烷基糖苷與重烷基苯磺酸鹽復配體系性能研究＊

姜漢橋 孫傳宗

（1.中國石油大學（北京）石油工程教育部重點實驗室； 2.中國石油大學（北京）石油工程學院）

在三次采油中，油水關系非常復雜，采用單一結構的表面活性劑往往很難獲得超低界面張力和較好的抗鹽、耐高溫特性。因此，需要利用表面活性劑的協(xié)同效應，即用不同類型的表面活性劑進行復配來優(yōu)化完善體系性質。烷基糖苷（簡稱APG）是一種新型綠色表面活性劑，兼具非離子與陰離子表面活性劑的很多優(yōu)點，不僅界面張力低、活性高，而且生物降解好、無毒、復配性好，對環(huán)境無污染［1］。近年來，國外已有將APG產(chǎn)品應用于油田化學領域的相關報道［2－3］，但國內 APG 的生產(chǎn)剛剛起步，有關該產(chǎn)品在油田化學領域的應用性研究很少見報道［4］。本文以烷基糖苷和重烷基苯磺酸鹽復配物與部分水解聚丙烯酰胺組成了一種新型的二元復合驅油體系，并對此二元復合體系進行了人造巖心驅油實驗和可視化微觀驅油實驗研究，結果表明該二元復合體系性能較好，在水驅后能進一步提高采收率，在聚驅后能進一步啟動和驅替殘余油。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及設備

（1）實驗材料

原油：大慶油田采油四廠的脫氣脫水原油，密度為0.879 7g/cm3（45℃），粘度為20.54 mPa·s（45℃）。

驅油實驗用水：礦化度為4 700.10 mg/L的模擬鹽水。

表面活性劑：中國日用化學工業(yè)研究院的烷基糖苷（APG），有效含量80%；大慶化工集團東昊投資有限公司的重烷基苯磺酸鹽，有效含量50%。

聚合物：大慶煉化公司的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），分子量1 500萬。

二元復合體系：HPAM 質量分數(shù)為0.12%，APG和重烷基苯磺酸鹽組成的表面活性劑復配體系質量分數(shù)為0.2%，其中APG和重烷基苯磺酸鹽的質量比為1∶1。

人造巖心：二維均質圓柱模型，長度為10 cm，直徑為2.5 cm，由石英砂和環(huán)氧樹脂膠結而成。

（2）實驗設備

微觀驅替實驗裝置：微量驅替泵（最小流量0.001 m L/min）、高精度活塞容器、微觀仿真模型、體視顯微鏡（可視范圍4 cm×4 cm）、數(shù)碼攝像頭（有效像素300萬）、計算機以及彩色圖像處理軟件等。

界面張力測試儀：美國德克薩斯大學Model500型懸滴界面張力測定儀。

1.2 實驗步驟

（1）界面張力測試

利用界面張力測試儀進行了不同溫度、礦化度、二價離子濃度條件下二元復合體系與原油間界面張力的測試，溶液中表面活性劑濃度均以活性物中的有效物計算。界面張力穩(wěn)定值實驗均在45℃條件下進行，測試時間為120 min。

（2）在人造巖心上進行驅油物理模擬實驗

首先將巖心抽真空，飽和水，用油驅水至含水飽和度為束縛水飽和度，并將巖心在45℃條件下老化10h；然后用水驅油至含水率為98%。為了對比聚合物驅和二元復合驅的驅油效果，水驅過后，分別注入0.3 PV的HPAM和二元復合體系，再后續(xù)水驅至出口端不出油，計算采收率。實驗中的流體注入速度為0.3 m L/min，實驗溫度為45℃。

（3）利用玻璃刻蝕模型進行微觀驅油實驗

通過圖像采集系統(tǒng)將驅油過程的圖像轉化為計算機的數(shù)值信號，并采用圖像分析技術研究不同驅油體系對驅油效果的影響。微觀驅油實驗設備、流程及步驟見文獻［5－6］。其中，微觀驅油實驗用油為利用大慶油田的脫氣脫水原油配制的模擬油，該模擬油在實驗溫度30℃下的粘度為10 mPa·s。

2 結果與討論

2.1 溫度對二元復合體系界面張力的影響

圖1為二元復合體系的界面張力隨溫度的變化曲線，可以看出，溫度從45℃升高到80℃，二元復合體系的界面張力值始終保持在超低值的范圍內。由此說明，該二元復合體系具有較好的耐溫性能。

圖1 二元復合體系在不同溫度下的界面張力

2.2 礦化度和二價離子對復合體系界面張力的影響

圖2、3是礦化度和二價離子質量濃度對二元復合體系界面張力的影響圖，可以看出，在NaCl質量濃度為2 000～10 000 mg/L、二價離子質量濃度為50～300 mg/L范圍內時，該二元復合體系的界面張力值變化都很小，始終保持在超低狀態(tài)。由此說明，此二元復合體系具有較好的抗鹽和抗二價離子的性能。

圖2 礦化度對二元復合體系界面張力的影響

圖3 二價離子質量濃度對二元復合體系界面張力的影響

2.3 人造巖心驅油實驗結果

人造巖心驅油實驗結果見表1，可以看出，在對人造巖心進行一次水驅后采用二元復合體系驅油的采收率要高于聚合物驅的。聚合物驅的主要作用是提高波及效率，改善微觀驅油效率特別是降低毛管力的作用并不明顯；而二元復合體系不僅能提高波及效率，還能增加毛管數(shù)，提高微觀驅油效率，這些都有利于采收率的提高。這說明，本實驗中由APG和重烷基苯磺酸鹽復配并與聚合物組成的二元復合體系具有較優(yōu)良的界面性能，采收率比聚合物驅有進一步的提高。

表1 人造巖心二元復合體系驅油實驗結果

2.4 微觀驅油實驗結果

為了觀察微觀孔喉中殘余油的啟動情況，在玻璃刻蝕均質模型的驅替主流線附近選取一個觀察點（A點），如圖4所示。圖5顯示的是通過微觀驅油實驗得到的二元復合體系驅油過程中孔喉內剩余油的啟動情況及驅油效果。從圖5可以看出：水驅后（圖5b）的殘余油主要是簇狀、柱狀、盲端和孤島狀；與水驅相比，聚驅后（圖5c）連通性好的柱狀、簇狀和孤島狀殘余油被啟動，剩余油和殘余油明顯減少；由于微觀模型的孔隙體積較小，與模型的孔隙體積相比，聚合物注入過程中的注入量較大，因此后續(xù)水驅（圖5d）的效果不明顯，一些殘余油仍然沒有被啟動；后續(xù)水驅過后的二元復合驅（圖5e）對殘余油的作用要比聚合物驅明顯（以圖5中B處毛細管中的殘余油為例，聚驅并沒有將其啟動，而二元復合體系注入以后，毛細管中的殘余油基本消失了），這說明本實驗中所用表面活性劑復配體系具有很好的界面活性，能夠在一定程度上克服毛管力，將毛細管中的殘余油啟動并且驅出。

3 結論

（1）本文研制的烷基糖苷和重烷基苯磺酸鹽的復配物與部分水解聚丙烯酰胺組成的新型二元復合驅油體系，具有較好的耐溫、抗鹽和抗二價離子的性能。

（2）人造巖心驅油實驗表明，此二元復合體系在水驅后能進一步提高采收率，而且采收率要高于聚驅；利用玻璃刻蝕模型進行的微觀驅油實驗結果顯示，此二元復合體系啟動和驅替殘余油的能力要優(yōu)于單一聚合物。

［1］ 李忠實，劉平芹，徐明新.表面活性劑合成與工藝［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，1995：204－210.

［2］ 于光遠，曾青林，楊錦宗.烷基糖苷的制備與應用［J］.化學與黏合，1994，（1）：41－43.

［3］ NICORA L P，MCGREGOR W M.Biodegradable surfacents for cosmetics find application in drilling fluids［C］.SPE 39375，1998.

［4］ 劉慶旺，唐萬麗.烷基糖苷在油田化學應用上的性能評價［J］.精細石油化工進展，2010，11（12）：31－33.

［5］ 夏惠芬，王德民，王剛.聚合物溶液在驅油過程中對盲端類殘余油的彈性作用［J］.石油學報，2006，27（2）：72－76.

［6］ 夏惠芬，王德民，劉中春.黏彈性聚合物溶液提高微觀驅油效率的機理研究［J］.石油學報，2001，22（4）：60－65.