多孔介质中乳状液调剖效果室内实验研究

闫志明 张承丽 宋国亮 刘灏亮

摘      要：乳状液在多孔介质中流动时，可进入注入水波及不到的孔隙通道，所以可有效驱替储层中的残余油，而且乳状液中的大乳滴通过孔隙通道时，可以起到暂堵作用，达到调剖的效果，从而进一步提高原油采收率。本文通过室内物理模拟实验，分别研究了不同粒径匹配因子与阻力系数和流度调整系数之间的关系，并对多孔介质中乳状液调剖驱油效果进行了研究。研究表明：乳状液液滴粒径与岩心孔隙直径的匹配关系越好，其调剖驱油效果越好。

关  键  词：乳状液;多孔介质;粒径匹配因子;阻力系数;调剖

中图分类号：O648.2+3       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）04-0683-04

Abstract： In porous media，emulsion can effectively displace residual oil in reservoir because it can enter pore channels where injection water cannot reach. And the large droplets of emulsion can make profile control by plugging pore and channels， thereby further improving oil recovery. In this paper， the relationship between matching factor of particle size and resistance coefficient and the relationship between matching factor of particle size and adjustment coefficient of fluidity were researched respectively through the indoor physical simulation experiment， and the effect of profile control and oil displacement of emulsion in porous media was also researched. The results showed that the better the matching relationship between the particle size of emulsion droplets and the pore diameter of core， the better the effect of profile control and flooding.

Key words： Emulsion; Porous media; Matching factor of particle size; Resistance coefficient; Profile control

通过表面活性剂降低界面张力，一种液体以分散相的形式，均匀地分散到另一种液相中，所形成的这种分散体系被称为乳状液[1，2]。随着三次采油、原油管输等技术的发展，乳狀液开始广泛应用于石油工业各个流程。通过大量的室内实验研究，发现乳状液在提高采收率技术方面具有理想的效果[3，]。在20世纪80年代，研究结果表明，乳状液流过多孔介质时，能产生非常明显的贾敏效应，造成渗流阻力大幅增加，当分散相液滴半径大于孔喉半径时，乳状液提高渗流阻力的效果愈发明显[5-8]。

因此，在一定条件下，乳状液可以作为封堵剂封堵大孔道，使后续驱替相发生转向，进入之前水驱无法进入的中低渗孔道[9，10]，增大注入水的波及面积和波及体积，提高原油采收率。本文通过进行乳状液室内实验，研究乳状液在多孔介质中流动时，不同粒径匹配关系下，储层渗流阻力和流度控制的变化情况，并对多孔介质中乳状液调驱效果展开研究。

1  乳状液调剖效果室内实验研究

1.1  实验装置与材料

实验装置包括：RW20DZM 型搅拌仪，由德国IKA基团生产;MS 2000Micro激光粒度仪，由英国马尔文仪器有限公司生产;NT2-G16F内啮合齿轮型压力泵由上海名田实业有限公司生产;GZHS-B 型恒温箱由北京中西远大科技有限公司生产。

实验中所用材料包括：分子量1 600万聚合物，甜菜碱型表面活性剂由淮南华俊新材料科技有限公司提供;大庆油田脱水脱气原油和地层水由大庆油田采油厂提供;人造岩心由实验室自制。

1.2  实验方法

本实验利用聚表剂水溶液与大庆原油以一定速率进行搅拌，得到分散均匀的聚表剂-原油乳状液。为检验乳状液的驱油能力和调剖效果，先对饱和油后的岩心进行初步水驱实验，至极限含水率98%后，以制备的乳状液为驱替相，注入岩心进行驱油，观察出液情况，比较乳状液在驱油过程中提高石油采收率的效果。

注入一定体积乳状液后，继续进行后续水驱实验，以检验乳状液自身调剖作用对后续水驱采收率的提高能力。比较注入乳状液前后对石油采收率的影响，结合相关理论知识，以及记录的压力数据，分析乳状液在提高石油最终采收率方面起到的效果，完成对乳状液驱油效果的室内实验评价。

在室内实验过程中，使用的主要表征手段是利用激光粒度仪，测量制备的乳状液中粒径的大小，结合水测渗透率、孔隙度等参数，计算粒径匹配因子，并结合压力数据计算最大阻力系数，从而为参数优选提供理论依据，以选取采收率提高效果最好时的最优粒径匹配因子。

本实验具体步骤如下所示：

（1）将聚表剂水溶液与原油用搅拌器以5 000 r/min 转速搅拌约10 min 得到均匀分散的乳状液。

（2）用激光粒度仪测量乳状液液滴的粒径大小。

（3）岩心饱和地层水方法测定岩心孔隙度。

（4）将安装好的实验装置置于恒温箱中，测量岩心的水测渗透率，恒温箱内温度设为45 ℃，用以模拟大庆油田平均地层温度。

（5）在45 ℃下，对岩心饱和油，通过读取产出水体积，得到原始含油饱和度。

（6）对岩心进行初次水驱实验，注入速度设为2 mL/min，直至采出液含水率达到极限含水率98%时，水驱结束。

（7）将乳状液装入中间容器，以乳状液为注入流体，注入到不同渗透率的岩心中，并记录压力、流量。注入体积为0.3 PV，注入速度5 mL/min。

（8）用水作为驱替相，对岩心进行后续水驱实验，记录压力和流量，驱替至极限含水率98%时，停止实验，整理数据，分析注入乳状液后对最终采收率的提高效果。

在实验过程中，以相同粒径乳状液作为流动介质，以研究乳状液液滴粒径与岩心孔隙直径之间的匹配关系。实验流程图如图1所示。

从实验结果可以看出，乳状液的阻力系数受乳状液液滴粒径与多孔介质直径之间的匹配关系，即粒径匹配因子的影响很大。当粒径匹配因子为0.96和1.04，即约为1时，阻力系数最大，说明此时乳状液在储层中流动时，会产生很大的渗流阻力，能够很好的封堵地下孔隙通道。当粒径匹配因子增大和减小时，阻力系数均明显变小，此时乳状液在储层中流动时产生的渗流阻力降低，封堵性能变差。

乳状液被注入到储层多孔介质中流动时，当乳状液液滴粒径与岩心孔隙直径之间匹配关系好时，随着注入量的增加乳滴对储层孔隙不仅起到了的封堵作用，且随着注入压力的升高，乳状液液滴被挤压变形通过孔道，并不会产生分散和破乳现象，封堵作用稳定，所以当粒径匹配因子接近于1时，阻力系数最大。当粒径匹配因子为0.53，即乳滴粒径大于孔隙直径时，随着注入量的增加，注入压力增大，乳状液聚集在孔喉处，难以通过孔道时，此时储层渗流阻力迅速增大，当压力达到乳状液液滴的极限变形压力时，乳状液被分散成细小液滴，发生破乳现象，从而使渗流阻力迅速变小，封堵效果降低。当粒径匹配因子为3.22，即乳滴粒径远小于孔隙直径时，乳状液在孔隙介质中运移时能够顺利通过孔道，渗流阻力并不会明显升高，但由于乳状液中的聚合物会使水的黏度增大，且岩石表面对其有一定的吸附作用，也会引起乳状液运移阻力增加。因此，乳状液液滴粒径与孔隙直径匹配关系较好，即粒径匹配因子接近1时，能够有效调整吸水剖面。

2.2  不同粒径匹配因子下乳状液运移流度测定

进行不同渗透率条件下岩心的水驱油实验，观察岩心中注入乳状液段塞前后，驱油剂的流度变化情况，实验结果见表2。其中，流度调整系数为注入乳状液段塞前后驱油剂流度之比。

从实验结果（见表2）可以看出，驱油剂流度变化受乳状液液滴粒径与多孔介质直径之间的匹配关系，即粒径匹配因子的影响很大。当粒径匹配因子为1.04时，此时渗流阻力系数最大，相应注入乳状液段塞后驱油剂流度降低幅度最大，油水流度比最小，起到了很好的流度控制作用，此时调剖效果最好;随着粒径匹配因子的增大或者减小，驱油剂流度变化幅度较小，调剖效果较差，当粒径匹配因子为0.53时，乳状液被分散成细小液滴，此时渗流阻力系数最小，注入乳状液段塞后驱油剂流度降低幅度最小，油水流度比最大，流度控制效果最差，调剖效果最差。

2.3  多孔介质中乳状液调剖效果研究

为研究粒径匹配因子与驱油效率之间的关系，开展乳状液段塞驱油实验，研究不同孔隙直径与乳状液液滴粒径匹配关系下，多孔介质中乳状液的调剖效果，观察乳状液驱油实验结果见表3所示。采收率变化情况见图3所示。

实验结果（见表3）表明：孔隙直径与乳状液液滴粒径匹配关系好，即粒径匹配因子接近1时，经过乳状液驱替后，调剖效果好，原油采收率提高幅度大，与水驱相比，采收率提高9.83%;而当粒径匹配关系差时，乳状液调剖效果差，原油采收率提高幅度较小。

3  结 论

本文通过提出、制备和评价一种可用于驱油的聚表剂-原油乳状液体系的调剖效果，对该体系在提高石油采收率方面的性能进行室内评价实验，得到如下结论：

（1）乳状液液滴粒径与储层孔道直径之间的匹配关系对乳状液的调剖效果影响很大，粒径匹配因子接近1时，渗流阻力系数最大，驱油剂流度控制效果最好，调剖效果最好。

（2）比较不同渗透率下，注入乳状液前后的驱油效率，可以发现，注入乳状液能有效提高石油采收率。

（3）当乳状液液滴粒径与岩心孔隙直径匹配关系好，即粒径匹配因子接近1时，调驱效果最好，相应原油采收率提高幅度最大，与水驱相比，采收率提高9.83%。

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