微乳液在油气田开发中的应用

王鸿

摘要：微乳液作为一种新型微乳液体系，于20世纪50年代被发现，60年代年被称为“MicroEmulsion”。后在20世纪90年代被描述为由水、油和表面活性剂组成的透明稳定液体体系，并且光学表现为各相同性，不需要外界输入能量即可自发形成。微乳液由于其组成成分的特性，在油气田开发中最先应用于化学驱油，而近些年来，微乳液及其稀释体系在压裂返排助排、除污防垢、修复储层损伤、渗吸置换等方面也开辟了新的道路。国外多企业、多油田均研制出相关体系，如斯伦贝谢、哈里伯顿等；国内相关研究也相继出现，并且在实际应用中均颇有成效。随着非常规油气的勘探和开发，微乳液在化学驱油以及油田增产方面扮演着越来越重要的角色，应用前景也将会更加广阔。本文主要分析微乳液在油气田开发中的应用。

关键词：微乳液；剩余油；相图；助排增产

引言

微乳液体系自被发现以来，作为一种具有多种优异性能的纳米级别稳定溶液，在油田中广泛应用。尤其是作为三次采油驱油剂和返排助排剂，能够有效解决诸多现场实际问题，提高油田产量。微乳液目前在国内外多种非常规储层的研究中已略展拳脚，为三次采油提供新方向新思路。为了拓宽其发展道路，使微乳液能够发挥更优异的作用，需对微乳液进行更系统及深入的研究。

1、作用机理

多年来，国内外学者从微观分子层面对微乳液驱油的作用机理进行了大量研究，阐述了微乳液体系通过改变岩石表面对油相和水相的关系来发挥作用的机理，并且能够不同程度的对剩余油进行挖潜，提高油田采收率，促进油田的开发生产。

1.1分子模拟研究

2016~2017年模拟了微乳液在亲水和亲油固体表面的作用过程，对于亲水表面，微乳液进入直径比自己小的孔喉当中发生形变，但自身结构不被破坏，继续向前推进，直至遇到亲油表面；微乳液在亲油表面的流动过程可分为3个环节：（1）微乳液进入孔道；（2）微乳液接触到亲油岩石表面，由于亲油基团的作用，导致液滴结构发生变化，进行重组，表面活性剂附着在岩石表面，亲水端向外，助剂取代壁面上的原油分子，使其从岩石表面脱落；（3）岩石表面发生润湿反转，由亲油向亲水转变。

1.2微观可视化研究

2020年结合微观可视化的研究手段，利用光刻玻璃模型研究了微乳液驱油前后岩石孔喉结构中剩余油的变化情况，总结阐述微乳液对剩余油的挖潜机理：（1）增溶作用，微乳液流经剩余油表面时，亲油基会将剩余油溶解吸收，使流动通道逐渐打开；（2）乳化作用，随着微乳液与剩余油接触时间增加，表面活性剂开始发挥乳化作用，使剩余油受到拉拽和界面张力的作用，逐渐被拉长，最终分散成小油滴；（4）富集作用，乳化作用过后，通道内会形成形状各异、大小不同的较大油滴和油带，它们会融合更多的剩余油，富集成更大的油带向着下游端流动，最终流出岩心。

1.3微乳液作用于不同剩余油的研究

2020年，研究了IOS微乳液对低渗透油藏不同类型剩余油的驱替机理。微乳液在低渗透油藏对不同富集状态（柱状、油滴状、膜状和盲端状）剩余油进行驱替挖潜：（1）作用于柱状剩余油，体系流经柱状剩余油端点时，靠体系的亲油性和黏弹性将原油拉拽出孔道，而后，通过降低孔道中毛细管阻力，将剩余油驱替出岩心；（2）作用在油滴状剩余油，由于微乳液体系的超低界面张力，使滞留和卡在吼道中的剩余油滴容易发生形变，被微乳液携带和冲刷逐渐变形，甚至撕裂，最终流出孔道；（3）对于膜状剩余油，微乳液是通过黏弹性使油膜变形，同时改变壁面的润湿性，使油膜边缘与岩石壁面的接触角变小，开始逐渐运移；（4）对于盲端状剩余油，微乳液不断拉拽盲端开口处的剩余油，使因被拉长而发生形变，最后脱离盲端深处的剩余油，形成油滴被微乳液运移。

2、微乳液在提高原油采收率方面的应用

低渗透油藏渠道总体规划半径不大，水浸回收率一般为10% ~ 20%。对提高水浸回收率的方法进行深入研究，可以大大优化低渗透油藏开发效果。淹没化学化合物(包括二元化合物的泛滥和三元化合物的泛滥)是提高石油产量的重要方法，对常规轴承密封具有重要意义。目前，该方法已在大庆油田、胜利油田等多个矿山实施，取得了十分明显的效果，使采油量增加了10% ~ 15%。但是，上述系统中所含聚合物分子的大小相对较大，源条件下聚合物分子的指轮通常大于低渗透油藏的喉深半径。因此，这种方法在水库注入等方面仍有很大的局限性，对其进一步推广应用产生了一定的负面影响。低渗透油藏剩馀油在水驱过程中的微观实验结果表明，多孔介质水驱后剩馀油的分布形式主要包括:盲残油、簇残油和油膜等。降低油水界面张力是优化剩馀油利用的重要内容。实验室检测到表面活性剂具有平滑肌结构。此外，张立伟表面活性剂体系在不同浓度范围内的界面为10-3 ~ 10-4mN / m，可有效降低油水界面张力。其中，相对低浓度体系主要是活性水驱，相对高浓度体系主要是微乳液涨落。前者不仅界面张力极低，而且还能大大提高油水容量，甚至完全消除油水界面张力，从而完全抵消水淹后剩馀的油。因此逐渐成为微乳液体系的重要研究内容。

3、剩余油动用机理

簇状残油和柱形残油比较常见。微乳液开始流动后，研究人员应采取以下步骤:第一，观察剩馀油的启动和迁移过程；二、记录各类剩馀油的形状和位置差异，并进行具体分析；最后深入分析了微乳液涨落的微位移机理。

3.1簇状剩余油

由于储层的异质性和油水特性的差异，形成簇状剩余油。工作的具体步骤如下:在水泛滥的过程中，慢慢注水，慢慢向前推进。这时，水很少抵抗，会填满毛孔。模型遇水时，注入的水的泛滥效果得到缓解。但是这种效果没有达到预期的效果，所以研究者们改用了其他物质。最后，建立了如果使用微乳液，粘度会增加。微乳液的引入可以大大降低水与油的流动率，从而减慢低效泄漏通道的形成。另外，由于微乳液的高粘度，模型的位移压力增加。与能以低阻力填充气孔的水不同，位移流体以高阻力填充气孔，因此剩下的油(如集群)被强制向外。将其应用于石油运营中，可以大大提高运营效率。

3.2油滴状剩余油

微乳液加入后溶液浓度升高，油滴形式的剩馀油难以移动，油水界面张力降低。当界面张力降低时，乳化后产生的油滴的强度相应降低，整个过程更加简单。微乳液粘度越高，油滴带来的摩擦就越大，整个油滴过程也就越容易。根据物理特性可以知道，当驱动力大于阻力时，在驱动力作用下油滴逐渐从缝隙中流出。一般来说，在过程中有两种情况下油滴泄漏。首先，油滴在室外空气的推动下变形，形成厚端薄中心的形状，最后变成球形，继续在狭窄通道中运动。二、油滴变形后，前端因薄而断裂，然后分散成较小的油滴向外运动。一些大油滴不断分散成小油滴来排出毛孔。在实际的驱油过程中，微乳液是最常用的试剂，其效果显而易见。在乳化过程中，油滴残渣减少得更多。

结束语

微乳液的功能是提高溶液粘度并进行模拟，使界面张力不断降低，性能大于电阻。在室外空气的推动下，油滴可以克服粘附力，顺利地从缝隙中流出。表面活性剂作用下，溶液中产生大量电荷，在与液体连接时扩大电双层，从而减小边界层厚度。随着微乳液的加入，界面张力降低，性能大于摩擦，油滴更容易变形。在上述实验过程中，盲残油的作用最为严重。

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