化学驱油体系油水界面流变性及其对毛管数模型作用机制研究

目前指导化学驱的主要理论- - 毛管数理论认为化学驱体系的粘度、油水界面张力和流速直接影响原油采收率，在此基础上形成了筛选化学驱体系的标准- - 超低界面张力标准。但是最新的研究表明，传统的毛管数理论在实际应用中存在严重的局限性。本课题提出采用界面粘度和界面流速修正传统毛管数理论中体系的体相粘度和体相流度，重点研究油水界面流变性在提高采收率中的作用。主要通过界面扩张流变仪测定不同化学驱体系与原油的界面流变性（损耗模量、弹性模量、界面粘度），研究化学驱组分（活性剂、碱）以及原油组分（胶质、沥青质）在界面上的排布方式、界面与体相的交换等驰豫过程对界面性质的影响。通过研究具有不同界面张力和不同界面粘度的体系与采收率的关系，关联高采收率下界面张力-界面模量的匹配关系。通过上述研究修正毛管数理论，建立完善的化学驱评价指标体系指导化学驱的现场应用，并为化学驱数值模拟方法提供理论支持。

课题采用界面扩张流变技术研究了油/水界面流变性的主要影响因素及其对采收率的影响。首先研究了原油组分的影响，研究表明与原油相比，脱沥青质组分的弹性模量、黏性模量和扩张模量都会显著下降；沥青质组分的弹性模量和扩张模量几乎没有变化，黏性模量则有所增大；脱沥青质组分、沥青质组分和原油三种体系所形成的油水界面膜均以弹性为主，与弹性模量相比，黏性模量的数值都很小。考察了水相离子对油水界面扩张流变性的影响，结果表明当NaCl的浓度处于0.1710到0.2906mol/L范围内时，扩张模量和弹性模量会急剧下降。其次研究了驱油用表面活性剂结构对界面流变性的影响，研究表明表面活性剂溶液的弹性模量、粘性模量和扩张模量都有显著下降；随着环氧乙烷数的增加，表面活性剂降低体系弹性模量、粘性模量和扩张模量的效果逐渐增强。测定了原油与不同浓度碱体系的油水界面扩张流变性。结果表明随着碱浓度的增大，弹性模量和扩张模量会先增大后减小，而黏性模量则呈增大的趋势。随着碱浓度增大，与原油反应生成的表面活性物质也急剧增多，这些表面活性物质会吸附到油水界面上，导致界面形变时产生更高的界面张力梯度，使得膜的弹性增大，由于体系中表面活性物质增多，它们在油水界面及其附近的发生的各类弛豫过程也相应增强，因此界面膜的黏性模量增大。通过驱替试验研究了界面性质对采收率的影响，实验结果表明碱驱的采收率随碱浓度的增大而先增大后减小。微观驱替试验表明当碱浓度较低时，碱与原油反应生成的表面活性物质很少，几乎不会形成“液滴流”，因而碱驱的波及系数也很低；随着碱浓度的升高，碱与原油反应生成的表面活性物质急剧增多，形成“液滴流”封堵高渗水流通道，大大提高波及体积。界面张力试验结果表明界面张力不是评价稠油碱驱效果的重要标准。碱驱采收率的变化规律与扩张模量的变化规律一致。研究表明界面弹性模量反映的是界面膜维持形变的能力，是界面膜的固态性质，弹性模量越大，“液滴流”界面膜维持原状的能力越强，阻塞高渗流通道的能力必然越强，碱驱的波及系数也越大，采收率越高；而黏性模量反映的是界面膜阻滞形变的能力，是界面膜的液态性质，黏性模量越大，孔道中的残余油越多，即洗油效率下降，采收率降低，故而碱驱采收率会先增大后减小。上述研究表明油水界面流变性对碱驱采收率的影响要比油水界面张力更为直接，界面弹性越大，提高采收率越高，而界面黏性越大，采收率越低。