黏弹性表面活性剂在低渗油藏W2区块适应性研究

时冠兰，余晓玲

中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏扬州 225001

近几年，中国石化新探明石油地质储量中低渗油藏储量所占比例高达60%～70%，这将是今后相当长时期增储上产的主要资源。如何提高和改善低渗油田的开采效果是亟待解决的问题。江苏油田中低渗储量约占65%，江苏油田增产稳产迫切需要提高低渗油藏采收率。W2块作为江苏油田低渗油藏的代表区块之一，储层孔隙度13.4%～23.8%，平均17.9%，空气渗透率值为(1.2～69.4)×10-3μm2，平均12.7×10-3μm2，为中孔低渗、特低渗储层，原油品质较好，为中等密度、中等黏度稀油油藏。

目前在中、高渗油藏已成功推广应用的聚合物驱，由于其注入压力高而无法在低渗油藏应用。黏弹性表面活性剂(简称VES)压裂液，又称清洁压裂液，是一种新型的低伤害压裂液[1-2]。黏弹性表面活性剂具有一般驱油用表面活性剂降低油水界面张力的能力[3]，同时因体系自身的黏弹性起到流度控制的作用，能够实现驱油剂“一元化”的可能。特别是在低渗油藏驱油中，黏弹性表面活性剂具有的剪切变稀和触变性，可有效解决低渗油藏驱油剂，同时兼具易注入和流度控制能力，在低渗油藏具有更大的应用潜力。因此，开展了黏弹性表面活性剂在低渗油藏W2块适应性研究。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

黏弹性表面活性剂VES；W2块脱水原油(密度为0.857 7 g/cm3)；W2块模拟注入污水，注入污水离子组成见表1。

表1 W2注入污水离子组成

TX-500C全量程旋转滴界面张力仪，美国盛维公司；安东帕流变仪，奥地利安东帕公司；哈克流变仪RS6000，德国哈克公司；恒温烘箱，上海一恒仪器有限公司；岩心驱油装置。

1.2 实验方法

1.2.1 黏弹性表面活性剂VES溶液在低渗油藏W2块性能测试

利用TX-500C全量程旋转滴界面张力仪测定分离水样与油相间的界面张力。试验所用溶液黏度和流变性能均采用哈克流变仪RS6000测试。测试条件：剪切速率7.34 s-1、温度65 ℃。采用安东帕流变仪测试溶液模量。

1.2.2 驱油效果评价

将岩心称干重，抽真空饱和模拟地层水，计算孔隙度；连接实验流程(见图1)。持续水驱直到岩心两端压差稳定，测水相渗透率；岩心饱和W2原油；水驱油，记录水驱过程中的压差变化，在岩心出口端收集水驱出的原油至不出油为止，计算水驱采收率；按照实验方案向岩心中注入一定体积的VES溶液，注入过程中监测岩心两端压差变化，在出口端收集油样，计算注VES过程中的采收率增幅；重新水驱，在出口端收集油样至出口端不出油为止，监测整个过程岩心两端压差变化，重新计算水驱采收率增幅。

图1 驱替物模实验流程

2 结果和讨论

2.1 界面张力测试

表面活性剂驱油体系和原油之间的界面张力是筛选驱油组分的重要指标[4]。采用模拟注入水配置不同浓度VES溶液，模拟水矿化度为1 000、30 000 mg/L，在65 ℃下测试VES对W2油样降低油水界面张力的能力，试验结果见图2。

图2 不同浓度VES溶液降低油水界面张力

由图2可见,VES溶液具有较好的耐盐性，低矿化度时在低浓度(<1 000 mg/L)、高矿化度时在高浓度端(3 000 mg/L左右)均可以获得10-3mN/m超低界面张力。这说明表面活性剂VES与W2注入水配伍性良好，无沉淀分层现象。

2.2 剪切流变性测试

2.2.1 静态剪切

用蒸馏水配置不同浓度的VES溶液，50 ℃下测试溶液在不同剪切速率下的黏度变化，考察VES溶液的流变性能，结果见图3。不同浓度VES溶液的剪切黏度随剪切速率的增加均呈现先减小后趋于稳定的趋势。高浓度溶液的黏度在低剪切速率下对应黏度更大，在剪切速率低于1 s-1时，VES溶液剪切黏度随剪切速率增加均减小，但浓度在7 500 mg/L和10 000 mg/L的溶液剪切黏度减小幅度更大，呈现明显“剪切变稀”的非牛顿流体特征，而VES浓度在500，2 500，5 000 mg/L的剪切黏度在剪切速率大于0.1 s-1后趋于不变，剪切黏度在15 mPa·s以内；当剪切速率高于1 s-1后，7 500 mg/L和10 000 mg/L浓度溶液黏度随剪切速率增加变化不大，剪切黏度均在10 mPa·s以内，表现出牛顿流体特征。

图3 剪切黏度-剪切速率变化曲线

2.2.2 动态剪切

用W2注入水配制质量浓度为3 000、5 000 mg/L的VES溶液，一定流速下经岩心剪切后，人造岩心参数见表2。每个注入速度下，当注入压力平稳时取液，进行黏度、界面张力测试，对比剪切前后性能、黏度变化结果见表3。VES浓度为3 000 mg/L时，经岩心不同流速剪切后界面张力测试结果见图4。VES浓度为5 000 mg/L时，经岩心不同流速剪切后界面张力测试结果见图5。

表2 试验所用岩心基本参数

表3 VES岩心剪切前后黏度

图4 3 000 mg/L VES溶液经岩心不同流速剪切后界面张力

图5 5 000 mg/L VES溶液经岩心不同流速剪切后界面张力

从表3可以看出，随着注入流速的增加，黏度损失加大，在1.0 mL/min剪切速度下黏度损失明显，黏度剪切损失率分别达到79.36%，87.31%。

从图4和图5可以看出，VES浓度为3 000，5 000 mg/L时，对W2脱水原油的油水界面张力最低均能达到10-3mN/m，VES溶液界面活性较好。经过不同注入速度岩心剪切后，其界面张力仍能到10-3mN/m数量级，岩心的剪切作用对VES的油水界面张力影响不大，只是将具有一定黏弹性的棒状或蠕虫状胶束剪切成低黏度的球形胶束，界面活性基本不受影响。

2.3 黏弹性测试

测试不同浓度VES溶液随频率变化的模量曲线见图6。质量浓度为5 000 mg/L和10 000 mg/L的溶液均展现出黏弹性流体特征[3]。交点左侧，黏性特征较弹性表现明显；而在交点右侧，弹性较黏性表现明显。溶液浓度越高，对应模量越高，且随着浓度的增加，G′=G′′的交点向右移动，反映出较高浓度的VES溶液浓度越高，要表现出弹性特征需要比低浓度溶液更大的剪切速率。

图6 不同浓度VES溶液模量-频率变化曲线

2.4 热稳性测试

VES溶液注入到油藏中的驱油过程耗时较长，在油藏条件下的长期稳定性能是评价VES溶液性质的重要内容。用W2现场注入水配制VES水溶液装入50 mL密封瓶中，放入(65±1) ℃恒温箱中进行老化，定期取出测定溶液的黏度值及界面张力等数据，研究VES溶液在油藏条件下的稳定性能，不同质量浓度VES溶液热稳后黏度测试结果见图7，质量浓度为5 000 mg/L 的VES溶液热稳后界面张力见图8。

图7 不同浓度VES溶液热稳后黏度

图8 W2油藏条件下热稳后5 000 mg/LVES溶液界面张力

从图7可知，VES质量浓度为3 000，5 000 mg/L时，热稳90 d后黏度损失不大，黏度保留率均在88%以上。从图8可知，随着热稳时间延长，对油水界面张力影响较小，90 d后最低界面张力仍能达到10-3mN/m。这说明黏弹性表面活性剂耐热稳定性能较好。

2.5 乳化能力测试

为研究VES在W2块驱油效果，开展乳化性能实验[5]，原油剥离快慢、乳状液聚并快慢可分别用乳化速率、乳化稳定性(析水率或乳化稳定系数)来表征，这些指标均是影响表面活性剂驱油效果的重要参数[6]。

2.5.1 乳化速率

用乳化油量与乳化所用时间之比表示乳化速率，不同油水体积比条件下测得VES乳化速率实见图9。

图9 不同油水体积比条件下VES的乳化速率

由图9可知，随VES浓度增大，其溶液在W2原油中的乳化速率呈增大的趋势。

2.5.2 乳化稳定性

析水率是表征乳状液稳定性最直观和简单的方法，定义为乳状液析出水的体积与乳状液中水的总体积之比，析水率越大乳状液越不稳定。因此以析水率作为主要评价指标，测试不同时间的析水率，绘制析水率与时间关系曲线，分析不同浓度、不同油水体积比下乳化效果。不同油水体积比条件下测得VES溶液析水率见图10、图11。不同浓度VES溶液在65 ℃、不同油水体积比条件下的乳化效果较接近。浓度较低时(0.05%)的乳状液稳定性较差，析水速率快。其原因是：乳状液稳定的决定性因素是界面膜强度，当表面活性剂浓度较低时，界面上吸附的分子较少，膜的强度也差。

图10 油水体积比为2∶8时VES溶液析水率曲线

图11 油水体积比为3∶7时VES溶液析水率曲线

2.6 驱油性能

结合VES溶液界面性能、乳化性能研究结果，进行下一步驱油实验研究，评价渗透率、VES质量浓度、注入速度与采收率增幅间的关系。在65 ℃，W2原油，驱替速度1 cm3/min，VES质量浓度为5 000 mg/L，注入量0.3 PV条件下进行驱油试验, VES驱油后采收率增幅高达20.45%。

2.6.1 渗透率与采收率增幅关系

65 ℃下研究了5 000 mg/L浓度的VES溶液0.3 PV在不同渗透率岩心中水驱基础上驱油(W2原油)后再进行水驱的采收率总增幅，结果见图12。

图12 采收率增幅随渗透率变化

由图12可知，随渗透率增大，VES对W2原油采收率的增幅曲线呈先快速增加，后保持平稳的形态。在较低的渗透率条件下(500×10-3μm2以内)，随渗透率增加，VES对采收率增幅影响较大。从测试结果看，渗透率在100×10-3μm2左右的岩心进行VES驱油可以取得较好的效果。

2.6.2 VES浓度与采收率增幅关系

65 ℃下,研究了不同质量浓度VES溶液在0.3 PV、相同气测渗透率的岩心驱油(W2原油)后的采收率增幅，结果见13。

由图13可知，随注入浓度增大采收率增幅呈增大趋势，但浓度达到5 000 mg/L后采收率增幅趋于平缓。从岩心驱替结果来看，现场黏弹性表面活性剂VES驱油设计的浓度以3 000～5 000 mg/L为宜。

图13 采收率增幅随浓度变化

2.6.3 注入速度与采收率增幅关系

研究5 000 mg/L的VES溶液0.3PV在相同渗透率水平(气测100×10-3μm2)岩心中以不同注入速度驱油后的采收率，结果图14。

由图14可知，随注入速度增大在初期采收率具有明显增加，注入速度增大到一定程度(大于0.5 cm3/min)后采收率增幅随注入速度增加不再有明显增加。

图14 采收率增幅随注入速度变化

3 结论

1)黏弹性表面活性剂VES综合性能优良，W2低渗油藏适应性好。黏弹性表面活性剂与W2块油藏原油的界面张力维持在10-3mN/m，耐盐、耐温性较好，对原油具有较强的乳化能力。在65 ℃时，黏弹性表面活性剂VES质量浓度为3 000 mg/L，黏度可达到25.18 mPa·s。经65 ℃老化90 d后黏度保留率为88%以上，油水界面张力值仍可保持10-3mN/m。

2)以W2为研究对象进行物模实验，结果表明：针对100×10-3μm2的人造岩心，采用表面活性剂质量浓度为3 000，5 000 mg/L，注入量0.3 PV，水驱后提高采收率分别为10.64%、19.82%；针对40×10-3μm2的人造岩心，采用浓度为5 000 mg/L表面活性剂溶液，注入量0.3 PV，水驱后提高采收率为11.11%。