剪切作用对乳状液性能及提高采收率的影响.pdf
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1、断块油气田第30 卷第4 期FAULT-BLOCKOIL&GASFIELDdoi:10.6056/dkyqt202304019剪切作用对乳状液性能及提高采收率的影响姚光明1,何刚,郭程飞1,张立举3(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院,陕西西安7 10 0 6 5;2.成都理工大学能源学院,四川成都6 10 0 5 9;3.中国石化中原油田分公司地面工程抢维修中心,河南濮阳4 5 7 0 0 1)基金项目:陕西省科技统筹创新工程计划项目“延长难采储量有效动用开发技术研究(2 0 16 KTCL01-12)摘要为研究剪切作用对乳状液性能及提高采收率的影响,文中开展了搅拌速率、乳状液流变性
2、、岩心流动以及乳状液驱提高采收率等实验。研究表明:在连续空间中,随着搅拌速率增加,岩心剪切作用增强,乳状液粒径越小,分布越集中,稳定性越好,黏度越高;在充分乳化条件下,随着剪切速率增加,乳状液黏度降低,表现为幂律流体特征。注入速度越高,岩心剪切作用越强,形成的乳状液液滴总量越多,乳状液表现出剪切增黏特征;达到充分形成乳状液的注入速度时,随着岩心剪切作用增强,乳状液表现出剪切稀释特征。乳状液驱存在最佳注入速度,可使乳状液驱提高采收率的效果最优。研究结果为现场开展乳状液驱提供了科学合理的注入方案。关键词乳状液驱;剪切作用;幂律流体;黏度;提高采收率中图分类号:TE357.46文献标志码:AEffe
3、ct of shear action on emulsion properties and enhanced oil recoveryYAO Guangming,HE Gang,GUO Chengfei,ZHANG Liju?(1.Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum(Group)Co.,Ltd.,Xian 710065,China;2.College of Energy Resources,Chengdu university of Technology,Chengdu 610059,China;3.Ground Emergency
4、 Repair Center,Zhongyuan Oilfield Company,Abstract:In order to study the effect of shear action on emulsion properties and enhanced oil recovery(EOR),experiments onstrring speed,rheological properties,core flow and oil displacement effect were carried out.The results show that the core shearaction i
5、s enhanced with the increase of stirring rate,and the smaller the particle size of the emulsion,the more concentrated thedistribution,the better the stability in continuous space,and the higher accordingly the viscosity of the emulsion.Under fullyemulsified conditions,with the increase of shear rate
6、,the viscosity of emulsion decreases,showing the characteristics of power lawfluid.The higher the injection rate,the stronger shear effect for the core,the more the total number of formed emulsion droplets,andthe emulsion showed shear viscosification characteristics.When reached the injection rate o
7、f fully formed emulsion,the emulsionshowed shear dilution characteristics with the increase of core shear action.There is an optimal injection rate for emulsion flooding,which can maximize the EOR.The results provide the scientific and reasonable injection scheme for emulsion flooding in field.Key w
8、ords:emulsion flooding;shear action;power law fluid;viscosity;EOR对高温高盐油藏而言,常规聚合物化学驱提高采收率效果不理想1-4 1。原位乳化驱油技术是通过向油层注人乳化剂,与水驱剩余油发生原位乳化,形成高黏度的油包水型乳状液,改善不利流度比,扩大波及系数,降低油水界面张力,从而提高驱油效率的一种高效三次采油方法5-8 。乳化剂的化学本质为表面活性剂,其耐温抗盐性能优于聚合物,原位乳化技术对大幅提高高温高盐油藏采收率具有广阔的应用前景9-13。乳状液是一种液体以液滴形式分散在与其不相溶的另一种液引用格式:姚光明,何刚,郭程飞,等.
9、剪切作用对乳状液性能及提高采收率的影响J.断块油气田,2 0 2 3,30(4):6 6 5-6 7 1.YAO Guangming,HE Gang,GUO Chengfei,et al.Effect of shear action on emulsion properties and enhanced oil recoveryJJ.Fault-Block Oil&Gas Field,2023,30(4):665-671.2023年7 月SINOPEC,Puyang 457001,China)体中而形成的分散体系,乳化剂需要引人外界能量克服Gibbs自由能才可与原油发生乳化而形成乳状液,具有热
10、力学不稳定特征14-15 。因此,剪切作用对乳状液的形成及其性能有着极其重要的影响。目前关于乳状收稿日期:2 0 2 3-0 1-0 9;改回日期:2 0 2 3-0 5-0 7。第一作者:姚光明,男,19 7 3年生,高级工程师,主要从事油气田开发研究工作。E-mail:。通信作者:郭程飞,男,19 8 9 年生,工程师,博士,主要从事油气田开发研究工作。E-mail:10 2 9 4 0 4 8 19 q q.c o m。666液性能评价和驱油机理,已开展较多的实验研究,包括乳化剂合成、耐温抗盐性、封堵性能和提高采收率机理等16-2 1。但尚未研究剪切作用对乳状液形成及其性能的影响,特别是
11、对乳状液渗流及提高采收率的影响。为此,本文以D油田高温高盐油藏为研究对象,通过室内实验探索剪切作用对乳状液性能及提高采收率的影响,为现场开展乳状液驱提供定科学合理的注人方案。1实验1.1材料、仪器及设备实验用乳化剂为D油田提供的乳化剂G-1(阴非离子型表面活性剂)。实验用油为D油田提供的原油,黏度为9.6 0 mPaS。实验用水均为模拟地层水,矿化度为2 9 2 2 7 mg/L,Na*+K+,Ca2,Mg*,Cl-,S0-质量浓度分别为10 8 0 0,4 0 9,34,16 7 0 0,7 0 6 mg/L,成都科隆化学品有限公司。仪器及设备:BrookfieldDV-黏度计,美国Broo
12、kfield公司;HAAKEMARS流变仪,德国HAAKE公司;偏光电子显微镜,重庆奥特光学仪器公司;电动搅拌机、恒温箱、水浴锅、填砂管、平流泵、中间容器、六通阀、压力表、管线等,海安石油科研仪器有限公司;烧杯、量筒等玻璃器血。1.2实验方法1)乳状液粒径及稳定性实验。乳状液制备:使用模拟地层水配制0.35%的乳化剂G-1溶液,按照实验设定的不同油水比,向烧杯中加人乳化剂溶液和原油;使用实验设定的电动机转速进行搅拌,搅拌时间为30min,烧杯置于恒温水浴锅,温度为9 0。粒径测量:将制备好的乳状液均匀涂抹在载玻片上,用偏光显微镜观察;采集图像后应用ImageJ处理图片,统计乳状液数量并测量粒径
13、,沙德平均粒径计算方法见公式(1)。稳定性评价:将制备好的乳状液倒入有盖的量筒中,并置于恒温箱内,每30 min记录一次析水量;按析出水的体积与乳状液水相总体积的百分比作为析水率指标,进行稳定性评价。32式中:d32为沙德平均粒径,m;d;为第i个乳状液粒径,m;n为乳状液数量,个。2)乳状液黏度实验。使用模拟地层水配制0.35%的乳化剂G-1溶液,按油水比3:7、不同搅拌速率条件下制备乳状液。使用BrookfieldDV-黏度计,测量不断块油气田同搅拌速率条件下乳状液黏度,0 转子,温度为9 0。3)乳状液的流变性实验。使用模拟地层水配制0.35%的乳化剂G-1溶液,按油水比3:7、搅拌速率
14、5 0 0r/min条件下制备乳状液,使用HAAKEMARS流变仪进行实验,设置连续剪切测量程序,剪切速率为0.01300.00s-l,温度为9 0。4)乳状液岩心流动实验。采用填砂管物理模型(直径为5 cm,长度为10 0 cm),开展不同注人速度对乳状液岩心流动的影响实验。使用石英砂填制5 块岩心,用抽真空法饱和模拟地层水测量孔隙体积,然后水驱测量岩心渗透率(约30 0 10-m)。在温度为9 0 条件下,分别以0.1,0.3,0.5,0.7,1.1,1.5 mL/min的注人速度,按照油水比3:7,从2 个中间容器注原油和0.35%的乳化剂G-1溶液进人岩心,使其在岩心中混合形成乳状液,
15、记录注人压力,并测量乳状液粒径。5)乳状液驱提高采收率实验。采用填砂管物理模型,开展注入速度对乳状液驱提高采收率的影响实验。使用石英砂填制3块岩心,用抽真空法饱和模拟地层水测量孔隙体积,然后水驱测量岩心渗透率,再注入原油建立原始含油饱和度。在温度为9 0 条件下,熟化24h,首先分别以0.3,0.5,0.7 mL/min的注人速度水驱至含水率9 8%,然后注入0.5 PV的0.35%乳化剂G-1溶液,最后进行后续水驱至含水率9 8%,记录实验注人压力和产量数据。2结果与讨论2.1拉搅拌速率对乳状液粒径及稳定性的影响搅拌速率对不同油水比条件下乳状液粒径分布的影响见图1。表1给出了不同条件下乳状液
16、的沙德平均粒径。对于相同油水比的乳状液,随着搅拌速率增加,乳状液的粒径分布范围逐渐变窄,分布越集中,沙德平均粒径越小。当油水比为3:7、搅拌速率为10 0 r/min时,最大粒径为35.0 m,粒径分布频率峰值为25.5%,沙德平均粒径为17.4 4 m。当油水比为3:7、搅拌速率为9 0 0 r/min时,最大粒径减小到17.5 m,粒径分布频率峰值增加到5 2.3%,沙德平均粒径减小到10.36m。这说明在连续空间中,对油水两相进行搅n(1)i=12023年7 月拌,搅拌速率越大,克服Gibbs自由能而形成的乳状液粒径分布越均匀,沙德平均粒径越小,液滴数量越多,液膜两侧参与吸附的乳化剂(表
17、面活性剂)分子也越多,油水乳化越充分。可见,乳状液需要一定的外界能量才能形成,并且能量越大,越有利于形成细腻、均匀的乳状液。此外,在相同搅拌速率条件下,随着油水比的增加,乳状液粒径分布频率峰值呈增加趋势,沙第30 卷第4 期德平均粒径呈减小趋势,即高油水比条件有利于水相605040%率源业302010姚光明,等.剪切作用对乳状液性能及提高采收率的影响667分散到油相而形成细腻、均匀的乳状液。605040302010060504030201051015粒径/uma油水比3:7202530350605040302010510b油水比4:615粒径/m202530350油水比3:74:65:56:4
18、搅拌速率对乳状液析水率的影响见图2。在相同搅拌速率条件下,随着静置时间增加,析水率先迅速上升再逐渐趋缓。这是由于乳状液为热力学不稳定体系,液滴间的液膜发生絮凝、聚集等衰变现象而破乳,使得原来液膜内部分散的水相逐渐聚集成为连续相,并与510C油水比5:5100 r/min图1搅拌速率对不同油水比条件下乳状液粒径分布的影响Fig.1Effect of stirring rate on particle size distribution in emulsion under different oil-water ratiosTable 1Sade mean particle size in emu
19、lsion under different conditions100 r/min300 r/min17.4415.8715.4813.9714.0912.1612.4310.2715粒径/um2025300 r/min表1不同条件下乳状液的沙德平均粒径不同搅拌速率的沙德平均粒径/m500 r/min13.4411.219.288.36油相分离。搅拌速率越大,相同时间内乳状液的性能越稳定。由图1还可知:搅拌速率越大,形成的乳状液粒径越小,分布越均匀,乳状液间的液膜数量越多;同时,搅拌速率越大,液滴之间的Plateau边界曲率越接近,液膜排液速度越慢,乳状液发生絮凝、聚集等衰变现象3035050
20、0r/min700 r/min5700 r/min12.2910.788.156.8510d油水比6:4900 r/min900 r/min10.368.726.175.4415粒径/m20253035668需要的时间越长,乳状液越稳定。可见,搅拌速率对乳状液的形成和稳定性具有促进作用,并且乳状液的形成与稳定性存在关联。8060%/火40200100 r/min300 r/min500 r/min-700r/min900r/min图2 搅拌速率对乳状液析水率的影响Fig.2 Influence of stirring rate on water extraction rate of emuls
21、ion2.2#搅拌速率对乳状液黏度的影响搅拌速率对乳状液黏度的影响见图3。由图可看出,当搅拌速率不同时,油水两相均能发生乳化作用,形成油包水型乳状液。在实验范围内,乳状液黏度为23.4458.37mPas,始终大于原油黏度(9.6 0 mPas)。因此,乳状液的高黏度性能可在油层中发挥良好的流度控制作用。随着搅拌速率由10 0 r/min增加至7 0 0 rlmin,乳状液黏度由2 3.4 4 mPas快速增加至5 6.2 1mPas,进一步增加搅拌速率至9 0 0 r/min,乳状液黏度小幅增加至5 8.37 mPaS。由于搅拌速率越大,形成的乳状液粒径越小,分布越均匀,液滴间的相互作用越强
22、,从而引起黏度大幅提高。当搅拌速率大于7 0 0 r/min时,形成的乳状液粒径大小及分布变化不大,黏度变化趋缓。由此可见,搅拌速率越大、岩心剪切作用越强,形成的乳状液黏度越高,并且始终大于原油黏度,具备了大幅提高原油采收率的潜力。同时也说明,乳化剂进人油层后,需要一定能量或渗流速度来促进原位乳化发生,从而形成高黏度的乳状液。60(s.BdW)/鞋40200图3搅拌速率对乳状液黏度的影响Fig.3Influence of stirring rate on emulsion viscosity断块油气田2.3乳状液的流变性在油水比为3:7、搅拌速率为5 0 0 r/min条件下,油水两相充分乳化
23、后所形成的乳状液流变曲线见图4。随着剪切速率增加,乳状液黏度先快速下降,之后下降幅度趋缓,后期波动下降且降幅更缓,乳状液黏度与剪切速率整体呈幂函数关系。当剪切速率为0.0 1s-l时,乳状液黏度为30 0.30 mPas;当剪切速率为2 0 0.0 0 s-l时,乳状液黏度为5 6.0 7 mPas;当剪切速率为30 0.0 0s-时,乳状液黏度仍然达到36.7 9 mPaS。对于已经形成的乳状液,其黏度具有剪切稀释性,符合幂律流体的特征,并且在实验范围内,乳状液黏度比原油黏度大,50100时间/min200400搅拌速率/(rmin-)2023年7 月150200600800具备良好的流度控
24、制能力。另外,切应力随着剪切速率增加,先快速增加,后增幅趋缓,而当剪切速率大于150s-1时,切应力呈现波动增加且阶段增幅趋势。分析认为,过大的剪切速率使乳状液粒径变小,改变了乳状液微观液滴结构特征,切应力呈现波动增加且增幅提高的趋势,黏度呈波动下降且降幅减缓的趋势。4007.50黏度切应力300(s.Bdu)/鞋20010002.4注入速度对乳状液岩心流动的影响不同注人速度条件下乳状液的注入压力曲线见图5。由图可以看出,随着注人量的增加,注入压力先快速增加,然后逐渐达到压力平衡值。以注人速度0.7 mL/min为例:当注人量小于1.5 PV时,注入压力随注入量增加而迅速上升,表明注入的油水两
25、相在岩心中混合、扰动,形成乳状液,并不断向岩心末端运移,整体表现出高黏度特征,使得注人压力快速升高;当注入量达到1.5PV时,乳状液充满整个岩心,并且在岩心中新形成的乳状液液滴总量与产出的乳状液液滴总量相等,注1000入压力达到一个相对平衡值;继续向岩心注入油水混合物,乳状液液滴不断受到挤压,以变形方式流经孔喉,注入压力小范围波动。14030/20100100200剪切速率/s-!图4 乳状液流变曲线Fig.4Rheological curve of emulsion300第30 卷第4 期1.51.20.90.60.30图5 不同注入速度条件下乳状液的注入压力曲线Fig.5 Injectio
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