改性纳米硅强化乳状液调驱体系研制与应用

毛 源 葛际江 唐存知 蒋 平 李月胜 裴海华

(1.中国石化股份公司胜利油田分公司河口采油厂，山东 东营 257200；2.中国石油大学(华东)石油工程学院，山东 青岛 266580)

胜利陈庄油田陈25块主要含油层系为下馆陶组，是一个具继承性发育的受基岩古地形控制的披覆构造稠油油藏。注水开发中存在的问题有：(1) 储层非均质性强，层间动用差异大；(2) 井间普遍存在注水冲刷形成的高渗通道；(3) 稠油黏度高，水驱采收率低[1-6]。针对陈25块地下稠油黏度较高、水驱采收率低的问题，提出了在封堵高渗透通道的基础上开展改性纳米硅强化乳状液深部调驱技术[7-9]，提高层内的驱油效率，达到降水增油效果。该体系不但可以对稠油有优异的稀释降黏作用，也可大幅度降低驱替前沿稠油的黏度，从而有效降低稠油的流动阻力；同时改性纳米硅强化的乳状液可以赋予驱替相增黏机理、乳状液捕集机理，使驱替相具有较为理想的流度控制能力，从而有效改善水油流度比[10-14]，提高区块采收率。

1 稳定乳状液体系的制备

以廉价的脂肪酸甲酯为油相，研究了新型乳化剂制备O/W型乳状液体系的条件，考察不同乳化剂浓度、无机盐浓度等对乳状液体系的稳定性、粒度分布以及流变性的影响，从而优化乳状液配方。研究表明，单纯乳化剂制得的乳状液稳定性不够，且耐盐性较差。本次研究利用改性纳米硅和乳化剂的协同作用，进一步提高乳状液的稳定性和耐盐性。

1.1 实验仪器及药品

实验仪器：HGB550高速搅拌器；DV-II+Brookfield黏度计；Zetasizer 2000 Zeta 电位仪；pHS-25型pH计；ST-2000比表面孔径测定仪；FS-250超声波粉碎仪；PH100 Phenix数码显微镜；JJ-1-160A增力电动搅拌器。

实验药品：脂肪酸甲酯；TX-60S乳化剂(100%，自制)；改性纳米硅(自制)；NaCl(分析纯)；HCl(分析纯)；NaOH(分析纯)。

1.2 改性纳米硅强化乳状液制备

首先配置改性纳米硅和乳化剂母液。将母液搅拌30 min，使改性纳米硅均匀分散；再用超声波震荡 15 min后，将其倒入高速搅拌器中，以3 000 r/min的转速搅拌的同时缓慢将脂肪酸甲酯加入搅拌器；最后以9 000 r/min的转速搅拌5～10 min 即可得到乳状液体系。

1.3 试验方法

乳状液流变性主要通过DV-Ⅱ+Brookfield黏度计测定；乳状液的粒度分布用PH100 Phenix数码显微镜测定；改性纳米硅的比表面积由ST-2000比表面孔径测定仪测定；Zeta电位由Zetasizer 2000型Zeta电位测定仪测定。

2 改性纳米硅强化乳状液体系性能评价

2.1 改性纳米硅浓度对乳状液性能的影响

2.1.1 乳状液的稳定性

在65 ℃条件下，将质量分数为0.01%～1.00%的改性纳米硅分别与质量分数为0.10%的乳化剂TX-60S混合，经高速搅拌后得到所需的乳状液，然后放入比色管中静置。观察发现，改性纳米硅质量分数对乳状液稳定性具有显著影响。

2.1.2 乳状液的粒度分布

用数码显微镜观察不同质量分数下的改性纳米硅和0.10% TX-60S复配制备的乳状液。实验表明，在0.10%TX-60S中加入不同质量分数的改性纳米硅后，都能形成粒径均匀的O/W型乳状液。

2.1.3 乳状液的流变性

用黏度计测定了在0.10%TX-60S体系中加入不同质量分数的改性纳米硅(分别为0.01%、0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%)后乳状液的流变性，如图1所示。从图中可以看出，当改性纳米硅质量分数小于0.30%时，乳状液的黏度基本不发生变化；当改性纳米硅质量分数大于等于0.30%时，乳状液的黏度显著提高。

图1 不同质量分数的改性纳米硅和0.10%TX-60S制备的乳状液流变性曲线

2.2.1 乳状液体系的稳定性评价

在65 ℃条件下，将质量分数为0.30%的改性纳米硅与质量分数分别为0.01%、0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%的TX-60S乳化剂经过高速搅拌后得到O/W型乳状液，将其装入 50 mL比色管中静置。结果显示，当乳化剂TX-60S的质量分数小于0.05%时，乳状液体系不稳定，发生了明显的分层现象。当TX-60S的质量分数达到0.10%后，乳状液进入稳定阶段。所以，与0.30%改性纳米硅复配后，为使乳状液保持稳定，TX-60S的质量分数不能低于0.10%。

2.2.2 乳状液体系的粒度分布评价

用数码显微镜采集不同质量分数的TX-60S和0.30%改性纳米硅复配制备的乳状液的微观图片。可以看出，不同质量分数的TX-60S和0.30%改性纳米硅复配，制备的乳状液粒径随着TX-60S质量分数的上升，粒度分布逐渐均匀，且平均粒径越来越小。

2.2.3 乳状液体系的流变性评价

采用Brookfield黏度计评价了质量分数为0.30%的改性纳米硅和不同质量分数的TX-60S(0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%)形成的稳定乳状液的流变性，如图2所示。随着TX-60S质量分数的增大，乳状液的黏度逐渐降低；当质量分数大于0.30%后，乳状液黏度变化不大。

图2 加入不同质量分数的TX-60S体系对乳状液体系流变性的影响

因此既要保证乳状液体系具有较好的稳定性，又要使乳状液体系具有一定的黏度，最佳的乳化液配方是0.10%(TX-60S)+0.30%改性纳米硅。

2.3 改性纳米硅强化乳状液体系的耐盐性分析

2.3.1 乳状液体系的稳定性

将脂肪酸甲酯与含有不同质量分数NaCl(0.50%、1.00%、2.50%、5.00%、10.00%)的0.30%改性纳米硅+0.10%(TX-60S)水溶液经高速搅拌机搅拌，得到水包油乳状液，然后各装50 mL在比色管中。当ωNaCl<2.50%时，乳状液可以稳定30 d，但是当ωNaCl>2.50%后，乳状液开始不稳定，随后发生明显分层现象。

2.3.2 乳状液体系的粒度分布

用数码显微镜观察0.30%改性纳米硅+0.10%(TX-60S)体系在不同ωNaCl条件下的乳状液微观图像。可以看出，当ωNaCl<2.50%时，乳状液的粒径较小且非常均匀，此时乳状液的稳定性也较好；当ωNaCl>2.50%时，乳状液的粒径明显变大，且变得十分不均匀，此时乳状液变得十分不稳定，发生明显的分层现象。

2.3.3 乳状液体系的流变性

采用黏度计评价了不同ωNaCl质量分数(0%～10%)下，与0.30%改性纳米硅+0.10%(TX-60S)制备的乳状液的流变性。实验结果表明，随着ωNaCl的上升，乳状液黏度逐渐降低，但是下降幅度不明显。由此可见，改性纳米硅强化乳状液体系具有很好的耐盐能力。

3 现场试验效果分析

2015年9～12月，在陈25块主体部位完成5口井乳状液调驱现场施工，受效油井24口。措施前日产油107.3 t，综合含水率95.7%。整体调驱后，日产油上升至145.4 t，综合含水率下降至94.5%，日增油38.1 t，综合含水率下降了1.2%，累计增产原油 11 653 t(见图3)。

图3 陈25块主体部位试验单元调驱前后生产曲线

4 结 语

(1) 在0.10%(TX-60S)乳化剂中加入改性纳米硅后，乳状液体系稳定性得到显著提高。当改性纳米硅质量分数超过0.30%时，乳状液的黏度显著上升，且耐盐性允许ωNaCl达到2.50%。

(2) 改性纳米硅强化乳状液体系的最佳配方是0.10%(TX-60S)+0.30%改性纳米硅。由此制备的乳状液体系既稳定且具有一定黏度，同时具有较好的耐盐性。

(3) 现场应用表明，试验单元增油降水明显，提高采收率效果显著。