劉 璐，唐 凡，徐春梅，王 慶，李 輝，姚瑞清

1西北大學化工學院 2中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院 3中國石油長慶油田分公司第六采氣廠 4陜西省石油化工學院

0 引言

鄂爾多斯盆地是典型的低滲透油藏的地區(qū)，且該地區(qū)目前儲量占比大[1]，是國內油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的主戰(zhàn)場之一。由于該地區(qū)的結構復雜，平均孔隙度只有10%左右、滲透率低于0.1 μm2[2]，致使開采難度大、水驅油效率低、開采成本高[3-4]。為此圍繞低滲透油藏的特點這些年以來人們開發(fā)了許多新的采油技術，而利用納米驅油劑提高采收率就是一種新的采油技術。

納米技術是一種新型產(chǎn)業(yè)，近些年來逐漸應用在材料和制備、微電子、計算機技術、醫(yī)學、航天航空、能源開采方面等各個行業(yè)[5-6]。其主要作用機理就是在一些溶液中加入納米顆粒作為驅油劑，一是相對于常規(guī)使用的表面活性劑其更能降低表面張力；二是由于其具有粒徑小，對于隙度小的低滲透油田其可以進入一些更細小的孔道從而擴大波及體積，從而可達到提高采出率目的；三是納米類驅油劑在油田的應用不僅可以提高采收率，而且還具有增注、降壓的作用以及來源清潔和成本低的優(yōu)點[7-10]?；谏鲜鲈颍疚膶ψ灾鏖_發(fā)的GX-S型納米驅油劑的粒徑改變[11]、降低界面張力[12-13]、改變巖石潤濕性[14]、吸附量[15]以及降低毛細管力[16-17]性能進行了分析評價，重點對其驅油效果進行研究，為該驅油劑在油田中進一步推廣應用提供可靠的依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及材料

克呂士接觸角測量儀，德國；FA2104S電子天平，上海精科天平廠；TG16G離心機，東晟儀器工廠，TX500C型懸滴界面張力儀，美國CNG公司；721型紫外分光光度計，上海光學儀器廠；馬爾文納米粒度及電位分析儀，英國馬爾文儀器有限公司。

GX-S納米驅油劑，自制；硫酸鈉、氯化鈉、氯化鎂、碳酸氫鈉、氯化鈣，分析純，山東德彥化工有限公司；模擬原油，中國中燃化工石油有限公司；人造巖心，0.5～2 mD，西安天鴻儀器儀表有限公司。

1.2 室內驅替實驗

實驗驅替裝置流程見圖1。

圖1 LDY-Ⅲ型多功能巖心流動實驗裝置驅替實驗流程圖

該裝置研究了不同礦化度、濃度、模擬地層溫度以及注入量下巖心對采收率的影響。實驗時先對篩選的巖心進行飽和油處理，測量巖心的含油飽和度；再進行一次水驅、納米智能驅油劑驅以及二次水驅。

2 結果與討論

2.1 性能測定

2.1.1 粒徑測定

利用納米粒度及電位分析儀驅油劑產(chǎn)品原液進行粒徑分布測定，室溫下稱取20 g白油于100 mL燒杯中，滴入樣品0.2 g，攪拌15 min后超聲分散5 min，測量其60 ℃下的粒徑分布，結果表明GX-S型納米驅油劑孔徑較小，范圍在28.5～54.5 nm，整體保持在100 nm以下。

2.1.2 界面張力測定

根據(jù)SY/T 5370—2018《表面及界面張力測定方法》中方法，采用旋轉液滴法測定60 ℃下納米驅油劑與模擬原油的界面張力。結果表明 GX-S型納米驅油劑接觸時間和驅油劑質量濃度均會影響界面張力值。隨著質量濃度的增大，驅油劑分散液界面張力逐漸減小，最低可降至0.981 mN/m左右。

2.1.3 接觸角測定

根據(jù)SY/T 5153—2017《油藏巖石潤濕性測定方法》，采用接觸角法進行潤濕性測定。配制不同質量濃度GX-S型納米驅油劑分散液，60 ℃下，與模擬原油以1∶1的體積比進行混合，測量驅油劑分散液與模擬原油的接觸角。結果顯示隨著納米驅油劑分散液濃度的增加，接觸角均逐漸增大，這表明該驅油劑可改變巖石表面潤濕性，可將其從親水性改為疏水性。這是由于納米驅油劑的疏水端可以吸附在巖心的表面，由于極性一致，使得巖心表面油膜能優(yōu)先與分散液中親油基團結合，使得接觸角增大，潤濕性逐漸發(fā)生改變。

2.1.4 吸附量測量

根據(jù)SY/T 6424—2014《復合驅油體系性能測試方法》，通過測定吸附前后吸附量的變化來衡量其吸附作用。在溫度60 ℃下，納米驅油劑吸附作用研究結果表明：隨著納米驅油劑分散液質量濃度的增加，其吸附量逐漸增大，但其增加趨勢趨于平緩。

2.1.5 毛細管力分析

采用自主搭建的毛細作用分析系統(tǒng)進行毛管阻力研究，主要由注入系統(tǒng)、毛細管束模型、顯微觀察系統(tǒng)、計量系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)五部分組成，在線模擬油藏真實狀況條件下研究的毛細阻力。結果顯示毛管壓力隨GX-S型納米驅油劑分散液質量濃度的增大，其啟動壓力梯度逐漸減小，后趨于平緩。啟動壓力越少說明該驅油劑注入毛細管時的毛細阻力越小，注入能力越強。

2.2 驅油實驗結果

2.2.1 不同礦化度對采收率影響研究

在濃度為0.3 wt%、注入量0.3 PV、模擬地層溫度60 ℃條件下，選擇氣測滲透率相近的巖心A-2、A-2-9、A-4、A-4-9、A-3-9及A-3，探索注入不同地層水礦化度對驅油效果影響研究，結果見表1。

表1 不同地層水礦化度對驅油效果影響實驗結果

由表1可知，在水驅油基礎上，注入納米驅油劑分散液后采收率均有不同程度的提高。但隨著注入地層水礦化度增大，采收率提高幅度逐漸平緩。這是由于納米驅油劑分散液中分子鏈呈負電，與驅替液中陽離子發(fā)生中和反應，隨著注入地層水的礦化度越大，驅替液中陰陽離子的含量越多，中和反應效果逐漸減弱，所以提高采收率幅度逐漸減小。根據(jù)本研究區(qū)塊地層水礦化度，本實驗選用礦化度為30 000 mg/L地層水。通過記錄壓力及采出液量等數(shù)據(jù)來分析驅替過程，借助核磁共振 T2譜技術實時監(jiān)測驅替過程中不同孔隙中油的驅替規(guī)律和剩余油分布特征，在微觀程度上分析巖心內部變化，其驅替曲線見圖2，核磁圖譜見圖3。

圖2 30 000 mg/L礦化度下驅替曲線

圖3 30 000 mg/L礦化度下核磁圖譜

由圖2可知，注入納米驅油劑分散液后，注入壓力由0.30 MPa升至0.33 MPa，壓力略呈上升趨勢，這是由于在波及更小的巖心孔隙通道時需要克服更大的阻力。在T2圖譜中，弛豫時間長短與巖心孔隙大小相對應，弛豫時間越短則孔隙越小。在30 000 mg/L礦化度驅替實驗中，飽和進巖心的油主要集中在弛豫時間為0.14～1 930 ms的孔隙范圍內。水驅油階段，弛豫時間為49～1 115 ms 之間孔隙內的油被水部分驅出，部分殘余油受到水驅牽引作用發(fā)生了二次運移，進入到弛豫時間為0.43～3.22 ms的小孔隙中。在注入納米驅油劑后，曲線整體向左平移，即向小孔隙方向運移，表明納米驅油劑可以在模擬地層水驅替平衡的基礎上進一步擴大巖心小孔隙的波及體積，同時，小孔隙內信號幅度下降，表明驅油劑將該通道的油驅出。

2.2.2 不同濃度對驅油率影響研究

在注入量0.3 PV、模擬地層溫度60 ℃、30 000 mg/L礦化度下條件下，選擇氣測滲透率相近的巖心A-1、A-1-9、A-5、A-5-9、A-6及A-6-9，進行不同驅油劑分散液濃度對驅油效果影響研究，結果見表2。

從表2可知，隨著驅油劑分散液注入濃度增大，采收率提高幅度先逐漸增大后趨于穩(wěn)定。在一定濃度范圍內，由于GX-S型納米驅油劑分散液濃度增大，其活性物密度也越大，油水界面處張力降低、巖心潤濕性改變以及油水界面處吸附量增加，所以采出率提高幅度逐漸增大。但濃度過大時，驅油劑顆粒在油水界面處吸附逐漸減少，并不利于驅油效果的提升，所以采出率的提高幅度趨于穩(wěn)定?；谝陨涎芯浚緦嶒瀮?yōu)選質量濃度為0.3 wt%。通過記錄壓力及采出液量等數(shù)據(jù)來分析驅替過程，借助核磁共振 T2譜技術觀察質量濃度0.3 wt%的驅替液注入巖心后不同孔隙中油的驅替規(guī)律和剩余油分布特征及注入壓力和采收率的變化，結果見圖4～圖5。

表2 不同濃度對驅油效果影響實驗結果

圖4 0.3wt%濃度下驅替曲線

由圖4可知，隨著驅油劑分散液注入，壓力和采收率都會有所增大，而且驅油劑注入壓力高于水注入壓力是由于驅油劑可以更好的降低毛細管力，波及更小的空間。在核磁圖譜中注入GX-S型納米驅油劑分散液后，劑驅油曲線整體向左平移，即向小孔隙方向運移。這表明納米驅油劑的加入，可以使界面張力降低、巖心表面潤濕性改變促進殘余油的驅替。綜上所述，GX-S型納米驅油劑可以在模擬地層水驅替平衡的基礎上進一步擴大巖心的波及體積以及提高采出率。

2.2.3 不同溫度對采收率影響研究

在濃度0.3 wt%、礦化度30 000 mg/L、注入量0.3 PV條件下，選擇氣測滲透率相近的巖心A-8-9、A-2-9、A-8、A-2、A-7及A-7-9號，探索不同溫度對驅油率影響，結果見表3。由表3可知，驅替過程中注入不同濃度納米驅油劑分散液后其采收率提高幅度呈現(xiàn)先升高后降低趨勢。這是由于溫度不僅影響驅油劑分散液的黏度、流動性及活性等，也影響巖心中油水的黏度比和水/油流度比。溫度升高，油水黏度比降低，有利于流體流動，流度越大，流動能力越強，流體流動波及體積增大，有利于油采出。當溫度升高至70 ℃時，其采收率提高幅度已增至11.25%，表明納米智能驅油劑在較高溫度下更有利于其發(fā)揮作用，所以70 ℃是一種理想溫度。通過記錄壓力及采出液量等數(shù)據(jù)來分析驅替過程，在70 ℃下借助核磁共振 T2譜技術驅替液注入巖心后不同孔隙中油的驅替規(guī)律和剩余油分布特征及注入壓力和采收率的變化，結果見圖6～圖7。

表3 不同溫度對驅油效果影響實驗結果

由圖6可知，注入納米驅油劑分散液后，注水壓力逐漸升高。70 ℃條件下，在T2圖譜中水驅油后弛豫時間為103～774.26 ms之間大孔隙內的油被水部分驅出。同時，弛豫時間為0.62～5.57 ms小孔隙中的油被水帶到弛豫時間為5.57～28.86 ms的中間孔隙中。部分油受到水驅牽引作用發(fā)生了二次運移，被水帶到弛豫時間為46.69～71.97 ms的孔隙中，在劑驅油階段，大孔隙主峰略微向左移動，

圖6 70 ℃下驅替曲線

弛豫時間為5.57～28.86 ms的中間孔隙的油被流體大部分帶出，小部分運移到弛豫時間為0.62～5.57 ms小孔隙中。這是由于溫度影響驅油劑分散液的黏度，溫度升高，黏度下降，驅油劑分散液減弱水分子間相互作用力的方法，是通過注“小分子”水來降低孔隙注入阻力，使原來注不進水的孔隙變成可以注入水，大幅度增加波及體積。在水驅與劑驅共同作用，將孔道中的油帶出從而提高采出率。

3 結論

(1)GX-S型納米驅油劑理化參數(shù)檢測結果表明，開發(fā)的驅油劑在降低界面張力、改變巖石潤濕性、提高界面的吸附能力以及降低毛細管力時都表現(xiàn)出良好的性能，可以有效地提高驅替效率，說明該驅油劑具有良好的驅油性能和特征。

(2)室內驅替實驗優(yōu)化結果表明，在礦化度為30 000 mg/L、模擬地層溫度70 ℃下，當GX-S型納米驅油劑分散液質量濃度為0.3 wt%時，比單純的水驅采收率可提高11.25%。說明該驅油劑在低滲透油藏驅油領域有著良好的使用前景。