刘平 ，李中超 ，齐桂雪 ，罗波波 ，许寻 ，陈华 ，朱黎明

（1.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院，河南 濮阳 457001；2.中国石化中原油田分公司，河南 濮阳 457001；3.中国石化中原油田分公司濮东采油厂，河南 濮阳 457000）

目标油田剩余地质储量约4.18×108t，开展三次采油潜力很大。其中，矿化度大于10×104mg/L的区块的剩余地质储量占整个油田剩余地质储量的90%以上，温度高于90℃的区块的剩余地质储量占整个油田剩余地质储量的67%以上。由于油藏的温度高、矿化度高，常规的表面活性剂水溶液驱、聚合物驱以及复合驱等方法所形成的流体黏度较低、稳定性不理想，难以推广应用，依靠天然能量及水驱开发，稳产增产难度大。气驱提高采收率技术，特别是CO2驱技术，与其他驱油技术相比，提高了低渗透油藏的注采能力，降低了地层有效补充能量的成本，是高温高盐低渗透率油藏高效三次采油方法。我国大部分油藏属于陆相沉积，CO2驱的最小混相压力较高，因此非混相驱油藏占比较大。多数高温高盐油藏目前地层压力低于最小混相压力，难以实现高效的CO2混相驱［1-2］。CO2混相驱的理论驱油效率达到了90%以上，较其他气体，更易与原油混相，这为改善高温高盐油藏CO2驱油效果提供了可能［3-7］。国内外降低CO2驱最小混相压力技术主要有加入共溶剂、含氟物、表面活性剂、超临界微乳液以及CO2泡沫体系等［8-14］。目前，缺乏高温高盐非均质储层适应性评价，尚未开展影响降低混相压力的混相效果因素的研究，而这正是改善CO2驱效果的关键环节。因此，有必要开展降低最小混相压力、扩大CO2混相驱和近混相驱的应用范围研究。

1 高温高盐油藏混相调节剂

由于高温高盐油藏储层流体的特殊性，一般选用非离子类油溶性调节剂。基于调节剂对CO2物理化学性质的影响和原油与调节剂之间的相互作用的研究，筛选出适合高温高盐油藏的17种调节剂（见表1）。在多数油藏条件下，CO2处于超临界状态，一方面具有气体的高扩散系数与低黏度，另一方面又有液体的密度与溶解能力，其物理化学性质对环境非常敏感。因此，少量调节剂便会打破CO2与原油之间原有的相平衡，形成新的相平衡。

表1 实验所用调节剂及作用方向

2 混相调节剂效果评价

2.1 增加CO2溶解度

采用超临界流体中的增强因子［15］描述含调节剂原油体系对CO2溶解能力，结合相平衡热力学理论，当组分i在本体相和超临界流体相中达到相平衡时，两相组分 i的逸度应相等［15］，从而可得：

式中：Ei，sc为组分 i的增强因子；φi为本体相饱和压力下的逸度系数；φi，sc为组分i在超临界流体相中的逸度系数；Vi为在温度T下组分i的摩尔体积，L/mol；p为体系压力，MPa；pi为组分 i的饱和蒸汽压，MPa；R 为气体常数，取值 8.31 J/（mol·K）；指数项为考虑总压力 p不同饱和蒸汽压时所加的校正，为Poyning校正［16］。

根据式（1），运用状态方程结合溶液活度理论相平衡模拟计算方法［17］，可以分析调节剂体系对CO2在原油中的溶解能力的影响。当原油溶解了足够的CO2，液相体积发生膨胀，从盲端中挤出（见图1）；同时液相密度降低，气液密度差缩小有利于降低油气界面张力，促进混相［18］。

图1 原油溶解CO2后体积膨胀从盲端挤出

采用高温高压配样仪分别评价含不同调节剂原油溶解CO2的能力，实验流程见图2。

图2 CO2溶解度实验流程

在114℃，30 MPa条件下，原油中分别加入质量分数为0.5%的调节剂，CO2的溶解度如图3所示。其中，横坐标的序号分别表示调节剂的编号（见表1），0表示未添加调节剂的原油。数据表明，调节剂提高了CO2在原油中溶解能力，特别是醇类、苯类及酯类调节剂增溶效果显著，当原油中添加质量分数为0.5%柠檬酸异戊酯，CO2溶解度由230 mL/g增加至247mL/g。

图3 调节剂对CO2在原油中溶解度的影响

2.2 降低原油黏度

调节剂降低原油黏度，改善气体与原油的黏度比，进而影响气驱的流态。采用落球黏度仪测试不同类型调节剂对原油黏度影响，在114℃，30 MPa条件下，原油中加入质量分数为0.5%的调节剂后原油黏度变化如图4所示。实验结果表明，混苯、酯类调节剂降低原油黏度效果最好，加入柠檬酸异戊酯的原油黏度由2.89 mPa·s降低到1.98 mPa·s，石油醚的降低原油黏度效果与己烷、庚烷、辛烷效果相近，醇类、非离子表面活性剂对原油黏度影响较小，仅降低了0.17～0.44 mPa·s，降幅在 5.88%～15.22%。

图4 调节剂对原油黏度的影响

2.3 提高CO2萃取轻烃效果评价

由于CO2分子的价电子发生分裂，中心碳原子带上了部分正电荷，2个氧原子带上了部分负电荷，因此作为路易斯酸可与提供电子的路易斯碱相互作用，其作用力大小接近普通氢键作用力大小的一半，但大于色散力。同时CO2分子具有弱协同氢键作用，作用力比特异路易斯酸-路易斯碱相互作用弱，且远小于常规的氢键作用力。但是弱协同氢键作用产生的电子效应能够稳定路易斯酸-路易斯碱相互作用力，增强溶质分子与CO2分子的亲和力。

调节剂利用CO2可发生上述作用的性质来增强CO2亲和力，提高CO2对极性物质的溶解能力和选择性，这也是筛选调节剂组分的重要理论依据之一。含有亲CO2基团片段的油溶性调节剂增强CO2萃取烃类能力；含氧基团，如羟基、醚及酯基等，能够增强分子与CO2分子的亲和力；含硅基团能够通过硅原子与CO2发生特异相互作用，提高超临界CO2的溶解度［19］。

实验采用气相色谱仪分析系统，利用面积归一化方法进行定量分析，按照石油与天然气行业标准SY/T 5779—2008《石油和沉积有机质烃类气相色谱分析方法》获得各个细管实验采出气样的组分组成。在114℃，30 MPa条件下，分析长细管驱替实验产出气组分变化，探究CO2萃取原油中烃组分能力。实验表明，含有亲CO2基团片段的调节剂提高了CO2的抽提能力（见图5）。加入质量分数为0.5%的石油醚、混苯、己烷等调节剂效果显著，CO2萃取含石油醚原油中轻烃质量分数由0.3%增加至1.2%～1.5%；其余几类调节剂中酯类气相萃取效果较好，醇类和醚类表活剂次之。

图5 调节剂对CO2萃取原油中轻烃的影响

2.4 降低原油CO2表面张力效果评价

在适当的压力和原油组分组成条件下，将调节剂注入地层，能够降低地层油的表面张力，表面张力的下降可以使气体进入原来高表面张力条件下完全隔离的孔道，从而提高驱油面积。油气之间毛细管力下降，提高波及系数，减少残余油饱和度。首先将摄像系统拍摄获得的高温高压腔体内的液体悬滴图像数据传输到计算机，然后通过自编软件分析悬滴大小及形状，计算出地层温度和不同实验压力条件下的表面张力［20-22］。在114℃，30 MPa条件下，原油中加入质量分数为0.5%的不同调节剂组分后油气表面张力变化如图6所示，石油醚、乙二醇丁醚、柠檬酸异戊酯等具有亲CO2的基团降低油气表面张力的显著效果。

图6 调节剂对油气体系表面张力的影响

3 调节剂降低混相压力机理

不同种类调节剂作用的机理不同，相同种类的调节剂同一机理的作用大小也不相同。为了消除各个机理的量纲对机理作用大小评价的影响，采用归一化处理，将各个作用机理化作0～1之间的数值。计算方法如式（2）、式（3），对不同调节剂作用机理的无量纲量进行归一化处理［23］（见表 2）。

表2 调节剂作用的主次机理

式中：Kij为第i种调节剂第j种机理效果的无量纲量，其中 i=1，2，3，…，17（调节剂编号），j=1，2，3，4（分别为溶解度、黏度、萃取能力、表面张力）；αij为第i种调节剂的第j种机理效果；αj为原油的第j种机理效果；fij为第i种调节剂第j种机理效果的归一化值。

低碳烷烃类调节剂的主要作用机理是降低油气界面张力和原油黏度，其中，己烷的主要贡献是降低油气界面张力，庚烷和辛烷的主要作用是降低原油黏度，三者在提高CO2萃取能力和溶解能力的作用大小相近。醚类调节剂的主要作用机理不同，其中，乙二醇丁醚和烷基酚聚氧乙烯醚侧重于降低原油黏度，脂肪醇聚氧乙烯醚则侧重于降低油气的界面张力。醇类调节剂的主要作用机理较为一致，在提高CO2萃取能力上效果显著，其中，正丁醇效果较正戊醇效果好。石油醚、混苯的作用机理分布相对均匀，石油醚的侧重点在于降低油气界面张力和原油黏度，混苯兼顾降低油气界面张力、提高CO2溶解度和CO2萃取能力。酯类调节剂在增加CO2溶解度、提高CO2萃取能力、降低油气界面张力上具有高度一致性，主要作用机理是增加CO2溶解度和提高CO2萃取能力。

4 结论

1）受高温高盐环境限制，研究区块降低CO2与原油的最小混相压力着重考虑具备油溶性、非离子2个方面的调节剂。该类调节剂影响CO2的物理化学性质，改变原油与CO2的相互作用，增加油气的混相能力。

2）在调节剂降低油气混相压力的过程中，影响混相效果的因素可能同时存在，不同调节剂的侧重点不同，相同种类的调节剂作用机理较为接近，作用的大小有所差异。从同类调节剂中优选效果较好的调节剂，根据油藏的特征使用调节剂，有利于更好地发挥混相调节剂效果。