大庆致密油储层压裂渗吸增产表面活性剂研制及性能评价_王永昌.pdf

大庆石油地质与开发 Petroleum Geology Oilfield Development in Daqing2023 年 2 月 第 42 卷第 1 期Feb.，2023Vol.42 No.1DOI：10.19597/J.ISSN.1000-3754.202109004大庆致密油储层压裂渗吸增产表面活性剂研制及性能评价王永昌1，2（1.中国石油大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江 大庆163453；2.黑龙江省油气藏增产增注重点实验室，黑龙江 大庆163453）摘要：大庆外围致密油藏物性差、储层岩石表面弱亲水，常规压裂液用表面活性剂洗油性能差，渗吸作用不明显，与致密储层配伍性差。为提高致密油层压裂效果，延缓产量递减，提高采收率，利用Amott瓶渗吸洗油法，从渗透率、pH、矿化度和使用浓度等方面开展了岩心渗吸洗油效率影响因素评价实验，研制的一种压裂渗吸用表面活性剂XYJ1可渗透到低渗透储层深部，改变岩石润湿性，并通过压裂后闷井一定周期，使表面活性剂渗吸到超低渗储层孔喉内，将更多原油渗吸置换出来，进而提高单井产量及采收率。通过红外光谱及核磁共振对分子结构进行了表征，结果表明特征吸收峰与产物符合。评价结果表明，该渗吸用表面活性剂能将储层岩石表面润湿性由弱亲水性改变为强亲水性，当表面活性剂质量分数为0.20%时，表面张力为24.01 mN/m，界面张力为0.061 mN/m，接触角为26.2，渗吸洗油效率可达21.69%，比常规压裂用助排剂渗吸洗油效率提高了1.89倍，可用于超低渗透储层的增产改造，为压裂提高采收率提供有效手段。关键词：超低渗储层；压裂；渗吸；表面活性剂；渗吸洗油效率；评价实验中图分类号：TE357 文献标识码：A 文章编号：1000-3754（2023）01-0108-07Development and performance evaluation of surfactant for fracturing imbibition of tight reservoirs in Daqing OilfieldWANG Yongchang1，2（1.Oil Production Engineering&Research Institute of PetroChina Daqing Oilfield Co Ltd，Daqing 163453，China；2.Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Stimulation，Daqing 163453，China）Abstract：Tight oil reservoirs in the periphery of Daqing Oilfield have poor physical properties，and reservoir rock surface is weakly water-wet.Conventional surfactants have poor displacement performance，insignificant imbibition，and poor compatibility with tight reservoirs.In order to improve fracturing effect of tight oil，delay production decline and increase oil recovery，evaluation experiment is carried out on the factors affecting imbibition displacement efficiency of cores from the aspects of permeability，pH value，salinity and concentration by Amott bottle imbibition displacementc method.The developed surfactant XYJ-1 for fracturing imbibition can penetrate deep into low permeability reservoir and change wettability of rock and can make surfactant infiltrate into pore throats of ultra-low permeability reservoir by soaking for a period of time after fracturing to imbibe more oil，and finally increase pro收稿日期：2021-09-01 改回日期：2022-04-12基金项目：中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“难采储量有效动用技术研究与试验”（2016E-0210）。作者简介：王永昌，男，1985年生，工程师，从事增产改造压裂液技术研究。E-mail：第 42 卷 第 1 期王永昌：大庆致密油储层压裂渗吸增产表面活性剂研制及性能评价duction and recovery of single well.Molecular structure is characterized by IR and HNMR，and the results show that the characteristic absorption peak is consistent with the product.Evaluation results show that imbibition surfactant can change wettability of reservoir rock surface from weak water-wet to strong water-wet.With a concentration of 0.20%，the surface tension of surfactant is 24.01 mN/m and the interfacial tension is 0.061 mN/m，with contact angle of 26.2，and oil imbibition efficiency up to 21.69%，increased by 1.89 times higher than that of conventional drainage aids.It can be used to increase production of ultra-low permeability reservoirs，and provides effective means for fracturing to increase oil recovery.Key words：ultra-low permeability reservoir；fracturing；imbibition；surfactant；oil imbibition efficiency；evaluation experiment0引言大庆外围致密油藏岩性致密、物性差，常规的压裂用助排剂无法深入地层深部且易在岩石表面产生吸附，严重影响渗吸洗油效率1。压裂后由于地层能量得不到及时补充，虽部分井初期产量较高，但后期递减较快，统计大庆外围致密油储层7区块48 口井的压裂后效果，单井产油量年均递减60.3%，月均递减4.5%。国外研究发现，将压裂与渗吸技术相结合，发挥协同作用，可以提高致密油产量，延缓递减28。该技术是在压裂液中加入适量的纳米表面活性剂，在压裂过程中和压裂后闷井阶段随压裂液进入到高含油饱和度基质或天然裂缝区域，并通过快速渗吸来加速原位采油。美国 CESI 公司在页岩油气井中开展了压裂增产闷井试验9，开井后地层压力、产油量显著提高，产水量下降，目前在美国、澳洲已得到 3 000 余口井的规模化应用。朱维耀等10和华方奇等11分别开展了低渗透砂岩油藏渗吸实验，研究了低渗透反向渗吸规律，研究认为润湿性是影响渗吸的重要因素，亲水和弱亲水的低渗透油藏渗吸有利于提高采收率，渗吸速度的大小取决于多孔介质孔隙结构、流体性质和流体间界面张力、流体与固体之间的相互作用1216。通过研究渗吸敏感因素发现，降低油水界面张力的化学剂溶液体系能使剩余油成为可动油，有利于油滴在孔隙介质中的驱替与运移，提高了亲水的低渗透油藏渗吸采收率1720。国内研究的纳米驱油剂，主要应用于水驱、表面活性剂驱、降压增注等提高采收率领域，将纳米表面活性剂作为驱油剂应用于压裂增产中，国内应用较少。付文耀等21将清洁压裂液返排液作为驱油剂进行了研究；范华波等22合成了一种阴非离子表面活性剂，构建了驱油型表面活性剂压裂液，开展了现场先导性试验，但该类型压裂液存在地层滤失大、压裂液携砂性能不理想等问题，制约了渗吸驱油压裂液体系的规模化应用。本文研发了一种超低渗储层压裂渗吸增产用纳米表面活性剂，通过评价不同因素对原油渗吸洗油效率的影响，确定了纳米表面活性剂现场使用浓度，能将储层岩石表面弱亲水性改变为强亲水性，可用于超低渗透储层的增产改造措施中，为压裂增产提高采收率提供有效手段。1实验材料与方法1.1试剂与仪器腰 果 酚 聚 氧 乙 烯 醚（BGF）、丙 烯 酸 酯（AE05）、马来酸酐（MA）、苯乙烯（BE95）、氨基磺酸盐（PS1）、偶氮二异丁腈（AIBN）工业级；氟代烷基聚氧乙烯乙醚（FC130）、甲苯、异丙醇、亚硫酸氢钠、乙二醇丁醚、氢氧化钾、分析纯；大庆油田扶余油层致密砂岩。WB20 恒温水浴、赛多利斯电子天平（精度0.001 g）、Amott 渗吸瓶、DCAT21 全自动表面张力仪、TX500型旋转滴界面张力仪、JY82接触角测定仪、FD115型电热鼓风干燥箱、Brookfield DV型黏度计。1.2实验方法与计算本文实验都是将实验岩心经过钻取、冲洗、烘干、冷却、洗油和测渗透率后，用抽真空饱和装置进行饱和煤油，然后将岩心和溶液放入 Amott渗吸瓶中，进行渗吸洗油实验。润湿相选用蒸馏水，或用蒸馏水配制成不同浓度的渗吸型纳米表面活性剂XYJ1 溶 液，非 润 湿 相 为 煤 油（30 时 黏 度1.87 mPas，界面张力10.7 mN/m）。1092023 年大庆石油地质与开发实验过程中岩心渗吸出的油会聚集在刻度管中，通过读取刻度可以得到岩心在一定时间所渗吸置换出煤油的体积。每隔 4 h 观察记录一次渗吸置换出油的体积。通过计算岩心渗吸置换出煤油的质量以及岩心饱和煤油的质量，得到渗吸洗油效率，公式为：R=m0m 100%（1）m0=0V0（2）式中：R渗吸洗油效率（渗吸置换出煤油的质量分数），%；m0渗吸出煤油的质量，g；m岩心饱和煤油前后的质量差，g；0煤油密度，g/cm3；V0 岩心在不同时刻所渗吸出油的体积，mL。2渗吸型纳米表面活性剂的合成与基本性能测试2.1合成2.1.1分子设计非离子和阴离子表面活性剂与压裂液配伍性好，近几年越来越受到油田开发的重视23。但阴离子表面活性剂稳定性差，作用效果受盐、pH 等的影响明显。非离子表面活性剂单体主要包括脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基油酸二乙醇酰胺、乙二醇嵌段聚醚等，其性能取决于烷氧基类型和链节大小、亲油基类型和大小。纯聚氧乙烯醚类表面活性剂由于亲水基较大，降低油水界面张力能力不强，但同含有小亲水基的表面活性物质复配，可在较低浓度下使界面张力降低至 10-1mN/m以下，且几乎不受温度、矿化度的影响，与阴离子、阳离子表面活性剂相比优势明显。大庆致密油储层原油组分分析表明，原油含蜡量较高（24%26%），含胶量为 12.5%16.8%，凝固点在 35 左右，胶质的相对分子质量为 5001 500，因此导致原油黏度较高（50 条件下大于45 mPas），常温下呈固态，不