低渗透油藏微乳液驱配方优选及微观剩余油研究

殷代印，贾江芬

(东北石油大学石油工程学院，黑龙江 大庆 163318)

低渗透油藏的天然物性较差，孔隙结构复杂，低孔低渗现象普遍，油藏非均质性差，天然能量低，渗流阻力大，地层压力下降快，油藏见水后由于地层压力急剧下降导致油井产量骤降，因此，低渗透油藏开发难度较大[1-5]。微乳液驱具有降低界面张力、改变油水流度比和岩石表面润湿性的特点，从而提高原油采收率，达到进一步提高油藏开发效果的目的。杨珂等[6]通过驱油效率对微乳液配方的优选进行研究，验证了微乳液提高采收率的结论。实验证明，界面张力对相对渗透率曲线和残余油饱和度都有较大影响。近年来，微乳液驱油广泛应用于三次采油，在低渗透油藏中的开发效果最为明显。微乳液中的表面活性剂是降低界面张力的主要因素，乳化作用是提高驱油效率的重要因素，更多的研究表明[7-10]加入盐、醇的微乳液体系驱油效果更好。前人对微乳液的研究主要侧重配方的研制、驱油效果的评价，缺乏详细的机理研究和剩余油动用状况研究[11]。本课题从宏观和微观两方面相结合说明微乳液驱提高采收率的机理，为提高采收率提供理论依据。

1 实 验

1.1 实验仪器及材料

真空泵，上海真空泵厂海安分厂生产；HW-4A型恒温箱，海安华达石油仪器有限公司生产；HSB-100型双缸恒速恒压泵，海安县石油科研仪器有限公司生产；TY-2型岩心夹持器，江苏海安石油仪器厂制造。

实验所用模拟油是以大庆第十采油厂原油与煤油按一定比例配制而成，模拟油45 ℃的动力黏度为9.7 mPa·s；模拟盐水的矿化度分别为6 778 mgL和508 mgL；大庆油田第十采油厂天然岩心标记为2-1，3-1，6-1，7-1；光刻玻璃模型天然岩心编号为1号，2号，3号；正辛烷，分析纯，纯度大于95%，沈阳华东试剂厂生产；十二烷基磺酸钠，分析纯，纯度大于99%，沈阳华东试剂厂生产；正丁醇，分析纯，纯度大于98%，沈阳华东试剂厂生产；NaCl，分析纯，纯度大于95%，沈阳华东试剂厂生产。

1.2 实验方法

1.2.1正交试验设计利用正交试验法设计最佳微乳液体系，以不同含量的十二烷基磺酸钠、正丁醇和NaCl为影响因素，以溶液体系的界面张力为评价指标，根据各水平因素的加权平均值优选出最佳的微乳液配方。

1.2.2天然岩心微乳液驱油实验实验步骤：①将岩心抽真空，然后饱和模拟地层水，测定其渗透率和孔隙度；②用模拟油驱替岩心至出口端不再见水为止，计算岩心的初始含油饱和度；③在45 ℃的恒温条件下用矿化度为508 mgL的模拟水驱替岩心中的原油，直至出口端含水率第1次达到98%；④转注累积注入倍数为0.3的微乳液，然后进行后续水驱，直至出口端含水率再次达到98%时结束实验。

1.2.3光刻玻璃模型微观驱油实验以光刻玻璃模型为实验模型，该模型具有孔隙结构真实可靠、透明度高、可重复使用等特点，其具体制作过程如下：对大庆外围低渗透典型区块进行取心，得到不同渗透率的天然岩心，将所取岩心的孔隙结构照片印在玻璃板底上，并利用氢氟酸的腐蚀作用，使底板上的孔隙网络结构立体化。然后在盖板上钻出所需的注入端和采出端，把盖板和底板粘连在一起，最终形成不同渗透率的光刻玻璃模型。制作好的光刻玻璃模型如图1所示。利用光刻玻璃模型进行驱油实验，通过微观图像采集系统将驱油过程的图像保存在计算机上，为后续的图像处理和分析提供条件。将计算机与显微镜结合构成微观图像采集系统，将显微镜的图像信号转化为计算机数字信号，拍摄并保存整个微乳液驱油过程中的图像，实现微观驱油过程的可视化，这是光刻玻璃模型最大的优势，有助于深入研究剩余油的类型和分布规律。具体实验方法如下：①将光刻玻璃模型饱和模拟油在45 ℃的恒温条件下放置2 h；②用矿化度为6 778 mgL的模拟盐水以恒定的速率驱替模型中的原油，直至采出液中不再含油为止，利用微观图像采集系统全程录制驱油过程，计算采收率，分析剩余油的类型和分布规律；③注入微乳液体系驱替水驱油后形成的剩余油，直至出口端不再含油为止。利用微观图像采集系统全程录制驱油过程，计算微乳液驱采收率，分析驱替过程中不同时刻剩余油的变化情况。

图1 光刻玻璃模型示意

2 结果与讨论

2.1 微乳液体系优选结果

利用正交试验优选出最佳微乳液体系，研究不同含量的表面活性剂十二烷基磺酸钠(a)、助剂正丁醇(b)和盐NaCl(c)对微乳液体系界面张力的影响，最终确定界面张力最低的微乳液体系为最佳配方。正交试验设计结果见表1～表3。由表1～表3正交实验分析可得，界面张力最低的组合为a2b2c3，即十二烷基磺酸钠、正丁醇、NaCl的质量分数分别为4.8%，7.0%，6.0%，经测定该体系的界面张力为0.002 4 mNm。

表1 微乳液体系的正交试验设计 w,%

表2 微乳液体系的正交试验结果

表3 微乳液体系的试验结果分析

2.2 驱油实验结果

分别选取编号为2-1，3-1，6-1，7-1的天然岩心进行驱油实验，微乳液驱油效果见表4。从表4可以看出：①天然岩心2-1，3-1，6-1，7-1的渗透率分别为1.78×10-3，7.65×10-3，13.89×10-3，29.11×10-3μm2；孔隙度分别为15.23%，17.31%，18.29%，20.65%；②采收率随渗透率的增大而增大，当岩心渗透率从1.78×10-3μm2增大到29.11×10-3μm2时，水驱采收率从18.89%增大到37.24%，微乳液驱采收率从24.34%增大到49.38%；与水驱相比，微乳液驱采收率增幅从5.45百分点增大到12.14百分点。可见微乳液驱提高采收率效果较为显著。

表4 天然岩心微乳液驱油效果

图2 天然岩心3-1和岩心6-1驱油实验结果

在45 ℃的恒温条件下以上述优选出的最佳配方的微乳液体系为驱替液，选取2种渗透率级别不同的岩心编号分别为3-1和6-1的天然岩心进行驱油实验，研究含水率和采出程度与累积注入倍数的关系，结果见图2。从图2可以看出：①注水前期含水率随累积注入倍数的增大而急剧上升，当含水率达到90%时，含水率曲线逐渐平缓，含水率达到98%时，注入微乳液，此时含水率迅速下降，当降低到最低点后进行后续水驱，含水率开始上升直至再次达到98%；②采出程度随累积注入倍数的增大逐渐增大，当注入微乳液后，采出程度曲线出现一个拐点，此时采油速率增大，采出程度上升速率明显加快。不同渗透率级别的岩心采出程度上升速率不同，渗透率大的岩心采出程度大，上升速率更快。

2.3 光刻玻璃模型驱油实验

选取1号、2号、3号天然岩心，利用光化学刻蚀技术将其孔隙网络结构刻录在玻璃模型上，制成不同孔隙结构的光刻玻璃模型。以优选出的最佳配方微乳液体系为驱替液，研究不同渗透率级别的光刻玻璃模型的微观驱油效果，不同渗透率光刻玻璃模型采收率见表5。从表5可以看出：①1号、2号、3号天然岩心的渗透率分别为5×10-3，15×10-3，25×10-3μm2；②随岩心渗透率的增大，水驱和微乳液驱的采收率逐渐增大，相同渗透率条件下，微乳液驱的采收率大于水驱采收率，采收率增幅随渗透率的增大而增大；③当光刻玻璃模型的渗透率由5×10-3μm2增大到25×10-3μm2时，水驱采收率由20.64%增大到35.82%，微乳液驱采收率由25.98%增大到46.97%，与水驱相比，微乳液驱采收率增幅从5.34百分点增大到11.15百分点。

表5 不同渗透率光刻玻璃模型采收率

通过对比天然岩心驱油实验和可视化微观驱油的结果可以发现，光刻玻璃模型与对应的天然岩心驱油实验的变化规律相同，微乳液驱的采收率均随渗透率的增大而增大；同一渗透率级别条件下，微乳液驱的采收率相差不大；与水驱相比，采收率增幅也相差不大，微乳液驱的驱油效果相同，均能有效提高采收率。证明了光刻玻璃模型驱油实验的准确性和可靠性，能够用该模型来模拟微乳液在实际地层中的渗流状况和剩余油分布状况及其流动过程。

2.4 剩余油微观动用机理

图3 膜状剩余油的照片

图4 油滴状剩余油的照片

图5 盲端状剩余油的照片

2.4.1驱替结果微乳液驱油开始后，水驱形成的剩余油开始发生启动和运移，根据微观驱油的图像采集系统记录驱油过程，观察剩余油启动和运移的过程，分析微乳液驱油过程中各类剩余油的形态和位置变化，以深入分析微乳液体驱的微观驱油机理。依据剩余油在孔隙中的分布状态将低渗透油藏的微观剩余油分为5种类型：膜状、油滴状、盲端状、簇状、柱状剩余油。不同类型剩余油初始状态和最终状态的形貌照片见图3～图7。不同类型的剩余油分布形态和位置变化不同，膜状剩余油的初始状态为紧贴在孔隙壁上不易流动，随微乳液的注入，膜状剩余油逐渐被拉长从而断裂为小油滴被驱替出去；油滴状剩余油以大油滴的状态存在于喉道中，注入微乳液后，可以降低油水界面张力，从而克服流动阻力，使剩余油以小油滴的形式从狭小喉道中被驱替出去；盲端状剩余油主要残存在喉道端部，随微乳液的注入逐渐被乳化成小油滴，最终被驱替出去；簇状剩余油主要以死油区的形式存在，注入微乳液后，增大波及面积，最终被驱替出去；柱状剩余油主要以柱状的形式残存在喉道中，注入微乳液后，驱替压差增大，剩余油逐渐被拉伸变形成小油滴被驱替出去。

图6 簇状剩余油的照片

图7 柱状剩余油的照片

从光刻玻璃模型实验中可以得到微乳液驱油后各类型剩余油的动用比例，结果见表6。从表6可以看出：①簇状剩余油动用比例随岩心渗透率的降低而降低，而其它4类剩余油动用比例则随岩心渗透率的降低而增大；②在同一岩心渗透率的条件下，簇状剩余油动用比例最大，油滴状剩余油次之，膜状剩余油动用比例最小，当岩心渗透率为15×10-3μm2时，簇状剩余油的动用比例为51.89%，膜状剩余油的动用比例为6.12%。这是因为随岩心渗透率的降低，渗流阻力增大，渗流速率较慢，容易形成簇状剩余油；由于低渗透岩心的驱替阻力较大，导致簇状剩余油的动用比例随渗透率的降低而降低，而其它4类剩余油受驱替压差和喉道的作用，动用比例随渗透率的降低而增大。

表6 微乳液驱油后各类型剩余油的动用比例

2.4.2驱替机理微乳液体系中的表面活性剂可以与原油发生反应，从而增强原油的活性，进一步降低界面张力。微乳液驱替前期微乳液体系通过降低界面张力使毛管力、内聚力和黏滞力大幅度降低，从而可以驱动岩石孔隙内的各种残余油，使不可动残余油可动。与水驱相比，高黏度的微乳液具有较强的乳化携带作用，改变油水流度比，使残余油拉伸、断裂为小油滴，进入流动通道中被驱替出去。在驱油过程中，微乳液可以改变岩石润湿性，从而改变毛管力方向和大小，将毛管力变为驱替动力，提高驱油效率[12-18]。

3 结 论

(1)天然岩心驱油实验结果表明，采收率随渗透率的增大而增大；与水驱相比，微乳液驱可以显著提高采收率，岩心渗透率从1.78×10-3μm2增大到29.11×10-3μm2，则采收率增幅从5.45百分点增大到12.14百分点。

(2)可视化微观驱油实验结果表明，光刻玻璃模型微乳液驱采收率由25.98%增大到46.97%，驱油效果与天然岩心驱油效果一致，说明结论具有可靠性。

(3)将微观剩余油分为簇状、柱状、盲端、油滴、膜状5种类型，观察剩余油动用状况，其中簇状剩余油和油滴状剩余油的动用比例最高，而膜状剩余油的动用比例最低。

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