中低渗油藏开展聚/表二元复合驱可行性

＊李纪晖 叶丹妮 邢捷 吕俊华 张豫红 姚永毅

（成都科宏达化学有限责任公司 四川 610000）

我国己探明可供开发的优质油藏储量甚少，新增和未动用储量多为岩性复杂的中低渗透和稠油储量，且低渗、特低渗储量比例越来越大。而低渗透油藏的物性较差，存在非均质性强、水驱波及平面、纵面不均衡，以及渗透率低的特点，一般仅为10-3μm2范围，孔喉半径小[1-2]。用科泽尼-卡门公式[3]得出中低渗透率油藏的最小孔隙喉道半径rh值约为0.75μm。根据朱怀江[4-5]等人的描述，只有当聚合物流体力学半径小于孔隙吼道半径的0.46倍，即345nm时，聚合物才可以注入到油藏孔隙当中，且注入性良好。

式中，rh―孔隙喉道半径，μm；

K―岩心的渗透率，μm2；

φ―岩心的孔隙度，常数；

C―科泽尼常数，一般取0.2。

1.实验部分

(1)材料和仪器

据文献记载，甜菜碱表面活性剂具有很好的界面张力活性，因此本文选在采用甜菜碱型表面活性剂与油田常用的石油磺酸盐进行复配[6-9]。

用于中低渗透油藏的聚合物需要着重考虑聚合物溶液在油田渗透率下的注入性。

用于本实验的原油是长庆油田某区块原油，65℃时原油黏度5.7mPa·s。表面活性剂和聚合物选择见表1和表2。

表2 聚合物代号及类型

界面张力用美国产Texas-500c型全量程旋转滴界面张力仪测定，实验中聚合物分子尺寸的测定使用美国布鲁克海文仪器公司（BROOKHAVEN INSTRUMENTS CORPORATION）的动/静态光散射仪BIC-200SM测定，聚合物溶液的粘度使用美国Brookfield DV-Ⅲ+型粘度计。

(2)表面活性剂的筛选

表面活性剂的驱油机理主要是利用表面活性剂能够吸附在油水界面上的特殊结构（一端亲水和一端亲油），来达到降低油水间界面张力的目的。从油水刚刚接触到油水界面张力达到平衡之间的界面张力数值我们通常称为瞬时界面张力值，它是随着时间变化的[10-11]。

界面张力亦是衡量表面活性剂洗油能力的重要指标之一，界面张力数值越小，则表示该表面活性剂的驱油效率就越高。性能较好的表面活性剂驱替液一般要求能够实现超低界面张力（10-2mN/m），研究认为当表面活性剂驱替液的界面张力数值达到超低时，由于毛细管作用可使水波及处的不流动油变为流动油，有效地提高驱替液的洗油效率。

应客户要求，表面活性剂溶液与原油之间界面张力的测定条件为：测试温度65℃，自来水配制溶液，仪器旋转速度为6000r/min。

(3)聚合物的筛选

聚合物的高粘性可以增加二元复合驱溶液体系的粘度，提高驱油效率，更重要的是聚合物能够增加驱油体系的波及效率，有效扩大驱油剂的波及范围，对于非均质油藏，聚合物的扩大波及体积能力是二元驱提高采收率的基础，聚合物性能的好坏直接影响二元复合驱的效果。用于中低渗透油藏的聚合物，还要考虑到聚合物的分子尺寸与油藏孔隙的匹配程度，因此还要考虑到聚合物分子的水力学半径[12-15]。聚合物溶液黏度的测试条件为65℃，剪切速率为7.34s-1。

(4)聚表二元特性

单一的表面活性剂驱和单一的聚合物驱提高采收率技术在实际应用中均存在一些无法弥补的缺点。研究发现，在聚合物溶液中加入表面活性剂能够使聚合物溶液的基本性质发生改变[16-17]，如聚合物的粘弹性和流变性，最直接的表现为聚合物表观粘度的变化；同时对表面活性剂溶液的性能也会产生影响，如表面活性剂的界面张力、吸附量、润湿性等等[18]。这可能在一定程度上解决了单一化学驱中存在的问题，因此对聚/表二元体系的性能评价就显得尤为重要[19]。

2.结果与讨论

(1)表活剂筛选

不同表面活性剂与原油的界面张力值随时间的变化如下图所示：

由图中可知：单一类型的表面活性剂与原油之间的界面张力很难达到超低，相对而言，甜菜碱型表面活性剂与原油的界面张力较低，且长碳链有利于界面张力的降低；而以往常用的石油磺酸盐类表面活性剂，与原油的界面张力较大；不同类型的表面活性剂复配后，与原油的界面张力达到10-2～10-3数量级，能够达到现场对表面活性剂界面张力的要求。以后试验中就选用FP-1表面活性剂与聚合物复配进行进一步的测试。

图1 不同表面活性剂与原油的界面张力

(2)聚合物黏度

图2 聚合物的表观粘度与其浓度的关系曲线

对驱油聚合物的选择要求驱油聚合物必须具有良好的水溶性，尤其要求其在常温下能够快速溶解，且水溶液中不含有任何足以引起地层堵塞的不溶物存在。本实验中使用的聚合物在常温下约40min能够溶解完全。综合对聚合物分子量和粘浓关系的测定，以及聚合物的溶解性能，考虑到岩心的渗透率的因素，排除流体力学半径比较大的聚合物AP-P4、XC-61和X10-1，实验中选取粘度数值与变化趋势相近且溶解性较好的PNT-310和聚丙-40两种聚合物做下文的复配和驱油实验

(3)复配体系筛选

图3 聚表复配体系粘浓关系曲线

对实验筛选的2种聚合物与复配型表面活性剂进行复配，并对复配体系的界面张力和表观粘度进行初步评价，为聚/表二元复合驱实验提供理论基础。

上图为固定表面活性剂在复配溶液中的浓度为2000mg/L不变，复配溶液粘度与聚合物浓度的关系曲线，从图中可以看出：HNT-30与表面活性剂FP复配后，复配体系的粘度与单纯的HNT聚合物溶液相比，溶液粘度降低幅度较大；而聚丙-40与表面活性剂FP复配后，复配体系的粘度与单纯的聚丙-40聚合物溶液相比，溶液粘度降低幅度相对较小。

固定混合溶液中聚合浓度为1500mg/L，表面活性剂的浓度为2000mg/L，用TX-500C旋转滴界面张力仪测定溶液的界面张力。实验结果如下图所示。

图4 聚表复配体系的动态界面张力图

由上图我们可以看出，表面活性剂与聚合物聚丙-40复配后效果很好，在测试过程中，大约20min，油水界面已经降到了10-2mN/m以下，能够达到驱油的要求。

(4)二元体系驱油

选取界面活性较好的FP-1与聚丙-40复配，对比聚/表二元体系驱油效果与表活剂驱和聚合物驱提高采收率情况。

由表3我们可以看出，与单独的表面活性剂驱和聚合物驱相比，聚/表二元体系的采收率有明显的提高，说明聚/表二元体系中表面活性剂与聚合物共同作用使得驱油效率增加，聚/表二元体系具有明显的优势。由此可以说明界面张力在聚/表二元体系发挥较大的作用，达到超低界面张力的二元体系能够利用聚合物扩大驱替液的波及体积，到达水驱所不能到达的地方，使得表面活性剂能够更好的发挥将残余油剥离下来的作用，二者共同作用使得残余油与剩余油能够更多地被驱替出来。

表3 聚/表二元体系采收率数据

3.结论

（1）对中低渗透岩心条件下注入聚合物的可行性进行研究，用科泽尼-卡门公式推算出中低渗透率油藏的孔喉半径最小值约为0.75μm，得出只要用于聚/表二元驱的聚合物的流体力学半径不超过345nm，就能用于中低渗油藏，并通过天然岩心驱油实验对聚合物的注入性进行了验证。

（2）聚/表二元体系的采收率明显要高于单一的聚合物或表面活性剂体系。对于中低渗油藏而言，聚/表二元复合驱具有更高的经济价值。