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低渗透油藏表面活性剂降压增注机理研究

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渗透 油藏 表面活性剂 降压 机理 研究
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第41卷第1012年1用化工 1 O 0渗透油藏表面活性剂降压增注机理研究 肖啸,宋昭峥 (中国石油大学(北京)理学院,北京102249) 摘要:低渗透油藏是我国重要石油资源组成部分,大多数的低渗透油田以注水开发方式为主,低渗透油藏普遍存 在着孔喉细小、渗透率低、渗流阻力大等特征,从而导致注水驱替压力较高、注入速率低、采收率低等一系列的问 题。压裂技术对低渗透储层改造起到了一定的作用,但是作用时间和范围非常有限。因此,对低渗油藏表面活性 剂驱替及降压增注机理的研究,在低渗油藏开发中意义重大。主要对低渗油藏降压增注用表面活性剂的驱油机理 方面做了综述,对低渗透油藏化学驱的现场应用提供一定帮助。 关键词:低渗油藏;表面活性剂驱;降压增注;机理 中图分类号:23.9;57.46 文献标识码:A 文章编号:1671—3206(2012)10—1796—03 of by in g (02249,he of an of at is in of in a in is o is to in he of by is in of in 着能源需求量的不断增加,原油储量的不断 减少,低渗油藏的开发地位越来越突出。目前,我国 累积探明石油地质储量287亿t,其中低渗透层储量 为141亿t,占49.1%。石油资源剩余量799亿t,低 渗透量为431亿t,占53.9%D J。随着油气开发技 术的提高,低渗透油藏的开发将成为我国石油开发 的主战场。 现有的提高原油采收率的化学方法主要有聚合 物驱、碱水驱、表面活性剂驱、复合驱以及混相驱等 方法。针对低渗透油藏体系,有些化学驱已不适用, 但是表面活性剂驱作为一种比较通用的驱替方法, 在低渗透油层中仍具有举足轻重的地位。本文从表 面活性剂的结构特征以及水驱后残余油的受力情况 出发,并结合低渗透储层的渗流特征及矿场试验结 果,分析了表面活性剂与油藏地层、油藏流体等的相 互作用机理。 1低渗透油藏的储层特征 我国的低渗透油藏大部分属于陆相沉积,埋藏 深度在1 000 渗储层一般泥质含量高, 沉积颗粒细,后期受压实作用,从而导致孑渗透率低、储层非均质性强、微裂缝较发育,也导致 其流体分布和渗流呈现特殊的规律和现象。 1.1低渗透储层的物性差,孔隙度和渗透率低, 测井识别难度大 低渗透油田储层平均孔隙度为18.55%,低渗 透储层非均质性强,孔隙以中孑道以 管状和片状的细喉道为主,喉道半径一般小于 收稿日期:20127 修改稿日期:2012金项目:“十二五”国家科技重大专项基金项目(20112);中国石油大学(北京)基础科研基金资助 作者简介:肖啸(1989一),男,湖北天门人,中国石油大学(北京)在读硕士,师从宋昭峥副教授,主要从事石油开采及油田 化学剂研究。电话:010—89733372,E—26.1啸等:低渗透油藏表面活性剂降压增注机理研究 1797 1.5 有效孔隙体积在整个孔喉体积中所占比 例较大,在26%~65%,直接导致渗透率低。 1.2流体横截面积的变化 由于流体边界层的存在,实际可供流动的流体 面积小于孔道横截面积;流体通过的横截面积还与 压力梯度有关,当压力梯度小时,流体沿较大孔道的 中央流动,其它部分的流体并不流动。当压力梯度 增加到一定程度时,小孑,大孔道中也会有更多的流体流动。实际流动的 流体与总流体之比称为流动饱和度。 1.3非牛顿流体 低渗透储层由于储层喉道细小,喉道中流体边 界层的存在,渗透率不为常数,而表现出非线性渗流 的特征。因此,随着驱替压力的变化,多孔介质中流 体横截面积是变化的,而且由于边界层的影响,启动 压力梯度现象在低渗透储层中普遍存在。 1.4应力敏感现象 随着原油的开采,储层压力下降,孔隙变小,渗 透率下降,流体流动困难,非线性渗流特征加强。低 渗透储层中,普遍天然发育裂缝,毛管力作用显著, 而且油水两相渗流时共流范围小,残余油饱和度高, 采收率低。 总体来讲,低渗透油藏的特征主要表现在孔隙 度低,渗透率低,非均质性强和束缚水饱和度高。对 流体渗流来讲,低渗透油藏两相共渗区范围较小,存 在较强的非线性渗流特征,启动压力梯度以及压力 敏感现象。 2表面活性剂驱油机理 表面活性剂是一种在低浓度下能迅速降低表面 张力的物质,具有亲水基和亲油基。正是因为它的 这种两亲性质,使其能显著的降低界面张力。表面 活性剂按照其极性分,可以分为非离子表面活性剂 和离子表面活性剂,其中离子型表面活性剂又可以 分为阳离子型、阴离子型、两性型表面活性剂。由于 地层带负电荷,驱油用表面活性剂一般为阴离子型 和非离子型表面活性剂。表面活性剂的非极性链越 长,其亲油性越强,表面活性剂的分子结构也会影响 表面活性剂在表面的排布,并进一步影响界面张力。 通过考察表面活性剂分子与油、水、地层三相界 面的作用特征、驱替过程中残余油的受力情况和表 面活性剂对岩石润湿性以及残余油受力状况的影 响,可以推测表面活性剂驱主要通过如下几种机理 达到提高石油采收率的目的。 2.1降低油水界面张力 J 在石油采收率的测定中,驱油剂的波及系数和 洗油效率是决定性参数。洗油效率的提高随毛细管 准数的增加而增加。毛细管准数与界面张力的关系 如下: /中 ——毛细管准数; ——驱替速度,m/s; ——驱替液粘度,s; —油和驱替液间的界面张力,mN/m。 Ⅳ 越大,残余油饱和度越小,驱油效率越高。 其中降低界面张力 是表面活性剂驱的基本依 据。在注水开发后期,通过降低油水界面张力,可使 毛细管准数有2—3个数量级的变化。表面活性剂 的加人大大降低地层的毛细管作用,降低了剥离原 油所需的粘附功,提高了洗油效率。 2.2降低残余油饱和度,降低注入压力_6 表面活性剂体系对原油具有较强的乳化作用, 在油水两相流动剪切作用下,将迅速使岩石表面的 原油剥离、分散,形成水包油型乳状液,改善油水两 相的流度比,从而提高波及系数。同时也降低了毛 管阻力和渗流阻力,减小了油滴通过微小岩石孔道 时的贾敏效应,降低启动压力。 2.3聚并形成油带机理. 原油被表面活性剂从地层表面清洗下来形成油 滴,油滴在向前移动时会相互碰撞,油珠聚并形成油 带,油带移动过程中又和更多的油珠聚并,形成更大 的油带,促进残余油向生产井进一步移动。 2.4降低边界层厚度,提高油水相渗流能力 表面活性剂分子吸附在低渗储层的边界层流体 表面,使边界层流体的剥落功减小,边界层流体厚度 减小,岩心可流动孑体流动阻力减小,油 水相的渗流能力提高。 , 2.5改变岩石表面的润湿性 岩石的润湿性密切影响着驱油效率。亲水性表 面活性剂的驱油效率较好,而亲油性表面活性剂的 驱油效率差。驱油过程中,亲水性表面活性剂,可以 使原油与岩石界面的接触角增加,进一步使岩石表 面的亲油性亲水性发生反转,从而减少油滴在岩石 表面的粘附功,促进原油的剥离。 2.6提高表面电荷密度 当驱油用表面活性剂为阴离子或者是非离子. 阴离子型表面活性剂时,由于离子型表面活性剂都 带有极性基团 离子基吸附在油滴和岩石表面上时, 可以提高表面的电荷密度,增大油滴与岩石表面间 的静电斥力,使油滴更容易被驱替介质带走,从而促 进洗油效率的提高。 2.7改变原油的流变性 原油中因沥青质、胶质、石蜡等重组分的存在, 1798 应用化工 第41卷 具有非牛顿流体的性质。原油的粘度随剪切应力的 变化而变化,粘度和极限动剪切应力的降低,可使采 收率提高。表面活性剂吸附在沥青质点上,可以减 弱沥青质点间的相互作用,减弱原油中大分子的网 状结构,增强其溶剂化外壳的牢固性,从而降低原油 的极限动剪切应力,使采收率提高。 3表面活性剂驱油的影响因素 3.1表面活性剂浓度的影响 表面活性剂浓度越高,形成的油水界面张力值 越低,提高采收率的效果越好。油水界面张力越低, 岩石壁面的油膜越容易剥离,散落的油滴也越容易 聚并形成油带,同时油滴也更容易变形而通过小孔 道。但是表面活性剂浓度的增加会导致驱替成本的 增加,矿场应用时,还要考虑地层吸附以及与流体的 配伍性等因素,然后优化表面活性剂的类型和浓度。 3.2段塞大小的影响 注人段塞过小时,由于储层吸附等损耗,表面活 性剂的作用范围和时间都比较小,驱油效果不佳。 随着注人段塞的增大,表面活性剂的量也增加,降界 面张力与降阻力效果更明显;同时,吸附在岩石壁面 上的表面活性剂分子,会使岩石对油滴的粘附力降 低,提高洗油效率。但大段塞意味着大剂用量,成本 也会进一步增加。所以,矿场应用中也需考虑优化 这一参数。 3.3注入时机的影响 不同注入时机下表面活性剂驱替效果差别并不 十分明显。但是先注表面活性剂段塞,然后进行水 驱的方式,要比水驱至含水率接近100%,再进行活 性剂驱的驱替效果要好。因为对低渗储层进行水驱 后容易形成串流通道,导致表面活性剂驱作用区域 变小,使洗油效率下降。如果先进行表面活性剂驱 替,则地层微小孔隙中的原油能够与表面活性剂充 分发生作用,提高洗油效率。因此,对表面活性剂驱 替,注人时机越早越好。 4结束语 采用表面活性剂降压增注对原油的开采展示了 广阔的前景。对于低渗透油藏中注水压力低,注水 困难,渗透率低的问题,加入表面活性剂后都得到了 明显的改善,使用表面活性剂存在的波及系数低、吸 附损失严重等问题通过表面活性剂的筛选和复配等 措施完全能够解决。本文叙述了低渗透油藏的驱油 机理,通过联合对表面活性剂驱工艺,如进行前期调 剖、牺牲剂预冲洗等措施的改进,表面活性剂驱油技 术在低渗透油藏中潜力巨大。 参考文献: [1]殷留义,李建波,全红平,等.化学驱用特种表面活性 剂的文献综述[J].内蒙古石油化工,2009,14:24[2]刘敏.低渗透油藏油水渗流规律研究[D].青岛:中国 石油大学(华东),2008. [3]张涛.低渗透油层提高采收率实验理论研究[D].大 庆:大庆石油学院,2[4] 贾贞贞.滨660区块低渗透油藏注水井深穿透酸化增 注技术研究[D].青岛:中国石油大学(华东),2011. [5] 贺宏普,樊社民,毛中源,等.表面活性剂改善低渗油 藏注水开发效果研究[J].河南石油,2006,20(4):37. 39. [6] 仉莉.渤南高温低渗透油田增产增注用表面活性剂体 系研究[D].青岛:中国石油大学(华东),2011. [7] J.]. 998:229[8] 郭东红,李森,袁建国.表面活性剂的驱油机理与应用 [J].精细石油化工进展,2002,3(7):36[9] 王倩.低渗油藏表面活性剂驱降压增注及提高采收率 实验研究[D].青岛:中国石油大学(华东),2010. [10]欧志杰.低渗透油田表面活性剂降压增注实验研究 [D].大庆:东北石油大学,2011. 欢迎订阅 欢迎投稿 欢迎刊登广告
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