定值后，采收率随吸附量变化极小.这是由于表面活性剂最先消耗在注水井的近井地带，而这一区域的水驱PV数较大，正是驱替效果最好的区域，只有当注入的表面活性剂波及到离注水井较远区域时，表面活性剂的作用才能发挥出来，采收率变化才明显.

2.2 注入浓度

对比表面活性剂注入浓度对采收率的影响时，设计5组表面活性剂驱实验和1组水驱对比实验.实验模拟结果如图3所示.

图3 注入浓度与采收率关系图

结果表明，异常低压油藏和正常压力油藏一样，表面活性剂的注入浓度越大，采收率越高.因为注入浓度越大，在吸附量一定的情况下，表面活性剂能波及到的区域越大，总体的驱油效率越高，不过应当注意的是，浓度越大，表面活性剂溶液密度越大，所需的注入压力越大，因此，最佳注入浓度需要结合油藏实际进行选择.

2.3 油水界面张力

对比油水界面张力对采收率的影响时，设计7组表面活性剂驱实验和1组水驱对比实验.实验模拟结果如图4所示.

图4 界面张力与采收率关系图

结果表明，异常低压油藏与正常压力油藏的采收率随界面张力的变化趋势不一致.油藏为正常压力系统时，油水界面张力降到一定数量级时，采收率明显升高；在异常低压条件下，降低界面张力对采收率影响不明显，即使界面张力很低，采收率增幅却不明显.这是因为对于正常压力油藏，油水界面张力下降，毛管数增大，残余油饱和度降低，驱油效率增加，采收率会明显增加；但在异常低压油藏，生产压差一般很低，在很低的生产压差条件下，毛管数对采收率的提高幅度有限.

2.4 粘度

对比表面活性剂溶液粘度对采收率的影响时，设计6组表面活性剂驱实验和1组水驱对比实验，实验模拟结果如图5所示.

图5 粘度与采收率关系图

结果表明，表面活性剂溶液粘度越大，采收率越高.增大表面活性剂溶液的粘度，有助于抑制粘性指数的影响，提高驱油效率；当表面活性剂粘度大于原油粘度后，驱替前缘趋于稳定，此时继续增大粘度对采收率的影响十分有限，并且表面活性剂粘度的增大将增大渗流阻力，注入压力稍有上升.

2.5 毛管数

对比毛管数对采收率的影响时，设计6组表面活性剂驱实验，实验模拟结果图6所示.

结果与界面张力对采收率的影响类似，油藏为正常压力系统时，临界毛管数N值与采收率之间几乎呈三段直线关系.当表面活性剂无法改变残余油饱和度或是能实现对原油完全驱替时，N值对采收率几乎无影响；而当表面活性剂能部分改变残余油饱和度时，采收率随着N值的降低线性增加.油藏为异常低压时，采收率随临界毛管数N变化幅度不大，存在一个峰值.

图6 毛管数与采收率关系图

3 敏感性分析

从上述模拟结果可以看出，表面活性剂的属性(界面张力、吸附量、粘度、浓度)以及地层属性(毛管数)对表面活性剂驱采收率有着不同程度的影响.将各影响因素的影响规律归一化，并将其与采收率的关系绘于图7所示.

(a)常压油藏

(b) 异常低压油藏图7 敏感性因素分析图

由图7可以看出，在该实验条件下，油藏属于正常压力系统时，毛管数对表面活性剂驱采收率影响最大，其次是注入浓度，粘度以及吸附量；但油藏属于异常低压时，注入浓度的改变对采收率的作用更显著，其次是临界毛管数N值、界面张力、粘度及吸附量.

4 结论

(1)表面活性剂驱的各个影响因素对采收率有着不同程度的影响，且在不同类型油藏中影响程度也有所区别.正常压力油藏的表面活性剂驱参数敏感程度由高到低依次为：毛管数、油水界面张力、注入浓度、粘度、吸附量；而在异常低压油藏则依次为注入浓度、毛管数、油水界面张力、粘度、吸附量.

(2)对于异常低压油藏，提升地层压力，保证一定的生产压差比降低界面张力、改变残余油饱和度更重要，出现注入压力快速下降时应增大注入量，维持足够的生产压差，确保驱替系统的有效性.

(3)准确测定毛管数与残余油饱和度的关系曲线非常重要，不论油藏是何种类型，残余油饱和度的降低能提高微观驱油效率，使采收率增加；考虑到表面活性剂的成本，若无法降低残余油饱和度时，不建议采用表面活性剂驱油.

[1] 岳湘安，王尤富，王克亮.提高石油采收率基础[M].北京：石油工业出版社,2007.

[2] 惠晓霞.表面活性剂驱油[J].油田化学，1984(1)：32-38.

[3] 张 朔，蒋官澄，郭海涛.表面活性剂降压增注机理及其在镇北油田的应用[J].特种油气藏，2013，20(2)：111-114.

[4] 郭东红，李 森，袁建国.表面活性剂驱的驱油机理与应用[J].精细石油化工进展，2002，3(7)：35-41.

[5] 陈 刚，宋莹盼，唐德尧，等.表面活性剂驱油性能评价及其在低渗透油田的应用[J].油田化学，2014，31(3)：410-413.

[6] 李淑霞，姜汉桥，叶慧民.真12块表面活性剂驱数值模拟研究[J].石油大学学报(自然科学版)，2003，27(5)：44-46.

[7] 周亚洲，殷代印，张承丽.降低启动压力的表面活性剂体系在朝阳沟油田的应用[J].油田化学，2013，30(4)：565-569.

[8] 张凤莲.低渗透油藏表面活性剂油数值模拟[J].大庆石油学院学报，2007，31(1)：31-34.

[9] 郭 健,赖小娟，张 力，等.提高低渗油藏采收率的技术分析-以西峰油田为例[J].陕西科技大学学报(自然科学版)，2012，30(6)：66-70

[10] 陈晓明,廖新维,赵晓亮，等.黑59区块回注气驱CO2浓度优选[J].陕西科技大学学报(自然科学版)，2015，33(2)：103-107.

[11] 王 欢，廖新维，赵晓亮，等.新疆油田CO2驱提高原油采收率与地质埋存潜力评价[J].陕西科技大学学报(自然科学版)，2013，31(2)：74-79.

[12] 王 锐，吕成远，伦增珉，等.低渗透油藏CO2驱替过程中的混相特征实验研究[J].陕西科技大学学报(自然科学版)，2015，33(3)：105-110.

【责任编辑：陈 佳】

Study on surfactant flooding in low-permeability reservoirs of subnormal pressure

WANG Cheng-jun1,2, LI Xiao-rui1, GAO Rui-min2, JIANG Shao-jing2, XUE Yuan2， ZHAO Xiao-liang3

(1.College of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.Shaanxi Extend Oil (group) Co., Ltd. Research Institute,EOR Department, Xi′an 710075, China; 3.College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum(Beijing), Beijing 102249, China)

Surfactant flooding is available in low-permeability reservoirs,but the study in these fields of subnormal pressure are rarely.This paper uses numerical simulation method to study the effects of key parameters on performance of surfactant flooding.The results show capillary number is the most sensitivity factor in normal pressure reservoirs,and it decides the select and the research of surfactant.It also determines the effect of surfactant flooding.But in reservoirs of subnormal pressure,the injection concentration is the most sensitivity factor,other parameters like adsorption and viscosity affect the oil recovery are similar to that in reservoirs of normal pressure.This study can provide key

for surfactant flooding in low-permeability reservoirs of subnormal pressure.

subnormal pressure; surfactant flooding; sensitivity analysis; numerical simulation

2016-09-19

国家科技支撑计划项目(2012BAC26B00)； 陕西省国土资源局科技计划项目(ycsy2012ky-G-03)

王成俊(1981-)，男，重庆北碚人，工程师，在读博士研究生，研究方向：采收率技术

1000-5811(2016)06-0116-04

TE341

A