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淺談分子膜驅(qū)油劑驅(qū)油效率探究
隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源的需求和日俱增，對石油的依靠也越來越強(qiáng)。在不可能迅速發(fā)現(xiàn)新的大油田情況下，提高現(xiàn)有油田采出程度是當(dāng)前行之有效的辦法。分子沉積(MD)膜驅(qū)油技術(shù)是一種新型的三次采油技術(shù)，它對于提高老油田注水開發(fā)效率和最終采收率有重要意義。
在新能源沒有出現(xiàn)以前，石油在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位仍然舉足輕重。然而，我國大部分注水開發(fā)的中高滲透老油田，已經(jīng)進(jìn)入高含水、高采出程度開采期。以聚丙烯酰胺為驅(qū)劑的聚合物驅(qū)是目前應(yīng)用較多的一項(xiàng)三次采油技術(shù)，對延緩油田產(chǎn)量遞減起到了一定的功能。但聚合物由于分子結(jié)構(gòu)的特征，長的碳鏈在過熱及氧化環(huán)境中易降解，還和地層中的某些鹽類不兼容，這就大大限制了其應(yīng)用范圍。目前，油田上多數(shù)油層已被水淹，剩余油零星分布嚴(yán)重，如何通過改變注入劑提高高含水油田和區(qū)塊的開發(fā)效果及最終采收率已成為亟帶解決的新問題。另外，很多低滲透油田的孔隙度小，水驅(qū)的洗油效率低，波及體積小，注入壓力高，開發(fā)較困難。因此，需要新的采油技術(shù)來解決這些新問題。
分子沉積膜驅(qū)油技術(shù)是一種新型的三次采油技術(shù)。由于分子膜驅(qū)油技術(shù)具有使用濃度低，投資少，施工工藝簡單，礦場試驗(yàn)可以使用現(xiàn)有的注水井網(wǎng)、注水設(shè)施以及不需非凡培訓(xùn)人員、現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)增油明顯等特征。因此有望成為具有發(fā)展前景的"改進(jìn)水驅(qū)"提高原油采收率新技術(shù)。
1．分子沉積膜驅(qū)油技術(shù)
分子沉積膜(簡稱MD膜或分子膜)驅(qū)油技術(shù)，主要是分子膜劑以水溶液為傳遞介質(zhì)，依靠強(qiáng)的離子間靜電相互功能，沉積在儲層表面形成牢固的單分子層超薄膜，降低了原油和表面間的粘附力，改變巖石親油親水性能，不明顯降低體系的表面張力和油水界面張力，隨濃度增加不存在"膠束"狀態(tài)，也不增加溶液體系的粘度改變油水粘度比，但成膜功能由近及遠(yuǎn)逐漸推進(jìn)，在水的沖刷功能下，原油不斷剝離表面被帶出地層，從而達(dá)到提高水洗油效率和原油采收率的目的。
2．分子膜劑的驅(qū)油機(jī)理
由于油藏巖石表面是極其粗糙的，因此巖石表面的油膜并不完整。非凡是油田實(shí)施注水開發(fā)以后，經(jīng)過長期的水力沖刷，油膜的不完整性進(jìn)一步加強(qiáng)，巖石表面出現(xiàn)大量的油膜脫落區(qū)。當(dāng) MD膜劑溶液注入油層以后，膜劑分子將在油膜局部脫落的巖石表面上吸附形成納米級超薄分子膜，改變儲層巖石表面的性質(zhì)和它和原油的相互功能狀態(tài)，使原油在注入流體沖刷空隙的過程中輕易剝落和流動而被驅(qū)替出來。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)分子膜劑能夠提高原油最終采收率，主要是提高微觀洗油效率，在油層中其微觀功能機(jī)理方面表現(xiàn)在摘要：吸附功能、潤濕性改變、擴(kuò)散功能、毛細(xì)管自發(fā)滲吸功能及界面性質(zhì)的改變等。
2.1 改變巖石表面潤濕性
近年來Morrow等人的室內(nèi)探究結(jié)果表明，對于原油/鹽水/砂巖體系，當(dāng)潤濕性處于弱水濕或中性潤濕狀態(tài)時(shí)，驅(qū)油效率最高。分子沉積膜驅(qū)油劑在油砂表面吸附可改變油砂表面潤濕型，使高嶺土、石英砂和油砂的表面潤濕性向水濕性轉(zhuǎn)變。
2.2 降低巖石表面粘附功
MD 膜可以降低石英巖表面的粘著力及其離散程度。粘著力包括分子間的功能力、毛細(xì)力和靜電力等，這表明粘著機(jī)理很復(fù)雜。但可以推斷，表面生長有序 MD 膜以后，從微觀結(jié)構(gòu)上對表面有修飾功能，改變了表面的微觀結(jié)構(gòu)、各種力成分及其分布，從而降低了粘著力。表面性能尤其是表面粘著力對界面的摩擦起著關(guān)鍵功能。MD 膜的吸附降低表面粘著力是使其降低摩擦的重要原因。MD 膜劑在天然地下石英巖表面沉積具有良好摩擦特性，這對于提高原油采收率是很重要的。
2.3 毛細(xì)管自發(fā)滲吸功能
毛管自發(fā)滲吸探究過程中，對于低滲油層來說，假如油層是親水的，那么注入水在毛管力功能下將進(jìn)入細(xì)小的毛細(xì)管中，出現(xiàn)自發(fā)滲吸現(xiàn)象，能夠有效地提高原油采收率。在 MD 膜劑驅(qū)油過程中，油藏巖石和分子膜劑接觸后，其表面潤濕性會不同程度地向親水的方向轉(zhuǎn)變，這就促使我們考慮分子膜劑如何在自發(fā)滲吸過程中發(fā)揮功能，提高自發(fā)滲吸采出程度及孔隙利用率。
2.4電性轉(zhuǎn)變
儲油砂巖表面一般是帶電的，地層水在一定的pH值范圍內(nèi)(6.5~7.5)，砂巖表面帶負(fù)電。分子沉積膜驅(qū)油劑的吸附使親水砂巖和親油砂巖表面的電性發(fā)生變化，這是由于分子沉積膜驅(qū)油劑的有效成分中含有陽離子基團(tuán)，當(dāng)分子沉積膜驅(qū)油劑溶液的濃度為1 200mg/L時(shí)，負(fù)電性表面轉(zhuǎn)變?yōu)檎娦员砻�，即存在一個(gè)零zeta電位的濃度。在該濃度下界面間的電性相吸或相斥的現(xiàn)象消失，在此條件下驅(qū)油可獲得較高的采收率。因此，分子沉積膜驅(qū)油劑在驅(qū)油過程中存在表面電性轉(zhuǎn)變機(jī)理或零電位機(jī)理。
3．前景和展望
提高采收率的方法很多，目前在油田應(yīng)用最廣的主要有聚合物驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)（ASP）。然而，聚合物驅(qū)過程中，由于其分子量很高，在溶液配制、地層注入、采出液油水分離和含聚污水的處理等方面困難重重。三元復(fù)合驅(qū)注入段塞的主要組分是表面活性劑、聚合物，堿（Na2CO3 和 NaHCO3 復(fù)配），由于堿液的高pH值引起油層粘土分散和運(yùn)移，最后導(dǎo)致油層滲透率下降；體系和原油之間形成的超低界面張力也會使采出液的破乳非常困難；另外，還存在桿管的腐蝕新問題。
分子（MD）膜驅(qū)油技術(shù)作為一種新型的三次采油技術(shù)，不僅彌補(bǔ)了以上兩種驅(qū)油方法的不足，而且具有傳統(tǒng)化學(xué)驅(qū)無可比擬的特征和優(yōu)勢摘要：
⑴ 在提高采收率方面，由于水驅(qū)、聚合物驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)以排驅(qū)機(jī)理為主，而膜劑驅(qū)以滲吸機(jī)理為主，膜劑驅(qū)油的滲吸功能更利于中、小孔隙殘余油的啟動。因而，MD膜劑的驅(qū)油效率相對于前者的要高。而且，在水驅(qū)、聚合物驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)的基礎(chǔ)上，MD膜劑驅(qū)可進(jìn)一步提高原油采收率。
⑵ 從MD膜驅(qū)油劑本身的性質(zhì)來看，納米級 MD 超薄膜的成膜過程是一種不加任何外力，依靠巖石表面和成膜分子之間靜電相互功能的平衡狀態(tài)的自組裝過程，且MD 膜的熱穩(wěn)定性和力學(xué)穩(wěn)定性好；MD 膜驅(qū)油劑濃度低，驅(qū)油效果高，無需加堿、表面活性劑和其它化學(xué)試劑，對地層損害�。涣硗�，MD 膜驅(qū)劑具有較好的防膨效果和殺菌能力；其表面活性不高，不會產(chǎn)生原油乳化不利的影響；膜劑溶液呈中性，對注采系統(tǒng)桿管幾乎沒有腐蝕，對人體也不會產(chǎn)生任何傷害。
參考文獻(xiàn)
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