裂缝性碳酸盐储层中表面活性剂辅助重力泄油的模拟

注水开发几乎不能从碳酸盐岩油藏中采出原油,因为碳酸盐岩油藏通常是油湿性和裂缝性的.将稀释的表面活性剂溶液注入裂缝中能够降低油水界面张力(IFT),改变岩石与中间体/水湿性物质的润湿性从而提高原油产量.一个三维、两相、多组分、有限差分和全隐式数值模拟模型已开发出来,此模型综合了吸附作用、相态特性、润湿性、相关毛细管压力/相对渗透率变量.此模拟软件的可靠性已经通过对比岩心级模拟结果与实验室中得到的实验结果得以证实.从界面张力降低、润湿性改变和渗透率差异等方面来研究表面活性剂辅助重力泄油对这些过程参数的敏感性.在早期阶段通过改变润湿性来驱动原油生产,但在后期重力是主要驱动力.使润湿性向着水湿状态改变的表面活性剂能使高界面张力系统具有较高的采收率.对于低界面张力系统,不能改变润湿性的表面活性剂能使油田具有较高采收率.润湿性的大幅度改变可以提高原油采收率.对于低界面张力系统采收率随渗透率的降低而显著降低,而对于高界面张力系统影响很小.     

表面活性剂提高致密油藏渗吸采收率研究

为了明确表面活性剂改变岩石润湿性及降低界面张力的特性对致密油藏渗吸采油的作用效果,获得表面活性剂渗吸采油的有利条件,通过测量岩心接触角和表面活性剂溶液与油间的界面张力,研究了3 种常用表面活性剂重烷基苯石油磺酸盐（ZPS）、十二烷基苯磺酸盐（SDBS）和磺基甜菜碱（SB）对致密岩心渗吸采收率的影响,分析了自发渗吸机理。结果表明,阴离子表面活性剂改变岩心润湿性的能力好于非离子表面活性剂,两种阴离子表面活性剂（ZPS、SDBS）将岩心表面由油湿反转为水湿,非离子表面活性剂（SB）降低了岩心表面接触角,但未达到润湿反转的效果;油湿岩心介质在注入水溶液中不发生渗吸,表面活性剂引起的接触角改变可实现油湿岩心渗吸采油;岩心原始润湿性影响渗吸采收率,渗吸采收率增幅从大到小依次为水湿岩心>中性岩心>油湿岩心;三种表面活性剂均可使界面张力降至最佳渗吸界面张力范围10^-1～10^-2mN/m,油水界面张力的降低有利于提高岩心自发渗吸采收率。图1 表1 参12     

碳酸盐岩油藏表面活性剂驱的润湿性改变

水驱后油湿性/混合润湿性的碳酸盐岩裂缝油藏的采收率很低。研究的稀释表面活性剂方法可以提高碳酸盐岩裂缝油藏的采收率。本文研究了稀释的含碱阴离子表面活性剂溶液与碳酸盐岩矿石表面原油的相互作用关系。分别做了润湿性、相行为、界面张力和吸附试验。对于西得克萨斯原油,阴离子表面活性剂将方解石表面润湿性改变为中性/水湿条件的性能要优于阳离子表面活性剂DTAB。所有的碳酸盐岩(石印灰岩、大理石、白云石、方解石)表面在阴离子表面活性剂作用下都表现出类似的润湿性改变。也识别出阴离子表面活性剂与原油间具有非常低的界面张力值(<10-2mN/m),碱的添加可以大大降低磺酸盐表面活性剂的吸附。     

润湿性对采收率及相对渗透率的影响

通过实验研究了润湿性对采收率及相对渗透率的影响,还研究了利用原油老化控制岩石润湿性的方法。结果表明弱水湿岩石水驱采收率最高,亲水岩石油相相对渗透率高于亲油岩石,原油中极性物质的吸附会影响岩石表面润湿性,油湿性随老化时间增加而增强。     

润湿性对采收率及相对渗透率的影响

通过实验研究了润湿性对采收率及相对渗透率的影响 ,还研究了利用原油老化控制岩石润湿性的方法。结果表明弱水湿岩石水驱采收率最高 ,亲水岩石油相相对渗透率高于亲油岩石 ,原油中极性物质的吸附会影响岩石表面润湿性 ,油湿性随老化时间增加而增强。     

非离子表面活性剂溶液对含油岩层相渗透性的影响

使用非离子表面活性剂溶液驱油，应考虑岩层相渗透率的变化对原油采收率的影响。试验结果表明，含油岩层的结构及其矿物成份会对表面活性剂溶液与岩石的相互作用产生影响。从而会影响其相渗透率。因此，如果要利用非离子表面活性剂溶液提高原油采收率，首先应考虑油藏的地球物理特点。     

美国碳酸盐岩油藏提高采收率（EOR）实践

世界油气储量的相当可观部分蕴藏在碳酸盐岩油藏中。碳酸盐岩油藏通常表现为低孔隙度并且可以是裂缝型的油藏。除了原油与混合润湿岩石特性外，这两个特性通常导致较低的采收率。当采取EOR策略时，注入流体很可能通过裂缝网络流动，波及不到岩石基质中的原油。裂缝网络中的高渗透率和低等效孔隙体积导致了注入流体的早期突破。应有效地采取加密钻井方案和井的波及策略（大部分是堵气和堵水）以便缓解注入流体早期突破并且提高采收率。但是，在大部分情况下，原始石油地质储量（00IP）的40％～50％是不能采出的。自从2O世纪70年代以来，在文献中报道了大量在碳酸盐岩油藏中实施的EOR项目。这些油田项目证明了在碳酸盐岩油藏中不同提高采收率（EOR）方法的技术可行性。但是，由于油价的挫折，上述绝大多数方案被放弃了。本文是美国碳酸盐岩油藏提高采收率（EOR）（空气法，化学法和热力方法）实践的综合汇编，也是用来识别关键变量和项目设计参数的一次尝试，并用于成熟碳酸盐岩油藏的未来评价和复苏。二氧化碳驱（连续注入或水气交替注入（WAG））在美国是主要的EOR方法，这是因为低成本CO2的高利用率。二氧化碳EOR尤其代表了走向可行的地质碳储存和隔离的第一步。在美国，EOR化学方法尤其是聚合物驱油法已经广泛地在碳酸盐岩油藏中进行了试验。然而，相对地，根据总的石油采出，EOR化学方法已经产生了一个边际贡献。我们的研究包括目前实验室的一个简要综述（如润湿性变化和新的化学添加剂）和碳酸盐岩地层EOR化学方法的实践（比如注入提高采收率）。简要讨论了在过去和现在经验基础上筛选可用于判断碳酸盐岩油田可行EOR方案的方法。     

表面活性剂驱改变了碳酸盐岩储层的润湿性

水驱开采裂缝性、油湿／混合润湿碳酸盐岩储层的效果差。正在研究用稀释表面活性剂方法增加裂缝性碳酸盐岩储层的采油量。本文研究了稀释碱．阴离子表面活性剂溶液与原油在碳酸盐矿物表面的相互作用。进行了润湿性、相态、界面张力和吸附试验。本文证实了，阴离子表面活性剂同样能够将方解石表面的润湿性变成中等润湿／水湿条件，或对于西得克萨斯原油来说，阴离子表面活性剂比阳离子表面活性剂DTAB好。     

表面活性剂驱改变了碳酸盐岩储层的润湿性

水驱开采裂缝性、油湿／混合润湿碳酸盐岩储层的效果差。正在研究用稀释表面活性剂方法增加裂缝性碳酸盐岩储层的采油量。本文研究了稀释碱．阴离子表面活性剂溶液与原油在碳酸盐矿物表面的相互作用。进行了润湿性、相态、界面张力和吸附试验。本文证实了，阴离子表面活性剂同样能够将方解石表面的润湿性变成中等润湿／水湿条件，或对于西得克萨斯原油来说，阴离子表面活性剂比阳离子表面活性剂DTAB好。     

裂缝性碳酸盐岩油藏化学剂辅助提高采收率研究进展

碳酸盐岩油藏在全球范围内分布广泛,原油产量占比较高。由于碳酸盐岩储层结构复杂、裂缝发育、非均质性强以及偏油湿的润湿性特征,注水开发的采收率较低,化学剂辅助采油成为进一步提高采收率的有效方法。为了更好地开展该类油藏化学剂辅助提高采收率技术研究,系统总结了化学剂辅助提高采收率的作用机理、常用表面活性剂及数值模拟方法,介绍了成功应用表面活性剂辅助采油的矿场试验实例,指出了该项技术下一步的工作重点和研究方向。     

低成本低浓度表面活性剂对润湿性和相对渗透率的影响

将油水界面张力降低几个数量级可以减少表面活性荆驱的成本.本文对使用低成本表面活性剂改变润湿性从而提高原油采收率的潜力进行了研究.表面活性剂改变润湿性的程度可以通过测量接触角和油水相对渗透率来表征.利用表面活性剂改变润湿性的机理,使油层岩心/流体组合产生中间润湿或者混合润湿,最终能大幅度提高原油采收率.     

乳化性能差异对中低渗岩心驱油效果的影响

乳化是表面活性剂的重要作用之一,对表面活性剂应用于三次采油的驱油效果具有重要影响,文中通过一系列室内实验,对比分析了2种乳化性能不同的表面活性剂在不同渗透率条件下,应用于单一表面活性剂驱和聚／表二元驱的驱油效果实验结果表明．对于2种强化采油方式,在不同渗透率条件下,乳化效果好的表面活性剂提高采收率的效果更加明显,相对于单一表面活性剂驱．二元复合驱中乳化作用提高采收率的效果变弱。当渗透率较高时,良好的乳化性能可明显提高采收率．同时对注入压力的影响较小;当渗透率较低时,乳化作用的改善对提高采收率效果的影响不明显,并会引起注入压力的急剧升高。相对于中高渗地层而言,低渗地层化学驱更适于选用乳化性能较差或一般的表面活性剂。     

石油乳化对地层渗透率的影响

乳状液在孔隙介质中的渗流问题是石油生产的一个重要问题，全世界每天有相当多的原油是以乳状液形式采出的，许多提高石油采收率的过程都有乳状液的出现及其渗流问题，自从McAuliffe将乳状液用于提高石油采收率之后，乳状液渗流的问题更引起了人们的关注。乳状液在孔隙介质中渗流的主要特点是孔隙介质的渗透率会发生改变。     

不同润湿性条件下适合于不同渗透率油层的超低界面张力驱油体系

研制了无碱无聚合物且界面张力达到10^-3mN/m超低值的表面活性剂驱油体系,对于岩石表面润湿性条件为强亲油、中亲油、弱亲油以及强亲水情况,随着渗透率的增加,该体系的采收率逐渐增加.当渗透率增加到某个值时,随着渗透率的增大采收率迅速提高;然后随着渗透率的进一步增大,采收率增加幅度明显降低,将采收率不再增加时的渗透率值称为临界渗透率值.岩石表面亲水性越强,临界渗透率越低,适合于超低界面张力驱油体系的渗透率越小.实验表明,随着岩石表面亲水性的增加,可以使残余油滴活化的最小孔喉半径或渗透率明显降低,在低渗透率、特低渗透率以及超低渗透率的条件下,可将残余油驱替出来.因此,超低界面张力驱油体系不仅适合于中、高渗透率的油层,在一定条件下还可用于低、特低和超低渗透率的油层.     

低渗透裂缝性油藏的轻质油蒸汽驱

本文是关于低渗透裂缝性油藏轻质油热采热组分模拟的研究。与水驱相比，蒸汽驱的横向和垂向采收率都有提高。采收率增加值的大小与渗透率分布有关，而渗透率的均质分布是最重要的影响因素。     

表面活性剂对超低渗透油藏渗流特征的影响

针对超低渗透岩心,通过宏观驱替实验研究不同界面张力的表面活性剂对单相启动压力、油水两相启动压力、相对渗透率曲线、降压效果及提高采收率效果的影响,分析表面活性剂对超低渗透油藏渗流规律的影响。研究结果表明,随驱替液界面张力的降低,单相启动压力明显降低。油水两相启动压力实验中,在油水两相相同流速比下,随界面张力的降低,油水两相启动压力梯度逐渐降低,含水饱和度逐渐增大。从束缚水饱和度到残余油饱和度,随含水饱和度的增加,油水两相启动压力梯度先缓慢下降,后迅速下降。相渗曲线实验中,随表面活性剂质量分数的增加,油水两相渗流区增大,油相相对渗透率增大,残余油下水相相对渗透率增加,残余油饱和度降低,油气采收率升高,水相(端点以内)渗透率基本没有变化。表面活性剂段塞驱替实验中,岩心一次水驱后,注入表面活性剂可明显降低超低渗透岩心的注入压力、提高岩心采收率,且油水界面张力越低,降压效果越好,提高采收率幅度越大。     

裂缝性和基质性碳酸盐岩在堵漏前后的应力敏感性研究

塔中奥陶系碳酸盐岩储层裂缝和孔隙发育,钻进过程中极易发生漏失,当采用堵漏浆进行封堵时,堵漏材料会充填裂缝和孔隙,此时不同类型碳酸盐岩的渗透率会产生不同的变化。通过试验,对比研究了裂缝性和基质性碳酸盐岩在堵漏浆浸泡处理前后的应力敏感性,同时对比分析了二者的渗透率恢复率与有效应力的关系,并从作用机理上探讨了二者应力敏感行为的差异性。研究表明,裂缝性碳酸盐岩在堵漏浆处理前后的应力敏感性都要远高于基质性碳酸盐岩。堵漏材料对孔隙和裂缝空间造成影响程度的不同,是二者渗透率随有效应力加载和卸载过程中产生明显差异的主要原因。      

表面活性剂对低渗油湿灰岩表面性质及渗吸行为的影响

裂缝发育的低渗灰岩储层，当基质岩块为混湿及油湿时，毛细渗吸驱油作用很弱。本工作采用毛管上升、渗吸及相对渗透率曲线方法，在62℃下研究了CTAB和SDBS溶液对油湿灰岩表面性质及渗吸行为的影响。浓度为700mg／L时，SDBS溶液与原油间的界面张力为0．035mN／m，而CTAB溶液为1．25mN／m；随着浓度增大，SDBS溶液使亲油的毛管表面润湿接触角缓慢减小，而CTAB溶液使润湿接触角大幅减小，在与最大吸附量对应的浓度下润湿接触角有最低值；亲油岩心在CTAB溶液中的渗吸驱油速度较SDBS溶液中的渗吸驱油速度高；相渗曲线表明，与亲油岩心／SDBS溶液体系相比，亲油岩心／CTAB溶液体系的油相相对渗透率较高而水相相对渗透率较低。因此，CTAB类阳离子表面活性剂可望用于该类油藏的开发。讨论了相关的机理。图6参10。     

表面活性剂对煤层储气层损害作用研究

考察了6种不同类型的表面活性剂对两个矿区17个煤样渗透率的损害。煤岩心流动实验程序如下：注5g/L盐水测水相渗透率Kw，反向通氮气0．5～2．0h测气相渗透率Kg随时间变化，正向注2g／L的表面活性剂盐水溶液并测K＇w，反向注氮气测K’g随时间变化，由Kw和K’w计算水相损害率aw，由Kg和K’g（t）计算气相渗透率ag（t），其稳定值ag^∞被称为热力学水锁损害率。给出了17个煤样／表面活性剂组合的实测数据和典型的Kg、K’g～t和ag-t曲线。阴离子（SDS，AOT）阳离子（CTAC，DMAO）。非离子（OP10，Span80）表面活性剂造成的煤样aw平均值分别为882％．64．8％，64．6％，造成的煤样ag^∞平均值分别为97.2％，77．9％，62．6％。与砂岩岩心相比，表面活性剂对煤岩岩心的损害要严重得多。认为表面活性剂对煤岩渗透率的损害机理，可能是表面活性剂吸附引起煤岩中微粒分散、运移。不同表面活性剂造成的损害差异尚不能完满解释。图3表1参7。     

利用相对渗透率曲线计算油田采收率方法的改进

从容积法计算石油储量的基本原理出发，将相对渗透率曲线与其它静态资料相结合，对原利用相对渗透率曲线计算油田采收率的方法进行了改进。通过辽河油区实际资料的检验，改进后的方法具有较好的适用性。该方法也适用于在油田开发初期缺少动态资料时确定油田采收率。