鄒 劍，呂 鵬，肖麗華，薛寶慶，李彥閱

（中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津300452）

渤海油田是我國最大的海上油田，具有原油粘度高、油層厚、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)。與陸上油田平均32%的原油采收率相比，渤海油田水驅(qū)的采收率僅為18%~20%。聚合物驅(qū)[1,2]和聚合物-表面活性劑復(fù)合體系[3,4]、非均相調(diào)驅(qū)[5]、微球調(diào)驅(qū)[6,7]等技術(shù)先后用于渤海不同海上稠油油田。在改善渤海稠油油田儲(chǔ)層縱向非均質(zhì)性基礎(chǔ)上，筆者研發(fā)了由微結(jié)構(gòu)改善劑（MSI）和微流度改善劑（MMI）組成的雙微改善體系（BMIS），致力于同時(shí)改善儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性和油水流度比。本文對(duì)單一改善劑性能的研究將為下一步雙微改善復(fù)合調(diào)驅(qū)體系的優(yōu)化提供基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

NaOH（≥99.5%）、NaHCO3（≥99.5%）、Na2CO3（≥99.5%）、NaCl（＞99.5%）、KCl（＞99.5%）、CaCl2（＞96%）和MgCl2·6H2O（＞99%），北京現(xiàn)代東方精細(xì)化工有限公司。MSI為一種典型預(yù)交聯(lián)顆粒，MMI為一種典型表面活性劑，均來自于中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院。

以渤海F油田脫氣、脫水原油為油相進(jìn)行原油降粘實(shí)驗(yàn)。用煤油和原油（2∶5）混合得到的模擬油樣進(jìn)行油水界面張力的測定。

實(shí)驗(yàn)用水為室內(nèi)模擬水，用于制備MSI溶液、MMI溶液。利用一次蒸餾水按照F油田注入水水質(zhì)分析結(jié)果顯示的離子組成配制而成。F油田注入水水質(zhì)分析結(jié)果見表1。

表1 F油田地層水離子組成Tab.1 Ion composition of formation brine in F Field

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

Microtrac-S3500型激光粒度分析儀（美國Microtrac公司）；LSM-ZS50型立體顯微鏡（日本Insize公司）；TX-500C型旋轉(zhuǎn)滴界面張力計(jì)（美國科諾集團(tuán)）；DV-Ⅱ型布氏粘度計(jì)（美國阿美泰克公司）。

2 結(jié)果與討論

2.1 MSI膨脹性能實(shí)驗(yàn)

利用Microtrac-S3500型激光粒度分析儀研究了MSI在模擬水中的初始及膨脹后的粒徑分布。在恒溫（25℃）下，用擴(kuò)展型藍(lán)波進(jìn)行分析。用公式（1）計(jì)算MSI直徑的膨脹倍數(shù)。

式中Ndi:膨脹id后MSI直徑的膨脹倍數(shù)；Di：MSI在模擬水中膨脹id后的平均直徑，μm；D0：初始分散在模擬水中的MSI的平均直徑，μm。

依據(jù)球形顆粒的體積與直徑之間的關(guān)系，通過公式（2）計(jì)算MSI的體積膨脹倍數(shù)。

式中Nvi:膨脹id后MSI的體積膨脹倍數(shù)。

MSI的初始直徑、不同膨脹時(shí)間后的直徑平均值及膨脹倍數(shù)見表2。

表2 不同時(shí)間MSI初始直徑和膨脹直徑的平均值及膨脹倍數(shù)Tab.2 Average of initial and expanding diameter of MSI at different time

由表2可知，MSI在溶液中膨脹10d后，粒徑和體積膨脹率分別為4.05和66.23倍。不同的MSI粉體具有不同的粒徑。根據(jù)固體顆粒堆積的級(jí)配理論，不同粒徑的顆粒協(xié)同作用將增強(qiáng)封堵性能。MSI在模擬水中的膨脹是明顯且有限的。有限度膨脹的MSI可以通過改善非均質(zhì)儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)揮擴(kuò)大微觀波及體積的作用。MSI在溶液中的膨脹性和不溶性是其發(fā)揮這種作用的前提。

2.2 模擬油與MMI溶液界面張力測試

TX-500C型利用旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀在50℃下進(jìn)行界面張力測量。在水平放置的、裝滿MMI溶液或模擬水的石英比色管中，用微型注射器擠出1D模擬油。比色管在旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀上以6000r·min-1高速旋轉(zhuǎn)。采用高精度攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集比色管在中油滴的形貌，通過軟件對(duì)圖形進(jìn)行分析。采用拉普拉斯方程直接計(jì)算界面張力。

模擬油與MMI溶液之間的IFT，見圖1。

圖1 油與MMI溶液間的界面張力Fig.1 IFT between simulated oil and MMI solution

模擬油和模擬水之間的IFT為1.47mN·m-1。隨著表面活性劑濃度的增加，油和表面活性劑溶液之間的界面張力逐漸降低。當(dāng)MMI濃度達(dá)到1600×10-6時(shí)，IFT降低到0.06mN·m-1。

2.3 原油在MMI溶液中的微觀分散研究

用LSM-ZS50立體顯微鏡觀察了油在MMI溶液中的微觀分散狀態(tài)。樣品由F油田原油和MMI溶液按3∶7的比例混合而成，MMI的濃度為1600mg·L-1。將盛有混合樣品的燒杯置于50℃水浴中以250r·min-1的速度攪拌5min，利用注射器將1D樣品轉(zhuǎn)移至玻璃試片后，置于顯微鏡下進(jìn)行樣品觀察。

原油在MMI溶液的微觀分散狀態(tài)見圖2。

圖2 油在MMI溶液中的分散狀態(tài)（擴(kuò)大35倍）Fig.2 Microscopic dispersion of oil in MMI solution（Magnified 35 times）

由圖2可知，混合樣品形成了水包油（O/W）乳液。油在MMI溶液中呈球形或橢球形分散。O/W乳液的形成將降低孔隙中整個(gè)流體的流動(dòng)阻力。稠油中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)具有較強(qiáng)的界面活性，這些活性組分在油水界面吸附后形成一定強(qiáng)度的界面膜，增加了乳液的穩(wěn)定性。乳化作用在提高原油采收率方面起著重要作用。

2.4 MMI降粘率實(shí)驗(yàn)

將油和模擬水按不同比例（7∶3、6∶4、5∶5、4∶6和3∶7）混合得到待測溶液。將每種混合物分為兩組，第一組作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)組，第二組中加入1600mg·L-1的MMI。將每個(gè)待測樣品在50℃水浴中以250r·min-1的速度攪拌5min后用布氏粘度計(jì)測定樣品的粘度，并計(jì)算降粘率。測試的粘度及計(jì)算的降粘率見表3。

表3 不同比例下的油/MMI溶液混合樣品粘度及降粘率Tab.3 Viscosity reduction result in different oil/water proportions

由表3可知，隨著MMI溶液比例的增加，乳液的粘度不斷降低。當(dāng)油與MMI溶液的比例為3∶7時(shí)，降粘率達(dá)94.97%。這將顯著提高稠油與水的流度比，有利于提高稠油油藏采收率。表面活性劑的吸附會(huì)降低界面張力，在較高濃度下有利于形成亞層結(jié)構(gòu)，該亞層結(jié)構(gòu)使油水界面呈現(xiàn)出一定強(qiáng)度的彈性，提高了O/W乳液的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

（1）在水化膨脹10d后，MSI的粒徑（體積）膨脹約為4.05（66.23）倍，有限膨脹是MSI發(fā)揮改善微觀波及體積作用的前提。

（2）油在MMI溶液中呈球形或橢球形分散。

（3）當(dāng)MMI濃度達(dá)到1600×10-6時(shí)，MMI溶液與模擬油的界面張力降低到0.06mN·m-1。MMI濃度為1600×10-6、原油與MMI溶液比例為3∶7時(shí)，原油降粘率可達(dá)94.97%。乳狀液形成可以有效改善油水流度比。