耐温型分子膜驱油剂性能评价及应用

王鹏涛，赵 琪，王小军，张 旭，王 勇，刘学伟，赵玉东

（1延长油田股份有限公司杏子川采油厂2青海油田公司采油四厂3青海油田公司采油一厂4中国石油大港油田石油工程研究院）

王鹏涛等.耐温型分子膜驱油剂性能评价及应用.钻采工艺，2019，42（5）：91-94

分子膜驱油技术是一种新型的纳米膜驱油技术，其驱油机理和传统的化学驱有所不同，分子膜以水溶液为介质，通过离子间的静电引力作用吸附在储层岩石的表面，形成一层单分子膜，从而改变岩石表面润湿性，可以降低原油与储层岩石表面的粘附力，使原油易于从储层孔隙表面剥离开来，达到提高采收率的目的［1-7］。

分子膜驱油技术具有驱油效率高、易施工、费用低和对地层无伤害的特点，具备良好的发展前景。近年来，国内学者对分子膜驱油剂的研究较多，主要集中在分子膜驱油剂的吸附及润湿特性、驱油机理及现场应用方面［8-13］，但对于分子膜驱油剂的抗温性能研究报道较少，在中高温油藏的应用中，需要考虑分子膜驱油剂的抗温能力。本文针对一种耐温型分子膜驱油剂进行了室内性能评价，并开展了矿场应用试验，为分子膜驱油技术在此类型油藏的应用提供了一定的借鉴。

一、实验部分

1.实验试剂与仪器

1.1 主要实验试剂

硝酸银、环氧氯丙烷、二甲胺，均为分析纯；模拟地层水（矿化度为35 520 mg／L）；地层原油（密度为0.82 g／cm3，25℃时黏度为6.85 mPa·s）；储层天然岩心；耐温型分子膜驱油剂，自制（有效成分聚合阳离子型季铵盐的浓度为60%）。

1.2 主要实验仪器

JZ-200系列自动界面张力仪；HARKE-SPCA视频接触角测量仪；岩心抽真空饱和装置；多功能岩心驱替实验装置。

2.实验方法

2.1 表面张力测定

使用模拟地层水配制不同浓度（0、1 000、3 000和5 000 mg／L）的分子膜驱油剂溶液，在25℃下使用JZ-200系列自动界面张力仪测定溶液的表面张力。

2.2 耐温性能评价

耐温型分子膜驱油剂属于聚合阳离子型季铵盐，阳离子度是影响其性能的一个重要参数。阳离子度表示阳离子单元在聚合物分子链中所占的摩尔分数，如果聚合物的耐温性能较差，随着温度的升高，聚合物分子链发生部分断裂，一部分阳离子单元从聚合物分子链上脱落，导致聚合物的阳离子度下降。所以，室内可以通过测定分子膜驱油剂在不同温度下的阳离子度变化情况，考察分子膜驱油剂的耐温性能。摩尔滴定法测定不同浓度耐温型分子膜驱油剂在不同温度下老化24 h后的阳离子度［14］。根据式（1）计算出分子膜驱油剂的阳离子度CD：

式中：c—AgNO3标准溶液的浓度，mol／L；

v—试样所消耗的AgNO3标准溶液的体积，L；

m—滴定实验时不同试样溶液中含有的分子膜驱油剂的质量，g；

M1—环氧氯丙烷的相对分子质量，为92.52；

M2—二甲胺的相对分子质量，为45.08。

2.3 润湿性能评价

取三块天然岩心切片，其中一块处理成强亲水，另一块处理成强亲油，最后一块不做任何处理。使用OCA15EC型视频光学接触角测量仪分别测定不同浓度的分子膜驱油剂溶液在不同岩心切片上的接触角，评价分子膜驱油剂的润湿性能。

2.4 吸附性能评价

使用模拟地层水配制不同浓度的分子膜驱油剂溶液，选用洗净烘干的100～120目钻屑，将钻屑与分子膜溶液按质量比为1∶20进行混合，置于恒温振荡水浴锅中，在储层温度下恒温不同时间，用分光光度法测定分子膜驱油剂在岩石表面上的吸附量，评价分子膜驱油剂的吸附性能［15］。

2.5 防膨性能评价

参照石油天然气行业标准SY／T 5971-2016《油气田压裂酸化及注水用粘土稳定剂性能评价方法》测定不同浓度分子膜驱油剂溶液的防膨性能，具体实验步骤为：使用模拟地层水配制不同浓度（0、1 000、3 000和5 000 mg／L）分子膜驱油剂溶液，备用。称取0.5 g钠膨润土（精确至0.01 g），装入10 mL离心管中，加入10 mL不同浓度的分子膜驱油剂溶液，充分摇匀，在室温下放置2 h，放入离心机中，在转速为1 500 r／min下离心15 min，读出钠膨润土膨胀后的体积V1。使用蒸馏水和煤油代替分子膜驱油剂溶液，重复以上步骤，测定钠膨润土在蒸馏水和煤油中的膨胀体积V2和V0，计算防膨率B＝（V2-V1）／（V2-V0）×100%。

2.6 驱油效果评价

（1）选取目标储层天然岩心洗油后烘干，饱和模拟地层水，计算岩心的孔隙体积和孔隙度。

（2）将处理后的岩心装入驱替装置中，加热至储层温度，加围压，使用储层原油驱替至束缚水状态，并在储层温度下恒温24 h。

（3）在相同温度和围压条件下使用模拟地层水驱替岩心，直至没有油滴产出，计算水驱油效率Rw。

（4）注入2 PV不同浓度的耐温型分子膜驱油剂溶液后，关闭驱替流程，在储层温度下使岩心吸附反应24 h。

（5）继续使用模拟地层水驱替至含水率100%，停止实验，计算最终驱油效率Rt。

二、结果与讨论

1.表面张力

按照表面张力测试的实验方法，在25℃下使用JZ-200系列自动界面张力仪测定溶液的表面张力，实验结果见表1。

表1 分子膜驱油剂的表面张力测定结果

由表1实验结果可知，随着分子膜驱油剂溶液浓度的升高，溶液的表面张力呈下降趋势，但是降低幅度不大，均在一个数量级上。所以认为该分子膜驱油剂具有一定的表面活性，但不属于表面活性剂。

2.耐温性能

按照耐温性能评价的实验方法，分别测定浓度为1 000 mg／L、3 000 mg／L和5 000 mg／L的分子膜驱油剂溶液在25℃、50℃、70℃、90℃和120℃下老化24 h后的阳离子度，实验结果见表2。

表2 分子膜驱油剂耐温性能评价结果

由表2实验结果可知，在25℃～120℃下老化24 h后，测定分子膜驱油剂的阳离子度基本没有变化，这是由于耐温型分子膜驱油剂的结构比较稳定，在高温下聚合物分子链基本没有断裂，阳离子单元损失较少，所以阳离子度变化较小，说明该分子膜驱油剂的耐温性能较好。当温度升高至130℃时，阳离子度明显下降，表明该分子膜驱油剂适合应用于130℃以下温度的储层。

3.润湿性

按照湿润性能评价的实验方法，分别测定不同浓度分子膜驱油剂在不同岩心切片上的接触角，实验结果见表3。

表3 不同浓度分子膜驱油剂在不同岩心切片上的接触角

由表3实验结果可知，不同浓度的分子膜驱油剂均可以降低水在不同润湿性质的岩心切片上的接触角（润湿角），使岩石表面更加亲水。这是由于分子膜驱油剂中含有阳离子基团和疏水基，通过水溶液作为传递介质，依靠较强的离子间静电作用力，使分子膜沉积吸附在岩心切片表面形成一层牢固的单分子层纳米膜，同时分子膜侧链上伸展的亲水基团排列能使岩石表面具有亲水性，从而能够使岩心切片表面润湿性向亲水方向转变。在实际应用中可以降低原油与储层岩石表面之间的粘附力，使原油易于被驱出地层，达到提高采收率的目的。

4.吸附量

按照吸附性能评价的实验方法，测定不同浓度分子膜驱油剂在岩石表面上的吸附量，见图1。

图1 分子膜驱油剂不同时间下在钻屑上的吸附量

由图1结果可以看出，不同浓度分子膜驱油剂在钻屑上的吸附量随着时间的延长而逐渐增大，当吸附时间为15 h以后，吸附量逐渐趋于稳定。另外，当分子膜驱油剂浓度达到3 000 mg／L以后，随着分子膜驱油剂浓度的增加，吸附量基本不再变化，说明分子膜在固相界面上的吸附量已经达到饱和，饱和吸附量达到15 mg／g以上，吸附量较大。这是由于耐温型分子膜驱油剂属于聚合阳离子型季铵盐，阳离子度较高，与钻屑之间具有较强的阳离子交换吸附能力，分子间以氢键作用力结合，从而可以在岩石表面形成一层分子膜，改变岩石表面性质和原油的存在状态，有利于提高原油采收率。

5.防膨性

按照防膨性能评价的实验方法，测定模拟地层水和不同浓度分子膜驱油剂溶液的防膨性能，实验结果见表4。

表4 不同浓度分子膜驱油剂的防膨率

由表4实验结果可知，分子膜驱油剂浓度达到3 000 mg／L时，其防膨率可以达到90%左右，具有良好的防膨性能。这是由于分子膜驱油剂具有较强的吸附在黏土表面的能力，其在黏土表面大量吸附以后，会阻止水溶液与黏土矿物之间的阳离子交换，使水分子不容易进入到黏土矿物的晶格中，从而表现出较好的防止黏土水化膨胀的能力［16］。另外，分子膜中的阳离子基团能够中和黏土表面的负电荷，减少其负电性，通过压缩黏土颗粒的双电层来抑制黏土颗粒的水化分散作用。在现场驱油过程中，无需单独添加防膨剂，可以达到节约成本的目的。

6.驱油效率

按照驱油效果评价中的实验方法分别测定浓度为1 000 mg／L、3 000 mg／L和5 000 mg／L的分子膜驱油剂溶液的驱油效率，实验结果见表5。

表5 不同浓度分子膜驱油剂驱油效率

由表5实验结果可以看出，水驱后注入2 PV的不同浓度分子膜驱油剂后，均可以提高最终驱油效率。通过比较不同浓度分子膜驱油剂的驱油效率，并综合考虑经济因素，认为分子膜驱油剂浓度为3 000 mg／L时最为合适，其驱油效率的增幅较为明显，可使水驱后的采收率提高11%以上，最终采收率达到67%左右，增油效果显著。

三、矿场应用

陆上某油田M区块属于中低渗储层，泥质含量较高（8.6%），储层温度较高（106℃）。区块内目前共有油井19口，水井10口，由于长期采用注水开发，已进入中高含水期，注水开发效果不理想。

为进一步提高该区块水驱开采效果，开展了耐温型分子膜驱油技术研究及应用，结合室内实验研究结果和现场实际情况，对区块内中心区域的3口注水井进行注耐温型分子膜驱油剂现场试验，注入浓度为3 000 mg／L，累积注入耐温型分子膜驱油剂4.5 t。采取施工措施30 d后，对应的两口油井（M-3井和M-9井）产液量和产油量均有大幅提高，并且有效期较长，累计增油均达到500 t以上。具体应用效果统计见表6。

四、结论

（1）室内对耐温型分子膜驱油剂的性能进行了评价，结果表明，该分子膜驱油剂的阳离子度较高，耐温性能较好，与储层岩石表面的吸附作用较强，形成沉积膜后，能显著改变岩石表面的润湿性，使其亲水性增强，并且具有良好的防膨性能，从而有利于提高原油采收率。

（2）驱油实验结果表明，当耐温型分子膜驱油剂浓度为3 000 mg／L时，可在原来水驱的基础上，使驱油效率提高11%以上。

（3）通过对M区块中心区域内3口注水井注入耐温型分子膜驱油剂试验，在施工措施30 d后，对应油井产能大幅度提高，有效期达250 d左右，单井累计增油达到500 t以上，增油效果显著，具有良好的推广应用前景。