低渗油藏自乳化驱油体系研制与性能研究*

崔向东，董晓东，郭鹏超，张向宇，刘玉婷

（中国石油天然气股份有限公司 辽河油田分公司 勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124000）

低渗储层的渗透率划定范围为10×10-3～50×10-3m2，在此渗透率下储层常常伴随着物性较差，在提采驱油过程中出现因注采压力过高导致的敏感性问题频发，驱油过程中提采效果低下，造成地层严重堵塞情况发生[1-5]。不同渗透率地层采用的化学驱技术不可简单互通共用，比如无法将聚合驱油技术有效应用于低渗储层，而聚合驱油技术可在中、高渗透率地层取得良好的驱油效果[6-10]。反观具有界面活性高、乳化性佳以及油层润湿性易改性强特点的表面活性剂驱已成为低渗透油藏启动剩余油的有效途径之一[11-15]。自乳化驱油体系可以在地层中水驱后自乳化残余油，可以将体系中的乳状液液滴进行粒径大小调节，从而达到降低低渗油藏地层残余油饱和度的目的。本文以低渗油藏原油为研究对象，合成出高水溶性表面活性剂DZRH。并基于表面活性驱特有低临界张力和强自乳化两大特性，优化两性表面活性剂的浓度和复配比参数，并对该自乳化驱油体系在低渗透油藏中的驱油性能加以研究。此举可为低渗透油藏改善水驱性能和改进采收率新技术研究提供有效的方法和理论依据。

1 实验部分

1.1 材料及仪器

非离子表面活性剂NP10（AR 山东振一发展化工有限公司）；异丙醇、NaOH，分析纯，上海润恒化工科技有限公司；巯基咪唑丙磺酸钠（AR 江苏润丰合成科技有限公司）。

HWCL-5 型恒温磁力搅拌器（郑州长城科工贸有限公司）；LDZL20A 型界面张力仪（武汉市龙电电气设备有限公司）；RE-52AA 型旋转蒸发仪（郑州市亚荣仪器有限公司）。

1.2 表面活性剂合成

首先，将50mL 异丙醇溶剂加入到300mL 三口烧瓶中，随后将6.35g NP10 加入其中，设定搅拌速度为1000r·min-1，并将整体置于50℃环境下的恒温水浴中，并将适量NaOH 引流至三口烧瓶内，并在上述搅拌速度下继续搅拌4h，随后将溶解在20mL 水中的巯基咪唑丙磺酸钠溶液缓慢滴入三口烧瓶内，反应8h 以上结束反应。将多余的反应溶剂通过旋转蒸发仪除去，随后用无水乙醇洗涤，干燥后即可得到类橙色的表面活性剂DZRH。

1.3 评价方法及原理

（1）油水界面张力测定 基于旋转液滴法利用油水界面张力仪对油相和水相之间的界面张力进行测量，油相和水相分别为油田中脱水脱气原油和模拟地层水，测试温度控制在50℃。实验中，向充满水相的试管中加入油滴，并将转速调节至6000r·min-1。将油滴随时间的变化利用图像采集系统记录下来，从而完成不同时间下油水界面张力计算。

（2）低渗岩芯物理模拟驱替实验 对岩芯加压，使地层水真空饱和24h，测量其孔隙度和渗透率；以0.05mL·min-1注入速率使原油饱和，直到液体生产端不出水。饱和完成后，在110℃恒温箱中老化24h；按照图1 安装所有实验装置后，测试实验装置连接的紧密性；室内配制的耐盐泡沫系统以一定的注入速率注入，进行驱油，直到出口端的含水量稳定超过98.0%。根据实验方案记录产出液体的体积和注入压力；后续的优化水驱在一定的注入速率下进行，在实验过程中记录采出液的体积和注入压力，待采出液含水量稳定超过98.0%后停止实验；最后进行处理和分析实验数据。

2 结果与讨论

2.1 表面活性剂复配与浓度优选

本文选取阳离子表面活性剂LHSB 与本文合成的表面活性剂DZRH 混合后进行油水界面张力评价实验，结果见图2。根据摩尔比1∶1 的比例，使用DZRH 和LHSB 用油田模拟地层水制备总表面活性剂浓度为1000~5000mg·L-1的水溶液，测试DZRH、LHSB 以及DZRH/LHSB 复配体系存在下，与原油间的油水界面张力变化情况。

图2 表面活性剂DZRH/LHSB 复配体系界面张力Fig.2 Interfacial tension of surfactant DZRH/LHSB compounding system

由图2 可见，DZRH 与LHSB 体系与表面活性剂浓度呈负相关，而DZRH/LHSB 复配体系则在4000mg·L-1浓度处界面张力达到最小，其最小值为1.6×10-3mN·m-1，而后界面张力随着表面活性剂浓度的持续增加有增大趋势。与单独的表面活性剂相比，DZRH／LHSB 复配体系的界面张力值显著降低，在3000~5000mg·L-1浓度范围均可达到超低的界面张力，说明该体系可实现高效的协同作用。

2.2 表面活性剂复配体系摩尔比优选

在固定表面活性剂总浓度为3000mg·L-1的条件下，考察表面活性剂DZRH 与LHSB 二者复配摩尔比和油水界面张力之间的变化规律，结果见图3。

图3 DZRH/LHSB 不同摩尔比对界面张力的影响Fig.3 Effect of diffrernt molar ratios of DZRH∶LHSB on the interfacial tension

由图3 可见，界面张力随着复配体系中表面活性剂LHSB 浓度的增加而呈现先降低后逐步升高的变化规律。当DZRH 和LHSB 的复配摩尔比为6∶4 时，其复配体系的界面张力值最小，为1.8×10-3mN·m-1。而在复配摩尔比为2∶8 时，复配体系的界面张力值要大于单独的DZRH 体系值。理论上，当阴离子和阳离子表面活性剂二者的摩尔比为5∶5 时，彼此之间的库仑静电吸引最大，从而导致油水界面张力最小。但本文中测量得到的最小界面张力值却为复配摩尔比为6∶4 体系，原因是原油中含有一定浓度的树脂沥青质等组分，其中所含的天然离子表面活性剂会与水相中添加的表面活性剂混合，吸附在油水界面层上。因此，阴离子和阳离子表面活性剂化合物摩尔比的理论计算与实际溶液和摩尔比的界面不同。另外，实验结果表明，3000mg·L-1DZRH/LHSB 体系在复配摩尔比8∶2、6∶4 和5∶5 的条件下可以实现超低的界面张力值，表明阴离子-阳离子表面活性剂复合体系可使得超低界面张力面积增大，从而提升协同能力，并且可以在少量界面扰动的帮助下产生瞬态非平衡状态，这有利于自乳化现象的产生。

2.3 自乳化驱油体系粒径分布

从上文可知，DZRH/LHSB 自乳化系统具有在弱界面扰动条件下快速自乳化原油的能力，然而，由于低渗透储层的孔喉尺寸较小，需要大量的小粒径的乳液滴粒径，以便在毛细管阻力非常小的情况下通过随后的流体注入将其排出地层。为了更清楚地描述乳状液滴的大小分布，使用全范围散射法对体系中乳液进行粒度测试。图4 为不同体系乳状液的平均粒径（D50）分布情况。

图4 不同摩尔比下自乳化乳状液液滴平均粒径分布Fig.4 Average droplet size distribution of self-emulsification emulsion at different molar ratios

由图4 可见，3000mg·L-1浓度DZRH 体系的乳状液液滴D50为25μm。当阳离子表面活性剂LHSB添加到该体系时，体系中乳状液液滴平均粒径急剧下降，并在复配摩尔比为6∶4 时D50达到最小值，为0.2μm。

图5 为总浓度为3000mg·L-1、摩尔比为6∶4 的DZRH/LHSB 体系粒径分布。

图5 DZRH/LHSB 体系自乳化液滴粒径分布曲线Fig.5 Grain size distribution curve of DZRH/LHSB system self-emulsification droplet size

由图5 可见，本文复配乳液液滴呈现粒径小且分布集中的规律，绝大多数的乳液液滴粒径均在1μm 以内。综上可知，DZRH/LHSB 体系可显著减小乳状液的液滴尺寸，并改善液滴粒径的尺寸分布。这有助于形成小的自乳化液滴，使其足够小，从而有效降低注水后剩余油饱和度，改善三级采油阶段采收率。

2.4 自乳化体系驱油性能

在总浓度为3000mg·L-1的条件下，进行DZRH和摩尔比6∶4、5∶5 的DZRH/LHSB 驱油体系物理岩芯驱替实验，并将采收率驱油过程中的含水量和核心压降变化情况进行对比，其中采收率在各驱油阶段的变化情况见表1。

表1 不同驱油体系驱替效果对比结果Tab.1 Comparison of displacement effects of different oil displacement systems

由表1 可见，在低渗透岩芯中，两种不同的摩尔比DZRH/LHSB 驱油体系可在常规水驱基础上进一步提高6.79%～14.56%的原油采收率。在30×10-3μm2左右的渗透率下，岩芯2#为摩尔比6∶4 的DZRH/LHSB 体系可实现将采收率提升14.56%的效果；岩芯3#为摩尔比5∶5 的DZRH/LHSB 体系可实现将采收率提升12.89%的效果，而DZRH 体系仅能将采收率提升6.34%。由此可见，复配的自乳化驱油体系的驱油能力与自身的自乳化性能呈正相关性，即自身自乳化效果越好，体系所表现出来的驱油性能越好。同时随着岩芯渗透率的减小，化学驱的效果呈现减弱的趋势，即提升原油采收率的效果逐渐下降。

3 结论

（1）基于合成的表面活性剂DZRH，于室内配制出超低油水界面自乳化驱油体系，即浓度为3000mg·L-1、复配摩尔比为6∶4 的DZRH/LHSB 表面活性剂复配体系。实验结果表明，该体系可快速自乳化原油，使其分散成平均粒径约为0.2μm 的乳状液滴，并呈现均匀分布规律。

（2）不同摩尔比的DZRH/LHSB 自乳化驱油体系可在常规水驱的基础上进一步提高采收率6.79%~14.56%。结果表明，自乳化驱油体系驱油性能和复合体系自乳化性能二者呈现较强的正相关性。即复合体系中自乳化性能越强，改善采收率的效果越好。此外，相同化学驱油体系中化学驱的效果与岩芯渗透率息息相关，岩芯渗透率越小，驱油效果越弱，即提升原油采收率的效果逐渐下降。