油气藏用微乳剂性能研究.pdf

第 3 0卷 第 1 期 2 0 1 3年1月 钻井液与完井液 DRI LLI NG F LUI D ＆ COMP LE TI ON F L UI D Vo 1 ． 3 0 NO． 1 J a n ．2 01 3 【 理论研究与应用技术 】 油气藏用微乳剂性能研究 郭 丽 ，李 升 窜，康 雪 1 ，卢 拥 军 2 ，胥 ，崔 明 月 2 1 ． 天津科技大学材料科学与化学工程学院，天津 ； 2 ． 中国石油勘探开发科学研究院廊坊分院，河北廊坊 郭丽梅等 ． 油气藏用微乳剂性能研究 『 J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 3 ，3 0 1 7 2 7 4 ． 摘要 以阳离子表面活性剂和非离子表面活性荆作主剂，并添加其他辅剂研制 出了一种微乳剂。性能评价结 果表明，该微乳剂可以将亲水性岩心润湿性改变为中性～弱亲水 接触角为 6 5 。 ～9 0 。 ； 加有该剂的压裂液破胶 液表面张力小于 3 0 m N ／ m ； 与压裂液复配，不会降低压裂液成胶黏度，且有利于降低压裂液的滤失量。进一步的 实验结果表明， 该微乳剂降低 了毛细管力， 其排液所需压力仅为常规表面活性剂的3 5 ％； 在 4 mL ／ s的低顶替速率下， 2 0 0 m g ／ L微乳剂溶液的顶替率为 5 4 ％，而常规表面活性剂溶液的顶替率仅为 2 8 ％。因此可以得出，该微乳剂有利 于减小低渗储层伤害，提高采收率。 关键词微乳剂 ； 润湿性 ； 压裂液 ； 配伍性 ； 渗透率 中图分类号T E 3 5 7 ． 1 2 文献标识码A 文章编号 1 0 0 1 ． 5 6 2 0 2 0 1 3 0 1 0 0 7 2 - 0 3 在油气井开发过程中，钻井液、固井液及压裂 液等外来流体侵入储层后，由于毛细管力的滞留作 用， 地层的驱动压力不能将外来流体完全排出地层， 储层的含水饱和度增加，油气相渗透率降低 [1 J ，由 此产生液锁，同时会减小油气的采出量，并增加注 入液对储层的伤害。研究表明，储层岩心润湿性为 中性 弱亲水时，此时采收率为最高 [2 -4 ] ，因此研制 出一种微乳剂，可将岩心的润湿状况改善为中性 ． 弱亲水， 尽可能地降低多孔介质中的毛管渗流阻力， 降低启动压差，利于工作液的返排，能使地层免受 工作液的伤害， 并且达到油气井增产稳定的效果 [5 ] 。 1 主要 试剂及仪器 系列微乳剂 A、B、C自制 ； 天然岩心 长 庆油 田 ； 瓜胶系列 工业级 ，昆山 。 8 0 2型离心沉淀器 江苏省金坛市医疗仪器 厂 ； B Z Y - B型 自动表面张力仪 上海方瑞仪器 有限公 司 ； N X S ． 1 1 A型旋转黏度计 成都仪器 厂 ； P G X型动静态接触角测定仪 瑞典 F I B R O S YS T E MAB公 司 。 2性能评价 2 ． 1 微乳剂对岩心润湿性的改变 将阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配 作为微乳剂主剂 ，通过改变表面活性剂复配比例制 备出系列微乳剂 A、B、C ，对岩心进行处理， 处理后岩心接触角分别为 9 0 。、7 0 o 和 6 0 。 。由此可 知，虽然不同表面活性剂复配比例制备的微乳剂对 岩心润湿性 的改善程度不同，但在实验条件下都可 以将强亲水岩心的润湿性改善为中性～弱亲水，其 中微乳剂 C处理后的岩心接触角改变程度最小 ，微 乳剂 A处理后的岩心接触角改变程度最大 ，说 明微 乳剂中表面活性剂配比不同可以使亲水岩心的接触 角变化不 同。 2 ． 2 微乳剂与压裂液的配伍性 压裂液的悬浮性能主要取决于液体的黏度。在 瓜胶压 裂液 中添加 4 0 0 mg ／ L系列微 乳剂 ，考察 了 微乳剂对瓜胶压裂液黏度的影响 ，实验结果 如图 1 基金项目 国家科技重大专项 2 0 1 1 z x0 5 o 1 3 。 第一作者简介 郭丽梅，教授，主要从事油田化学品的合成及应用。地址 天津经济技术开发区第十三大街 2 9 号天津 科技大学 ；邮政编码 3 0 0 4 5 7；电话 0 2 26 0 6 0 1 1 5 2； E ma i l g l me i t u s t ． e d u ． c r l 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O卷 第 l 期 郭丽梅等油气藏用微乳剂性 能研 究 7 3 所示。由图 1 可知，加入微乳剂的压裂液黏度均有 不同程度增加，微乳剂可以提高瓜胶压裂液的悬浮 性能，进而增强压裂液的携砂能力，说明微乳剂不 影响压裂液的性能，配伍性良好。 6 6 6 5 妻 誓 6 2 61 O 5 l 0 l 5 2O 2 5 3 O t ／ mi n 图 1 4 0 0 med L微乳剂对瓜胶压裂液黏度的影响 压裂液能否适时、彻底地破胶返排是决定压裂 施工成功与否的一个关键环节 。测定加入微乳剂后 破胶液的性能 ，结果如表 1 所示 。 表 1 加入微乳剂前后破胶液性 能 破胶液性能 破胶液性能 稠化剂 黏度／表面张力／ 稠化剂 黏度／表面张力／ mPa S mN／ m mP a S mN／ m 瓜胶 原粉 5 ． 4 4 1 ． 8 瓜胶 原粉 4 ． 9 2 9 ． 5 羧 甲基瓜胶6 ． 6 4 6 ． 4 羧甲基瓜胶 4 ． 6 2 7 ． 9 羟丙基瓜胶5 - 2 4 6 ． 0 羟丙基瓜胶 5 ． 2 2 8 ． 1 注 加入了微乳剂。 由表 l 可知 ，加入微乳剂后 ，破胶液 的黏度均 小于 6 m P a S ，其中羧甲基瓜胶破胶液加入微乳剂 后黏度最低， 为 4 ．6 m P a S ； 破胶液的表面张力明显 下降，羧甲基瓜胶破胶液的表面张力由4 6 ．4 mN ／ m， 降为 2 7 ．9 m N ／m， 说明微乳剂有利于破胶液的返排。 2 ． 3 滤失控制 将微乳剂 B 以下实验选取微乳剂 B进行 和 常规表面活性剂分别加入到瓜胶压裂液中，采用渗 透率为 0 ． 1 1 0 m 的岩心，以6 ．9 MP a 压差水平 在 1 2 0 o C 下进行滤失实验 ，测试 3 0mi n滤失量 。测 得加入2 0 0 mg ／ C常规表面活性剂后的压裂液滤失量 为 1 4 3 m L ，加人 2 0 0 、4 0 0 m g ／ L微乳剂后的压裂 液滤失量分别 为 8 7 、5 8 mL 。由此可知，加量相 同 时，加入微乳剂的压裂液滤失量为常规表面活性剂 的 6 0 ％， 微乳剂的降滤失效果显著， 且其浓度增大， 降滤失作用进一步增强，当浓度增加至 4 0 0 mg ／ L 时，加入常规表面活性剂的没有变化，而微乳剂能 够进一步降低漏失量，只有常规表面活性剂的4 0 ％ 左右。原因可能是微乳剂的多面体结构在滤饼中积 聚，以降低漏失液的相对渗透率，进而减少漏失 ， 而且在压裂液开始返排时 ，滤饼也更容易移走。 2 ． 4 降低毛细管端效应能力 毛细管力的定义为 尸 c D 2 y c o s 0 ／ 式中，， 为表面张力，d y n ／ c m； c o s 0 为石、水、气 界面的接触角余弦 ； 为气孔的半径，c m。 相对渗透率越低 ，则有效孔径越小、毛细管压 力越高 ] 。通过测定相对渗透率可以评价不同液体 克服毛细管力的能力大小。采用水 、2 0 0 mg ／ L常规 表面活性剂和 2 0 0 mg ／ L微乳剂分别进行相对渗透 率实验 ，结果见图 2 。 ／ 1 O 6 1a m 2 图2 不同渗透率岩心所需克服毛细管压力大小 图 2表明， 对于渗透率为 0 ． 1 X 1 0 ～岫 。 的岩心 ， 不加任何添加剂情况下，水必须克服 1 0 ．9 ～2 1 ． 7 MP a 的毛细管力才能从储藏回流液体到压裂裂缝 中。在渗透率为 O -3 X 1 0 p m 的岩心测试中，常规 表面活性剂由于降低表面张力幅度在 5 0 ％左右，同 时降低毛细管力幅度也在 4 0 ％ 以上，从 1 0 ． 9 MP a 降至 6 ．4 MP a； 加入微乳剂后，表面张力降低的幅 度与常规表面活性剂相当，但由于接触角变为了 7 0 。 ，毛细管力便能够在此基础上再降低 6 5 ％，即 降至 2 ． 2 MP a 。因为 7 0 。 的余弦是 0 ． 3 4 ，基本符合 接触角变化使毛细管力在表面张力变化的基础上再 降低 6 5 ％ 的规律 。可 以表 明，加入微 乳剂后 ，毛 细管力降低更明显，排液不需要克服太大阻力，排 液比较容易。 2 ． 5 在裂缝中液体被驱替能力 用直径为2 c m、长为 1 0 c m、粒径为 0 ．4 5 ～0 ． 9 m I ／ 1 的石英砂填砂管为模型， 分别用 2 ％K C 1 水溶液、 含 2 0 0 m erl E的微乳剂及 2 0 0 m g ／ L的常规表面活性 剂水溶液饱和，管中液体量为 7 0 m L ，由装置底部 通人氮气顶替，每 1 5 m i n 为 1 个计量单元，逐渐提 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年 1月 高流速，测定液体的顶替率 顶替率 流出的液体 ／ 原液体体积 7 0 m L ，平衡体积与气体流速的关 系见 图 3 。从 图 3 可 以看出 ，添加微乳剂 的岩心在 最低速率下达到最高恢复率，在 4 m L ／ s 速率下，添 加微乳剂能够恢复 5 4 ％体积分数，最高速率下能 恢复 6 8 ％体积分数 ，常规表面活性剂在 4 mL ／ s 速 率下仅能恢复 2 8 ％的体积分数，而没有表面活性 剂的 2 ％K C 1 溶液恢复率低于 1 0 ％。此项实验表明， 在低速率和低压力下 ，通过在处理液 中加入微乳剂 有望使恢复率提高一倍。 1 o o o 瓣6 0 罄4 o 2 0 0 0 5 1 0 1 5 2 O 2 5 3 结论 气体流速／ mUs 图 3 模拟岩心液体被驱替的能力 1 ．以阳离子表 面活性剂和非离子表 面活性剂 作主剂并添加其他辅剂研制出了一种微乳剂。用该 微乳剂处理的岩心接触角为 6 5 。 ～9 0 。 ，因此该剂 可以将亲水性岩心润湿性改变为中性～弱亲水。 2 ． 该乳化剂可以使压裂液破胶液表面张力在 3 0 mN ／ m 以下 ，有利于压裂液返排。而且该微乳剂与 压裂液复配，不会降低压裂液成胶黏度 ，且有利于 降低压裂液的滤失量。 3 ． 添加该微乳剂后，液体在低速率和低压力下 的顶替速率高 。因此可以得出 ，该微乳剂有利于减 小低渗储层伤害，提高采收率 参 考 文 献 【 1 ] 张群，杨松，叶俊红．埕岛油田入井液对地层伤害分 析探讨 【 A] ．渤海湾油气勘探开发工程技术论文集 第 十集 ，2 0 0 5 8 8 ． 9 3 ． 【 2 】 吴文祥 ， 郭明日， 崔茂蕾．氨基酸型表面活性剂用于提 高原油采收率 [ J ] ．油田化学，2 0 0 9 ，2 6 3 3 0 8 3 1 1 ． [ 3 ] 苏欢，吴新 民，李文彬．储层润湿性改变对采收率的 影响 【 J ] ．石油钻探技术，2 0 1 0 ，3 8 6 9 2 ． 9 4 ． [ 4 ] P u r s l e y J T，P e n n y G，Ho l c o mb D．Mi c r o e mu l s i o n Ad d i t i v e s En a b l e Op t i m i z e d Fo r m a t i o n Da m a g e Re p a i r An d P r e v e n t i o n [ C ] ．S P E 6 5 5 6 ． [ 5 ] 姚凤英 ，姚同玉 ，李继山．油层润湿性反转的特点与影 响因素 [ J ] _油气地质与采收率，2 0 0 7 ，1 4 4 7 6 。 7 9 ． [ 6 ] P e n n y G S ，P u r s l e y J T ，C l a ws o n T D．F i e l d S t u d y o f Co mp l e t i o n Fl u i d s t o E n h a n c e Ga s P r o d u c t i o n i n T h e B a r n e t t S h a l e [ C ] ．S P E 1 0 0 4 3 4 ． 收稿 日期2 0 1 2 - 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p e r t i e s o f Emu l s i fie d Ac i d S y s t e ms F o r S t i mu l a t i o n o f C a r b o n a t e f o r ma t i o n s [ R ] ． S P E 5 3 2 3 7 ，1 9 9 9 ． [ 1 1 】吴奇，胥云，刘玉章，等．美 国页岩气体积改造技术 现状及对我国的启示 [ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 1 1 ， 3 3 2 1 - 7 ． [ 1 2 ]沈华 ，康汝坤，王欣 ，等 ． 华北油田碳酸盐岩及复杂砾 岩储层酸压改造技术 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 i ， 2 8 1 5 9． 62． 收稿 日期2 0 1 2 ． 1 0 。 2 5 ；HG F 1 2 0 6 F 5 ；编辑付王 月 颖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m