渗吸剂体系基本性能对采收率的影响分析

江 敏，范洪富，张 翼，吴 英

(1.大连理工大学北京研究院博士后工作站，北京 100044；2.中国地质大学(北京)，北京 100083；3.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；4.中海油田服务股份有限公司，天津 300459)

0 引 言

低渗透裂缝性油藏利用渗吸机理进行采油的过程中，影响渗吸采收率的因素非常多[1-9]，这些因素互相影响互相制约，形成一种复杂多变的关系。关于渗吸剂体系的基本性能对采收率的影响，前人已进行了大量的相关研究工作[10-21]，但均局限于对单一影响因素的讨论和分析，对各种影响因素的权重还缺乏定量研究。目前，在对渗吸剂的筛选和评价中，一般对表征其基本性能的几种指标进行测试，主要包括油水界面张力、油水接触角、渗吸剂体系对目标油藏原油的乳化性能、渗吸剂体系的黏度以及渗吸剂体系的pH值等。这些指标与渗吸采收率之间的关联性以及在选择渗吸剂时应重点考虑渗吸剂的哪些基本性能，目前还没有统一的筛选和评价标准。因此，在大量描述渗吸剂基本性能实验数据的基础上，利用SPSS数据分析，将多因素方差分析和多元线性回归分析方法引入到低渗透油藏渗吸剂体系的性能指标对采收率的影响分析中，对各性能参数影响采收率的次序及权重进行了深入讨论和分析。

1 渗吸剂体系基本性能测试实验

1.1 实验准备

实验用表面活性剂包括阴离子型、非离子型及两性离子型。实验用油为长庆姬塬脱气脱水原油。实验用水采用去离子水配制的模拟地层水，总矿化度为11 238.15 mg/L。

实验中主要仪器设备包括旋转滴超低界面张力仪500D、OCA视频光学接触角测量仪、乳化分散高速搅拌器、数字式旋转黏度计以及乳化性能测定仪等。

1.2 实验方法

(1) 油砂静态渗吸实验。油砂静态渗吸实验依据中国石油勘探开发研究院的发明专利《一种渗吸剂渗吸采油效果的定量评价方法》来进行，该专利[22]用来评价渗吸剂对于目标油藏原油的渗吸采油效果。

(2) 界面张力测试实验。利用界面张力仪，测量渗吸剂体系和目标原油之间的界面张力。

(3) 接触角实验。实验针对亲油地层设计，将石英载玻片处理成油湿状态，用来模拟静态渗吸实验中油砂的润湿状态。用OCA视频光学接触角测量仪测定表面活性剂处理前后的静态接触角。

(4) 乳化性能实验。乳化强度综合指数[23-24]是定量表征驱油剂乳化性能的物理量，是表面活性剂乳化综合性能的量度，由乳化力[25]和乳化稳定性[26]乘积的开方得到。乳化强度综合指数值为1～100，数值越大，表明体系乳化性能越强。

(5) pH值测试。研究发现，驱油体系的pH值对油水界面张力、原油乳状液稳定性等均有很大影响[27]。以油砂静态渗吸采收率为依据，讨论各渗吸剂体系的pH值对渗吸结果的影响。

(6) 体系黏度测试。在50 ℃地层温度下，用NDJ-5S型数字式旋转黏度计对278组渗吸剂体系进行黏度测量实验。

2 结果与讨论

2.1 实验结果

渗吸采收率与界面张力的关系见图1。由图1可知，各个体系的油水界面张力和油砂渗吸采收率之间不呈函数关系，但随着油砂渗吸采收率的升高，其渗吸剂体系的油水界面张力值总体呈下降的趋势，即在低渗透油藏中低界面张力的渗吸剂体系有利于渗吸作用的发挥。

图1 不同采收率对应的界面张力

渗吸采收率与接触角之间的关系见图2。由图2可知，接触角与油砂静态渗吸采收率之间不呈函数关系，但随接触角的降低，油砂静态渗吸采收率整体上呈增高的趋势。说明渗吸剂对油藏的润湿性起到了润湿反转的作用。

图2 不同采收率对应的接触角

渗吸采收率与乳化性能的关系见图3。由图3可知，油砂静态渗吸采收率大于40%的渗吸剂体系，其乳化强度综合指数集中在50～65，且随综合指数增大，油砂静态采收率呈上升的趋势。采收率在40%以下的渗吸剂体系，其乳化强度综合指数集中于0～50、65～80。

图3 不同采收率对应的乳化强度综合指数

渗吸采收率与pH值的关系见图4。实验均未考虑酸性条件下的渗吸能力，仅在中性、弱碱及碱性条件下进行了实验。由图4可知，各渗吸剂体系的pH值大部分集中于7.0～8.5，均属于弱碱性体系。

图4 不同采收率对应的pH值

实验显示，渗吸剂体系黏度为0.1～1.0 mPa·s，与渗吸效果无明确的函数关系。油砂静态渗吸采收率大于40%的体系，其黏度值大都集中在0.6～0.9 mPa·s。

2.2 利用方差分析确定影响因素次序

利用各类实验数据，使用SPSS统计软件，应用方差分析[28-30]方法，对油水界面张力、接触角、乳化综合指数、黏度和pH值对油砂静态渗吸采收率的影响进行了分析，初步判断各因素对采收率影响的显著程度，并分析各因素对采收率影响的主次顺序。

表1为实验结果方差分析情况。由表1可知，油水界面张力的检验统计量(F)的观测值为20.016，检验的概率值(P)为0.000，小于0.050，拒绝零假设，即认为油水界面张力对油砂静态采收率的影响存在显著差异。其他几种因素对油砂静态采收率的影响与油水界面张力相同，即这些因素与油砂静态采收率之间均存在显著影响。按照F值的大小对这些因素进行排序，可得到每个因素对油砂静态采收率的影响次序，从主到次依次为：油水界面张力、乳化综合指数、接触角、渗吸剂体系黏度和pH值。即在低渗透油藏渗吸采油过程中，渗吸剂体系对油水界面张力降低的能力是影响渗吸采收率的主要因素，渗吸剂体系的pH值在5种因素中对渗吸采收率的影响最小。

表1 实验结果方差分析

2.3 利用多元线性回归进行影响因素权重确定

通过方差分析，得到每个因素对油砂静态渗吸采收率的影响次序，但无法定量给出每个因素的权重，因此，通过多元线性回归[31]，得出油砂静态渗吸采收率与油水界面张力、乳化综合指数、接触角、渗吸剂体系黏度和pH值的标准化回归系数(标准化回归系数是消除了因变量和自变量所取单位的影响之后的回归系数，其绝对值的大小可直接反映自变量对因变量的影响程度)，利用得到的各因素的标准化回归系数进行归一化处理，得到每个因素的权重，结果见表2。由表2可知，各因素对油砂静态渗吸采收率的影响次序为：油水界面张力、乳化综合指数、接触角、渗吸剂体系黏度和pH值，与方差分析的结果相一致，说明采用多元线性回归方法进行评价的结果是正确的。

表2 影响因素权重及次序

2.4 结果分析

利用多元线性回归分析得到了影响油砂静态渗吸采收率各因素的权重。从分析结果可知，权重最高的为油水界面张力，其次为乳化综合指数和接触角，三者的权重占到了75.8%，说明在低渗透油藏利用渗吸原理进行采油的过程中，渗吸剂体系降低油水界面张力的能力、对原油乳化的能力和改变岩石润湿性的能力发挥着最重要的作用。

由表2可知，界面张力与接触角的标准化系数值均为负，说明在渗吸驱油过程中，渗吸采收率的大小与界面张力和接触角呈负相关的关系，即随着油水界面张力的降低和渗吸剂体系对岩石润湿性改变能力的增强，渗吸采收率呈逐渐增加的趋势。目前现有的实验数据，其油水界面张力均大于1.0×10-4mN/m，因此，上述分析仅限于油水界面张力大于1.0×10-4mN/m的情况。根据对渗吸采油的机理分析可知，渗吸剂体系的油水界面张力存在一个合适的范围区间，该区间毛管力充分发挥作用，使残余油最大限度地活化变成可动油，在油水界面张力小于1.0×10-4mN/m时，界面张力与渗吸采收率之间是否遵循上述规律，还需要进一步的实验研究和分析。

由表2可知，乳化综合指数的标准化系数为正，说明渗吸剂体系乳化性能的大小与渗吸采收率之间呈正相关的关系，即随着乳化综合指数的增大，渗吸采收率呈增长的趋势。乳化性能的测定实验结果表明：乳化综合指数为50～65时，油砂静态渗吸采收率达到最优；乳化综合指数大于65时，渗吸采收率效果反而降低。因此，当乳化综合指数在一定区间范围内，该结论成立。对于长庆低渗透油藏，乳化综合指数区间为50～65。

渗吸剂体系的黏度和pH值的标准化系数均为正，因此，这2种因素与渗吸采收率之间呈正相关的关系，但体系pH值过大会给油田生产带来一系列负面的影响，因此，在实际应用中pH值不宜过大。对于不添加聚合物的渗吸剂体系，其渗吸采收率随黏度的增加而增大。

综合可知，在对渗吸剂进行筛选时，应着重考虑渗吸剂与原油之间的界面张力的大小，考虑渗吸剂体系降低界面张力的能力，在界面张力处于一个合适范围的前提条件下，再通过筛选渗吸剂的乳化能力和对原油接触角的改变能力来最终确定最适合目标油藏的渗吸剂体系。

3 结论及建议

(1) 通过多因素方差分析，得出渗吸剂体系各性能指标对油砂静态渗吸采收率的影响从主到次依次为油水界面张力、乳化性能综合指数、接触角、渗吸剂体系黏度、渗吸剂体系pH值；通过多元线性回归分析，得到渗吸剂体系各性能指标对油砂静态渗吸采收率的权重，其结果与方差结论一致。

(2) 油水界面张力和接触角与油砂静态渗吸采收率呈负相关的关系，乳化性能综合指数、渗吸剂体系黏度、渗吸剂体系pH值与油砂静态渗吸采收率呈正相关的关系。

(3) 渗吸采油中应着重考虑体系降低油水界面张力的能力，其次考虑体系的对原油乳化的能力和改变岩石润湿性的能力等，以此来确定最适合目标油藏的渗吸剂体系。