一种新型纳米乳液混相驱油剂的研究与应用

徐太平，李 栓

（四川捷贝通能源科技有限公司，四川成都 610015）

化学驱油是提高采收率的有效方法之一，主要有表面活性剂驱、聚合物驱、碱驱等[1-4]。聚合物驱自身的黏弹性使其对油滴具有较好拉伸作用和携带能力，扩大了驱替液的波及面积，被认为是比较成熟的体系而得到大量研究，但聚合物驱存在的堵塞问题会造成储层伤害，由于流体运动阻力增加，导致后期采收率降低[5，6]。碱水驱有较多的室内研究，但流度控制受限、易发生指进，使得扫油效率偏低，同时碱水驱溶液易与地层岩石发生反应，结垢引起储层伤害，并导致碱水驱用量增加。表面活性剂驱由于特殊的分子结构，可使油水界面张力显著降低，其良好的乳化能力能更多的驱动地层残余油，提高洗油效率，但其耐温耐盐性能还有待提高[7，8]。

纳米材料可有效降低界面张力，并使岩石润湿性发生改变，近年来被用作降压增注技术、提高采收率得到广泛研究[9，10]。本文研究了GPNR-2 纳米乳液混相驱油剂，将一定量的纳米乳液驱油剂加入配液水中得到驱替液，可有效降低驱动压差，从而提高采收率。

1 纳米乳液混相驱油剂的作用原理

纳米乳液混相驱油剂，是由有机溶剂和复合型表面活性剂反应制得。其中溶剂采用天然有机物柠檬烯，以溶剂为中心，将表面活性剂紧密联结在一起，使形成的纳米乳液中同时含有溶剂和表面活性剂，形成的单个乳滴尺寸为10 nm～30 nm，比大尺寸乳滴的波及面积更大、更均匀。纳米乳液由于其特殊的尺寸及功能结构，可大幅降低自身被井筒、地层岩石及压裂砂吸附的比例，会有更多的表面活性剂存在于油水和气水界面发挥作用。同时由于乳滴尺寸小，易进入细小孔喉，解除岩层中的堵塞及水锁，提高岩心渗透率，从而增加导流能力。

2 驱油剂的性能评价

2.1 混相驱油效果

将原油加入纳米乳液中加热至60 ℃静态放置1 h，原油开始在乳液中扩散并溶胀，4 h 后原油在乳液中铺展并形成连续相，8 h 后原油基本与纳米乳液达到互溶状态（见图1、图2）。

在动态驱动过程中，乳化现象明显，残余油被逐渐剥离，形成细小、均匀的O/W 型小乳状液和乳状液，并出现了乳化油的富集带。在驱动过程中乳化油滴不发生聚并。这是由于纳米乳液与原油接触后，表面活性剂停留在油水界面，柠檬烯进入原油中，降低了原油黏度，同时大量的表面活性剂也加速了乳化油的形成。

2.2 渗吸驱油效果

2.2.1 实验原理 实验采用质量法。将饱和好地层原油的柱状岩心完全浸泡在驱油剂溶液中，受润湿性和毛管力等作用影响，驱油剂溶液将自发渗吸到岩心孔隙中起到排油作用，整个过程中总孔隙体积不变，但受驱油剂溶液排油作用影响，岩心在驱油剂溶液中的质量将会增加。根据阿基米德浮力原理，根据式（1）结算渗吸采收率。

式中：R-浸泡自发渗吸采收率，小数；Vo-岩心中总饱和油量，mL；Δm-岩心在驱油剂溶液中的质量差，g；ρw、ρo-驱油剂溶液密度，油密度，g/cm3。

2.2.2 样品及方法

图1 驱油剂与原油的静态互溶效果

图2 驱油剂与原油的动态互溶效果

2.2.2.1 实验样品 驱油剂溶液：配液用水、0.5 %纳米驱油剂；原油样品：取自油田现场的地层原油，经过高温脱水分离所得；岩心样品：取自于现场的直径为25 mm 的天然岩心柱。

2.2.2.2 实验条件 实验温度：90 ℃；实验压力：大气压。

2.2.2.3 测试方法 （1）饱和原油：将岩心进行抽真空加压饱和地层原油，饱和完毕在90 ℃恒温箱中老化24 h 以上。（2）饱和完毕对岩心进行缠绕铜丝处理，随后将缠绕有细铜丝的岩心悬挂在渗吸实验装置天平正下方挂钩上，将装有不同水样的烧杯放置在岩心下方升降台上，通过调整铜丝和升降台确保实验时岩心能位于烧杯内液体中部且不与烧杯壁接触。（3）通过升降台调节烧杯高度至合适的高度使岩心完全浸没在液体中，开始自吸实验。实验中记录自吸时间与岩心质量变化情况，直至不再有油析出表现为岩心质量恒定，实验结束。按式（1）计算岩心的渗吸采收率R。

2.2.3 结果及分析 对4 块岩心分2 组进行了90 ℃下不同渗吸液的岩心浸泡自发渗吸实验（见图3、图4）。实验结果（见表1）表明，1、2 号岩心在配液用水中渗吸采收率分别为20.48 %和22.19 %，平均渗吸采收率为21.33 %；3、4 号岩心在含0.5 %纳米驱油剂溶液中的渗吸采收率分别为61.52 %和60.28 %，平均渗吸采收率为60.90 %，采收率提高了近3 倍。由此可见，纳米乳液混相驱油剂，由于其特殊的微小尺寸，使其更容易进入孔喉，在表面活性剂分子的作用下，使岩心中的油更容易产生乳化，同时以柠檬烯作为溶剂有助于降低原油黏度，进一步提高采收率。

实验过程中发现悬挂在配液用水中的岩心渗吸出油的颗粒较大且比较稀疏，在含有驱油剂的渗吸液中出油的颗粒较小但密集，并且在高温条件溶液呈浑浊状态。进一步说明，驱油剂的微小尺寸使其易进入岩心孔喉，较多的驱油剂使岩心中的饱和油发生乳化作用，从而使原油被一层层剥离，渗吸出的原油在驱油剂溶液中形成细小均匀的乳状液，从而使驱油剂液体出现浑浊。驱油剂溶液表面形成密集的油层液看出，驱油剂具有极好的渗吸驱油效果。

表1 岩心浸泡自发渗吸实验（90 ℃）

图3 岩心在配液水中的渗吸效果

图4 岩心在驱油剂溶液中的渗吸效果

3 应用效果

该纳米乳液混相驱油剂在大庆油田已完成五口井的现场应用。其中N-1 井仅采取压裂增能的方式，压裂前日产液2.7 t，日产油0.7 t，含水率74.1 %，累产油3 395 t，压裂后日产油4.5 t，累计增油338 t。N-2 采取压裂前注入纳米驱油剂的方式，压裂前日产液2.6 t，日产油0.6 t，含水率76.9 %，累计产油3 269 t，压裂和驱油作业后，日产油9.2 t，累计增油682 t。通过N-1和N-2 这两口井的对比可知，压裂作业前注入纳米乳液驱油剂的N-2 井，累计产油量比不加纳米乳液驱油剂的N-1 井增加了2 倍，可见纳米乳液驱油剂有较好的增油效果。

百口泉X 井是一口直井，2011 年8 月对1 262.0 m～1 291.5 m 进行压裂改造，初期日产油3.5 t，后调开生产，平均日产油0.6 t，累计产油4 258 t，累计产水930 t，采出程度4.3 %。2019 年5 月9 日又对该井P1j1 段（1 262.0 m～1 291.5 m）采用前置纳米乳液增能滑溜水的工艺进行重复压裂，措施后，平均日产油4.9 t，最高日产油9.8 t，累计增油量568.7 t，取得了较好的增产效果。

4 结论

本文研究的纳米乳液混相驱油剂，是以有机溶剂和复合型表面活性剂反应形成的纳米乳液，与原油有极好的混相效果，其微小尺寸使其能更好的进入细小孔喉，驱动更多的残余油，有极好的渗吸驱油效果，现场应用中增产效果明显。