乳化对注入压力贡献程度的表征及影响因素研究

韩桂林

(大庆油田有限责任公司 第二采油厂地质大队，黑龙江 大庆163414)

乳化对注入压力贡献程度的表征及影响因素研究

韩桂林

(大庆油田有限责任公司 第二采油厂地质大队，黑龙江 大庆163414)

系统研究碱/表面活性剂/聚合物三元复合体系乳化对压力的贡献程度。首先建立了乳化压差的表征方法，在此基础上，考察了驱替体系类型、界面张力量级和岩心渗透率的大小对乳化压差的影响，并通过微观驱油实验，分析了不同类型驱替体系乳化压差存在差异的作用机理。结果表明，与聚合物体系相比，碱/表面活性剂/聚合物三元复合驱体系乳化可产生较强的渗流阻力，具有较高的乳化压差；超低界面张力时，易产生较高乳化压差；岩心渗透率对乳化压差影响较大，在低渗条件下易产生较高乳化压差。

乳化； 注入压力； 表征； 影响因素

为此，笔者首先建立了能够在线表征驱替过程中乳化对注入压力贡献程度的表征方法，然后在此基础上，系统考察了驱替体系类型、界面张力量级和岩心渗透率的大小对乳化调剖能力的影响，并通过微观驱油实验，分析了不同类型驱替体系乳化调剖能力存在差异的作用机理。该研究有助于深化复合驱体系驱油机理及指导复合体系配方优化。

1 实验部分

1.1试剂与原料

NaOH为分析纯，天津科密欧化学试剂公司产品；重烷基苯磺酸盐(是具有不同碳链长度的单烷基苯磺酸盐表面活性剂的混合物)(以下简称HABS)，大庆油田东昊公司产品，平均相对分子质量为406，活性物质量分数为0.5。超高分子量水解聚丙烯酰胺，相对分子质量为2 500万(以下简称“超高分”HPAM)，水解度25. 80%，有效物质量分数为0.88，大庆炼化公司生产。

实验用水：大庆油田采出深度处理污水；实验用油：大庆油田井口及采油厂联合站原油。模拟油：将采油厂联合站原油与航空煤油按一定比例配制，黏度为9.8 mPa·s。

人造均质岩心：规格为30.0 cm×4.5 cm×4.5 cm；气测渗透率为300、800、1 200、1 500 mD。

1.2实验仪器

油水动态界面张力测定使用美国CNG公司生产的TX500C 型全量程旋转滴界面张力仪测定，测定温度45 ℃。DV-II+PRO 型布氏旋转黏度计，美国Brookfield公司。

1.3实验步骤

水驱至含水率98%，然后连续注化学试剂溶液3 PV以上至含水率98%，注入速度为0.6 mL/min。微观驱油过程，采用“微观驱油动态彩色图象量化处理系统”，将照相、摄像和量化分析等手段结合起来，研究微观渗流机理。实验采用恒速法，泵速为40 μL/h。具体实验步骤如下：(1)首先将模型抽真空，然后饱和地层水，接着用原油驱替地层水，建立缚束水； (2)用注入水驱替孔隙介质中的原油，直到模型出口含水率大于98%；(3)注入三元复合驱段塞，再用注入水驱替至出口流体中含水率接近100%时结束实验。在此期间用显微照相和录像设备对残余油的分布和复合驱驱替残余油过程进行实时采集。实验分别进行亲水和亲油两种微观仿真模型驱油机理研究。

2 结果与讨论

2.1乳化对注入压力贡献程度的表征

常规的室内模拟复合驱驱油过程所采用的注入方式是：水驱至含水率98%，然后注碱/表面活性剂/聚合物三元溶液0.3 PV，之后注聚合物溶液0.2 PV，最后水驱至含水率98%，注采曲线见图1。在这种注入方式中，驱替过程的最高压力来自两部分的贡献，一方面是由于复合体系与水的黏度差引起的；另一方面是由于乳状液的形成引起的。因此，最高压力不能反映出乳状液的形成对压力的贡献程度。为了扣除复合驱体系自身的黏度引起的压力对最高压力的影响，拟设计新的注入方式，来量化乳状液的形成对压力的贡献程度。考虑到天然岩心中油砂的吸附可能对聚合物产生较强的吸附滞留，因此，采用均质人造岩心，以减少聚合物的吸附滞留对实验结果的影响。具体的注入方式如下：水驱至含水率98%，然后以0.6 mL/min的速度连续注化学试剂溶液(黏度为40 mPa·s)3 PV以上至含水率98%，注采曲线见图2。

图1 常规三元复合驱驱替过程中注采曲线

Fig.1Thecurveofinjectionpressureandwater-cutforregularASPfloodingmodel

图2 碱/表面活性剂/聚合物三元连续驱替过程注采曲线

Fig.2Thecurvesofinjectionpressureandwater-cutforsuccessivealkali/surfactant/polymercompoundflooding

从图2中看出，注入化学体系后，随着含水率的降低，复合体系置换出孔道中的水，加之驱替过程油水乳化所产生的渗流阻力，相应的压力也随之上升，反之，含水率升高，压力下降；当含水率升高至98%以后，由于此时孔道中油滴数量极少，乳化所产生的渗流阻力很小，可忽略不计，体系所对应的压力可视为复合体系自身黏度所产生的压力。为了进一步证实推测，在相同渗透率条件下，岩心抽空饱和水后，在未饱和原油的岩心中，以相同的驱替速度0.6 mL/min ，连续注入相同黏度(黏度为40 mPa·s)的三元溶液3 PV至压力平衡。实验结果显示，单独碱/表面活性剂/聚合物三元溶液的平衡压力(0.43 MPa)与饱和原油的岩心，经水驱和碱/表面活性剂/聚合物三元驱后的平衡压力(0.40 MPa)相近。因此，用驱替过程中最高压力减去含水率98%以上时对应的平衡压力，能够反映驱油过程中因乳化所产生的附加渗流阻力。乳化能否产生明显渗流阻力与是否产生乳化油滴、乳化油滴的大小、数量以及油滴的直径与喉道直径的比值有关。由于乳化油滴是否产生、乳化油滴的大小、数量与驱替体系类型、界面张力量级和岩心渗透率密切相关。接下来，采用乳化压差为表征参数，系统考察了不同驱替体系类型、界面张力量级和岩心渗透率条件下，驱替过程中乳化产生的附加渗流阻力特点。

2.2聚合物驱和三元复合驱中乳化附加渗流阻力

以乳化压差为表征参数，在气测渗透率为1 200 mD 的人造均质岩心中，考察了相同黏度条件下聚合物驱体系和碱/表面活性剂/聚合物三元复合驱体系中乳化对注入压力的贡献程度。聚合物和三元复合驱体系的黏度均为40 mPa·s，其中聚合物体系中聚合物的质量浓度为1.15 g/L，三元复合驱体系中，聚合物的质量浓度为1.55 g/L，重烷基苯磺酸钠的质量分数为0.3%，氢氧化钠的质量分数为1.2%，两种体系驱替过程中的注入压力曲线见图3，乳化压差结果见表1。

图3 不同类型驱替体系的注入压力曲线

Fig.3Thecurveofinjectionpressurefordifferentfloodingsystems

从表1中看出，对于聚合物体系，乳化压差为0.01 MPa，接近0。而三元复合驱体系的乳化压差高达0.14 MPa。为了解释以上两种体系在乳化压差力方面的差异，采用微观刻蚀玻璃模型，结合微观显微镜，观察了微观驱替过程中的乳化油滴形成情况，具体实验结果见图4。

表1 不同类型驱替体系的乳化压差Table 1 Emulsification pressure difference fordifferent flooding systems

图4 不同类型驱替体系微观驱油过程中油滴分散能力

Fig.4Theabilitytoformemulsionoildropfordifferentfloodingsystemsduringmicroscopeoildisplacement

从图4中看出，聚合物驱替过程中，孔道中几乎没有乳化油，不能产生明显的渗流阻力；而三元复合驱体系，由于产生较多的乳化油滴，使得孔道内的单相流动转变为油水两相流动。由于油水两相在孔隙中的流动阻力将大大高于三元复合体系的单相流动，加之油滴运动过程中产生的大量的贾敏效应将增加这些孔道中的渗流阻力。与聚合物体系相比，三元复合驱体系乳化可产生较强的渗流阻力，宏观上表现为具有较高的乳化压差。

2.3界面张力量级的影响

固定重烷基苯磺酸钠的质量分数为0.3%，氢氧化钠的质量分数为1.2%，通过改变表面活性剂的结构以改变三元复合驱体系与原油之间的界面张力量级，优选出界面张力的量级分别为10-1、10-2、10-3mN/m的三种碱/表面活性剂/聚合物三元体系，在气测渗透率为1 200 mD 的人造均质岩心中，考察了三种不同界面张力量级体系的乳化压差，实验结果见表2和图5。

表2 不同类型三元体系的界面张力和乳化压差Table 2 The interfacial tension and emulsificationpressure difference for different alkali/surfactant/polymer systems

图5 不同界面张力量级三元驱替体系的注入压力曲线

Fig.5ThecurveofinjectionpressureforASPfloodingsystemswithdifferentinterfacialtensionorder

从图5中看出，10-1mN/m量级体系的乳化压差最小，10-2mN/m量级体系和10-3mN/m量级体系的乳化压差相近。可能的原因如下：由于10-1mN/m量级时，乳化油滴过少[6]，不能产生明显的渗流阻力，乳化压差很小。体系界面张力低于10-2mN/m量级以后，能明显启动油滴，形成数量较多的乳化油滴[6]，可以产生较为明显的渗流阻力，宏观上表现为具有明显的乳化压差。

2.4不同渗透率条件的影响

固定聚合物的质量浓度1.55 g/L，重烷基苯磺酸钠的质量分数为0.3%，氢氧化钠的质量分数为1.2%，分别在气测渗透率分别为300、800、1 200、1 500 mD的人造均质岩心中，考察了不同岩心渗透率条件下复合驱体系的乳化压差及其与平衡压力的比值，驱替过程中的压力曲线见图6和表3。

图6 不同渗透率条件下三元驱替体系的注入压力曲线

Fig.6ThecurveofinjectionpressureforASPsystemsinheterogeneouscorewithdifferentpermeability

从图6和表3中看出，在高渗条件下，乳化产生的附加渗流阻力对驱替压力的贡献率很低，为3.44%；当岩心渗透率范围为300～1 200 mD时，乳化对整体驱替压力的贡献率比较高，都在30%以上。具体原因如下：对于高渗岩心，孔道较大，乳化尺寸过小，不能产生明显的渗流阻力。对于较低渗透率岩心，孔道较小，乳化油滴的尺寸相对孔道尺寸来说较大，油滴不易通过孔道，具有较强的贾敏效应，能产生较强的渗流阻力。

表3 不同渗透率条件下三元驱替体系的乳化压差及其与最高压力的比值Table 3 Emulsification pressure difference and the ratio of itand the highest pressure for alkali/surfactant/polymersystems under the condition of different permeability

3 结论

(1)为了表征驱替过程中乳化对注入压力的贡献程度，设计了新的驱替方式，即水驱至含水率98%，然后连续注化学试剂溶液3 PV以上至含水率98%，扣除了复合驱体系自身的黏度引起的压力对最低含水率时对应的最高压力的影响，用驱替过程中最高压力减去含水率98%以上时对应的平衡压力，来表征驱油过程中因乳化所产生的附加压力。

(2)采用乳化压差为表征参数，系统考察了不同驱替体系类型、界面张力量级和岩心渗透率条件下乳化对渗流阻力的影响规律。结果表明，聚合物体系几乎没有乳化油滴产生，宏观上表现为乳化压差接近0，而强碱三元复合驱体系乳化可产生较强的附加渗流阻力；界面张力量级对乳化压差影响较大，超低界面张力(低于10-2mN·m-1量级)易产生明显的附加渗流阻力；岩心渗透率对乳化压差影响较大，在高渗(1 500 mD)条件下，乳化压差接近0，在低渗(300 mD)条件下易产生较高乳化压差，压差接近0.3 MPa。

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Characterization of Contribution of Emulsification to Injection Pressure and Its Affecting Factors

Han Guilin

(No.2OilProductionPlantofDaqingOilFieldCompanyLtd.,DaqingHeilongjiang163414,China)

In order to evaluate contribution of emulsification to pressure, the evaluation method of emulsification pressure difference is developed. And then the effect of various factors on emulsification pressure difference is systematically investigated, including the type of flooding systems, the order of interfacial tension and core permeability. The results show that seepage resistance of alkali/surfactant /polymer system is stronger than that of polymer system. The reduction of interfacial tension may improve emulsification pressure difference on certain degree. The core permeability has a great influence on pressure difference and higher emulsification pressure difference is easily obtained for core with lower permeability.

Emulsification; Injection pressure; Evaluation; Affecting factors

1006-396X(2017)05-0037-05

投稿网址：http://journal.lnpu.edu.cn

TE357.46

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2017.05.008

2017-04-12

2017-06-06

国家科技重大专项资助项目“大型油气田及煤气层开发”(2011ZX05010-004)。

韩桂林(1967-)，男，工程师，从事油藏开发方面研究；E-mail: hgldq1967@sina.com。

(编辑 王亚新)

碱/表面活性剂/聚合物(ASP)三元复合驱是一项能够大幅度提高原油采收率的新技术。大庆油田以往的矿场实验结果表明，三元复合驱可比水驱提高采收率20%以上，该项技术已逐渐成为油田可持续发展的关键技术之一[1-3]。三元复合驱油技术提高原油采收率的主要机理是：通过形成超低界面张力来增大驱油效率和通过聚合物的高黏度来增加波及体积[4-6]。同时乳化携带和原油乳状液调整剖面的机理也受到越来越多的关注[7-11]。

文献[7-9]普遍认为乳状液主要从以下两方面提高原油采收率：一方面是该复合体系在油藏多孔介质中活化残余油，使其更利于启动而形成油墙被乳化携带；另一方面是油水形成的高黏乳状液在驱替过程中优先进入高渗层，并产生封堵作用，从而启动中、低渗透层，调整层间、层内矛盾，扩大波及体积。乳状液的调剖能力宏观上表现为对注入压力或者岩心渗透率的影响。由于目前实验方法无法在线检测岩心内的乳化过程，因此，大多数研究[9-14]主要采用向岩心中注入预先已经配制好的乳状液(在乳化机中制备，大多需要在10 000 r/min以上，才能获得较为稳定的乳状液)，通过注入前后岩心渗透率和压力的变化，来表征乳状液的调剖能力，由于驱替过程中，实际的剪切力远远低于乳化机的转速(一般在10 000 r/min)，所以该方法不能真实反映驱替过程中乳状液对压力或渗透率的影响程度。李安军[13]曾在碱/表面活性剂/聚合物驱替过程中，以最低含水率时对应的最高压力来表征乳状液的调剖能力，但是，此时的压力来自两部分的贡献，一方面是由于乳状液的形成引起的压力升高；另一方面是由于复合体系与水的黏度差造成的。因此，该方法无法表征驱替过程中乳状液的调剖能力。