微乳液在油田三次采油中的应用

郑 伟，李连客，单大龙，范雪蕾，付红英

（大庆油田开普化工有限公司，黑龙江大庆 163453）

微乳液驱在最近的低渗透油藏三次采油中的应用取得的效果十分显著，使原油采收率稳步提高。微乳液主要是指由于表面活性剂和助表面活性剂的作用，由油类或油类等构成的分散体系，其主要特点包括：热力学稳定性、各向同性、黏度低等。微乳颗粒在10～100nm，相对低渗透储层孔喉半径较小，因此不会出现堵塞喉管的情况。微乳可与油、水发生混溶，并能显著提高油水界面张力；不同配方微乳液的物理化学性质都存在一定程度的差异，因此其在采油过程中所发挥的作用也不完全一致。所以，为了对微乳液的性能有一个深入的了解以及明确其在驱动过程当中的具体功能，对微乳液驱动提升采收率的具体机制进行深入研究在研发微乳液体系中发挥着关键的作用。

1 微乳液在提高原油采收率方面的应用

低渗储层孔道统筹不具有较大的半径，水驱采收率水平总体为10%～20%，对提高水驱采收率的方法进行深入研究能够显著优化低渗储层开发效果。化学式复驱法（包括二元复合驱法和三元复合驱法）是提高原油采收率的重要方法，对于常规油藏开发意义重大。这一方法目前已经大庆油田和胜利油田等多个矿场进行，取得了非常明显的效果，提高采收率10%～15%。但是，上述体系中所含聚合物分子的尺寸相对较大，聚合物分子在溶胀等条件下的回旋半径通常比低渗透储层喉管半径大，因此，该方法在储层注入等方面仍存在较大的局限性，对其进一步推广应用有一定的负面影响。

低渗透油藏水驱过程中所开展的剩余油微观实验结果表明，水驱后的剩余油在多孔介质的分布形式主要包括：盲端剩余油、簇状剩余油与油膜等，减小油水界面张力是实现这类剩余油动用情况优化的重要内容。室内研究发现：表面活性剂存在着两亲结构，此外，在不同浓度范围内，表面活性剂体系对应的界面张力为10-3～10-4mN/m，可有效降低油水界面张力。其中浓度相对较低的体系以活性水驱为主，浓度相对较高的体系以微乳驱为主；前者不仅具有超低界面张力，同时还可实现油与水的大力增容，甚至可完全消除油水界面张力，从而实现水驱后的剩余油完全驱替，因而逐步发展成为微乳液体系的重要研究内容。

2 微乳液驱渗流机理

2.1 降低启动压力梯度

微乳驱动的启动压力梯度。研究结果表明：当压力梯度较小时，各岩心微乳液驱油压力差-流量曲线均不呈直线，即不属于达西渗流。非达西渗透的特点是：压差-流量曲线为上凹型曲线，当压力梯度不断增加时，渗流的速度将会不断加快；如果压力梯度超过了相应的范围，曲线将呈现为一条直线，说明岩心已逐步进入准线性渗流阶段。核心渗透率与曲线弯曲程度呈反比关系。当岩心渗透率不断降低时，曲线的交点和压力梯度轴呈正比例，说明岩心渗透率与启动压力梯度呈反比。低渗岩心的启动压力梯度主要表现出以下基本特征：启动压力梯度与渗透率呈乘幂关系，渗透率降低后，岩心启动压力梯度增大。

2.2 降低启动压力梯度机理

微乳液驱非线性渗流的基本特征是：相同压力梯度，微乳液驱的渗流速度更快，说明微乳液驱使驱油过程阻力有了一定程度的降低；而在微乳液驱的情况下，低渗透岩芯对应的启动压力梯度降低。微乳液和水驱的启动压力梯度与渗透系数均呈乘幂关系，而渗透系数与启动压力梯度呈反比。

微乳液驱的启动压力梯度主要存在以下方面的特征：渗透率相同的前提下，微乳液驱所对应的启动压力梯度通常较小；而在较小的渗透率的前提下，微乳液驱与水驱的启动压力梯度差异相对较大。因此，固体、液体之间存在着比较大的接触面积。固液界面张力关系比较复杂；气孔内壁包含大量胶结物，这些胶结物吸附流体，形成吸附层或边界层。在边界层中，流体处于一种特殊的状态，使流动过程中受的驱动力增大，抑制其流动。当驱替压差超过了一定的范围，流体与孔隙中存在的黏附力将被克服，并继续参与到流动阶段。

2.3 提高油相相对渗透率

对微乳液驱和水驱的油水相对渗透率的曲线分析，可以从对比数据中发现规律，当加入微乳液或者加入水发生作用时，岩心含水饱和度是相同的。就说明在某种条件下，微乳液驱使油相的相对渗透率提高了。根据这个规律，可以得出结论：微乳液降低了油相渗流的阻力。该方法也可以用于石油作业中。根据分析数据可以看出，岩心与水之间比较难以融合，当岩心含水饱和度较高，油相就会发生变化，这时候油就会成为油珠，遇到狭小的通道时，油滴为了顺利通过通道，就会变换形状，从而发生贾敏效应。一般来说，微乳液的作用有两个，降低油水界面的张力和增加油和水之间的融合能力。当油水界面的张力逐渐降低时，油滴的形状会越来越容易变化。因为微乳液会使油滴发生乳化作用，发生乳化作用之后，油滴分化为乳化油滴，这样就使得油滴被水相夹带运移的情况大大增加。

2.4 降低残余油饱和度

从微乳液驱和水驱的油水相对渗透率曲线的对比与分析可以看出，微乳液的作用有两个：①可以大幅提高油相的相对渗透率，②可以大幅降低残油的饱和度，这样就使得原油的纯度大大提升。研究人员为了研究微乳液在降低残余油饱和度方面的重要程度，将微乳液驱残油的饱和度作为实验对象，并设置了水驱残余油饱和度作为对照组，对两者进行具体分析，并将微乳液与水驱的残余油饱和度的曲线图绘制在一张图纸上，方便对比观察。

3 剩余油动用机理

比较常见的是簇状剩余油和柱状剩余油。当微乳液驱油开始之后，研究人员要做的工作有以下几个步骤：首先，观察剩余油启动和运移的过程，其次，记录下各类剩余油的形态以及位置发生了多少偏移，并进行具体的分析，最后，深入分析微乳液驱的微观驱油机理。

3.1 簇状剩余油

因为储层的非均质性和油水的性质存在差异，所以形成了簇状剩余油。具体操作步骤为：在水驱油的过程中，缓慢地将水注入其中，慢慢推进，这时候水就会填满阻力较小的孔隙。当模型遇见水的时候，注入水的驱油作用被削弱。但这种效果达不到预期效果，所以研究人员转而寻找其他材料。最后发现，如果是用微乳液的话，会提升黏度。因为当注入微乳液后，就可以使得水油流度比显著降低，从而减缓了无效渗流通道的形成。除此之外，微乳液因为黏度较高，这样就使得模型中的驱替压力增高。与水只能填充阻力较小的孔隙不同，驱替液填充阻力较大的孔隙，使簇状剩余油被驱替出来，将其应用于石油作业中可以大幅提高作业效率。

3.2 柱状剩余油

因为缝隙两端的驱替压差的差异比较小，所以就形成了柱状剩余油。当注入微乳液后，与微乳液相接触的柱状剩余油因微乳液与剩余油的增溶作用而逐渐减小。被拉长的剩余油发生断裂，使得剩余油可以被更好地驱替出来。

3.3 盲端状剩余油

尖刺型空隙的特点正如它的名称所示，尖刺型孔隙的一端是封闭的，所以其他孔隙会出现的驱动压差问题在尖刺型孔隙的作用过程中是不会出现的。由于一端开口一端封闭，盲端剩余油在大气压的推动下，导致在孔隙中难以移动。水驱油在遇到微乳液后，产生化学效应，盲端剩余油不断减少，油与水转化为油滴加之受到空气的挤压流出缝隙。当越来越多的乳液注入缝隙中时，乳化作用也越来越明显，产生的剩余油越来越多，受到空气的挤压后，出现了盲端状剩余油的开口端逐渐向内凹陷的现象。在加入微乳液之后，溶液的浓度增加，盲端剩余油难以移动，油水界面的张力降低。

3.4 油滴状剩余油

在加入微乳液之后，溶液的浓度增加，油滴状剩余油难以移动，油水界面的张力降低。当界面的张力减小，乳化作用后产生的油滴受到的阻力也相应减少，整个过程也进行的更加容易。微乳液的黏度较强，带给油滴的摩擦力就加大，整个驱油过程也就进行的更加容易，根据物理特性，可以得知当动力大于阻力，油滴在推动力的作用下会逐渐流出缝隙。在油滴流出过程中一般会出现两种情况，一是在外界空气的推动下，油滴产生形变，形成了两端粗中间细的形状，最后在狭道时又变成球状继续运动；二是油滴变形后，前端由于较细产生断裂，后分散为体积更小的油滴向外运动，一些大油滴不断地分散为小油滴以便排出孔隙。在实际的驱油过程中，微乳液是最常使用的试剂，效果较为明显，在乳化过程中，油滴剩余物减少较多。

3.5 膜状剩余油

在实际储层中，孔隙壁面的润湿性会随着自身的材料和环境而改变，亲水性的强弱不一。孔隙壁的亲水性较强则对原油的摩擦作用就越强烈，根据物理知识可得，当摩擦力小于束缚力，驱替液的作用就较为明显，大部分原油会流出孔隙中，而膜状剩余物的形成是因为原油与孔隙壁面进行接触导致原油不能在隙中移动。例如岩石的膜状剩余油的量较多，是因为它的亲油性高。

微乳液在与水的比较之下，最显著的特点就是黏度较高，提供的动力大于阻力，增加了两者之间的摩擦力。只有当摩擦力大于附着力，膜状剩余油才会发生变动，这就得益于微乳液的黏度作用。一般用光刻玻璃模型来观察驱油现象更加直观，较大的膜状剩余物在摩擦力的作用下不断向前移动，拉长自己的过程中又分散为无数个小的油滴，在微乳液黏着力的作用下继续向前移动，流出孔隙，减少膜状剩余油。除了自身较为明显的黏度特点，微乳液还能给岩石增加润湿性，湿润性提高，岩石的亲油性减弱，原油可以更加顺利地从孔隙中流出。在玻璃模型中可以明显观察到膜状剩余油不断减少，有的油滴甚至直接滴落。

4 结论

微乳液的作用就是增大溶液黏度，发生乳化作用，使得界面的张力不断减小，动力大于阻力，在外界空气的推动下，油滴可以克服黏着力顺利流出缝隙。在表面活性剂的作用下，溶液中会产生大量电荷，电荷在与流体的结合过程中将双电层增宽，从而降低了边界层的厚度。微乳液的加入使得界面张力减小，动力大于摩擦力，让油滴更易产生形变作用。在以上的实验过程中，盲端状剩余油的效果是最差的。