復(fù)配表面活性劑減緩水鎖效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究

張小琴,王宇池,王永青,韓力揮

(1.中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,山東青島266100; 2.海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島266100)

復(fù)配表面活性劑減緩水鎖效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究

張小琴1,王宇池1,王永青1,韓力揮2

(1.中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,山東青島266100; 2.海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島266100)

制取了非離子氟碳表面活性劑FPEG400和FPEG600,并與甲醇進(jìn)行復(fù)配得到了復(fù)配表面活性劑。室內(nèi)水鎖實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:水驅(qū)過程中加入該復(fù)配表面活性劑后,巖心的滲透率損害程度得到較大的降低,油相滲透率上升,提高了采收率。

低滲透油藏;水鎖效應(yīng);非離子氟碳表面活性劑

目前,我國勘探、開發(fā)出的絕大多數(shù)油藏地層屬于親水地層,即水濕性地層。在水濕性地層的采油過程中,油層孔喉道被注入流體侵入后,孔喉道中原有的原油被推向更深的孔喉道內(nèi)部,注入水與原油混合并在油水界面處形成一個(gè)凹向油相的彎液面,并在此彎液面處產(chǎn)生一附加壓力,即毛細(xì)管阻力,也就是出現(xiàn)了水鎖效應(yīng)(圖1)[1]。

圖1 水鎖效應(yīng)Fig.1 Water blocking effect

采油過程中為了使地層中的原油流向采油井筒,而不是進(jìn)入更深的地層孔喉道,就必須采取措施消除這一毛細(xì)管阻力以及由混合流體在地層孔喉道中流動(dòng)產(chǎn)生的摩擦阻力,當(dāng)天然儲(chǔ)層自身能力小于以上兩種阻力之和,就不能使地層油水流在孔喉道中流動(dòng),而是被堵塞在地層孔喉道中,導(dǎo)致低滲透地質(zhì)采收率降低。這種由外來流體在地層產(chǎn)生的毛細(xì)管阻力所造成的損害稱為“水鎖損害”[2]。

作者在此采用電解氟化法[3]制備了非離子氟碳表面活性劑FPEG400和FPEG600,并與甲醇進(jìn)行復(fù)配,進(jìn)行了室內(nèi)水鎖實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 非離子氟碳表面活性劑的制備

采用電解氟化法制備非離子氟碳表面活性劑。

(1)全氟磺酰氟的制備

(2)全氟磺酰氟的酰胺化反應(yīng)

(3)聚乙二醇單全氟辛基磺酰胺乙醚的合成

按上述合成路線得到兩種聚乙二醇非離子型氟碳表面活性劑,分別命名為FPEG400、FPEG600(400和600表示參加反應(yīng)的聚乙二醇的分子量)。考察其表面活性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。

1.2 表面活性劑的復(fù)配

將FPEG400和FPEG600與甲醇進(jìn)行交叉復(fù)配,置于具塞量筒中,在常壓、25℃下進(jìn)行模擬油乳化實(shí)驗(yàn)來評(píng)價(jià)其乳化性能,模擬油與模擬地層水的體積均為10 m L。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為相同時(shí)間內(nèi)O/W型乳狀液段塞長度,該長度越長、穩(wěn)定時(shí)間越久,則乳化能力越強(qiáng)[4]。

1.3 復(fù)配表面活性劑的性能研究

(1)將復(fù)配表面活性劑與模擬原油注入STX-500 H型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測(cè)試管中,測(cè)定油水界面張力,進(jìn)而確定最佳復(fù)配體系。實(shí)驗(yàn)條件為:模擬油田地層溫度(取平均溫度值)50℃,礦化度4217 mg· L-1。

(2)對(duì)最佳復(fù)配體系進(jìn)行抗稀釋性能研究,實(shí)驗(yàn)條件與測(cè)定界面張力時(shí)相同。

(3)按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)配制模擬地層水礦化度的溶液,通過改變水樣中NaCl的濃度調(diào)節(jié)其礦化度,對(duì)最佳復(fù)配體系的抗鹽性能進(jìn)行研究。

(4)對(duì)最佳復(fù)配體系的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。由于在敞開環(huán)境中復(fù)配體系會(huì)受氧化作用影響,故將一定量的復(fù)配體系加入到礦化度為4217 mg·L-1的模擬地層水中,除氧后置于溫度為50℃、壓力為10 MPa的密閉環(huán)境下,測(cè)定界面張力隨時(shí)間的變化。復(fù)配體系保持超低界面張力的時(shí)間越長,說明其穩(wěn)定性能越好。

1.4 復(fù)配表面活性劑的室內(nèi)水驅(qū)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

對(duì)最佳復(fù)配體系進(jìn)行室內(nèi)水驅(qū)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

1.4.1 水鎖損害率的評(píng)價(jià)方法

賴南君等[5]采用高壓氣驅(qū)—反向作用法,測(cè)定巖心的氣測(cè)滲透率,按下式評(píng)估水鎖效應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層的損害率:

式中:I為水鎖效應(yīng)造成的損害率;Ki、K0分別為有、無外來流體對(duì)儲(chǔ)層造成水鎖損害的巖心氣測(cè)滲透率,μm2。

1.4.2 實(shí)驗(yàn)流程(圖2)

圖2 實(shí)驗(yàn)流程Fig.2 Flow diagram of experiment

1.4.3 減緩水鎖效應(yīng)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

對(duì)實(shí)驗(yàn)巖心進(jìn)行預(yù)處理,分別用泵出口水和含有復(fù)配表面活性劑的注入水進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn),記錄數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)巖心選自長慶長10地區(qū)低滲透油田,其規(guī)格為:直徑2.5 cm、長度5.0 cm。

1.4.4 擠注放差實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行擠注放差實(shí)驗(yàn),分別記錄煤油驅(qū)替巖心中的飽和水、模擬地層水正向驅(qū)替、注復(fù)配表面活性劑體系(FPEG600-甲醇)驅(qū)替時(shí)的穩(wěn)定壓力。最后繼續(xù)用煤油正向驅(qū)替巖心,記錄數(shù)據(jù)。

1.4.5 復(fù)配表面活性劑降低注入壓力性能研究

用真實(shí)巖心進(jìn)行模擬驅(qū)油降低驅(qū)替壓力實(shí)驗(yàn),考察復(fù)配表面活性劑(FPEG600-甲醇)降低注入壓力性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 非離子氟碳表面活性劑的性質(zhì)

鉑金板法測(cè)定結(jié)果表明,非離子氟碳表面活性劑FPEG400、FPEG600的表面活性均高于同類型的碳?xì)浔砻婊钚詣?。熱重分析結(jié)果表明,FPEG400、FPEG600具有良好的熱穩(wěn)定性,在較高的溫度下不分解且能保持活性,適宜作為三次采油中的驅(qū)油劑。此外,FPEG400、FPEG600在強(qiáng)堿、強(qiáng)酸條件下仍具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性,且表面活性也較好,在10-5～10-4的濃度下就可使溶液的表面張力降低至20 m N·m-1左右。

2.2 復(fù)配表面活性劑的乳化效果

近年來，金融改革持續(xù)深化，民營銀行、村鎮(zhèn)銀行等相繼設(shè)立，其成立時(shí)間短、資本規(guī)模小、經(jīng)營管理能力和抗風(fēng)險(xiǎn)能力相對(duì)較弱，出現(xiàn)破產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。同時(shí)，我國銀行業(yè)對(duì)外開放的速度、幅度和深度不斷擴(kuò)大。2017年底，外資銀行在華營業(yè)性機(jī)構(gòu)總數(shù)已達(dá)1013家。外資入股中資銀行的股比限制被正式取消，中外資適用統(tǒng)一的市場(chǎng)準(zhǔn)入和行政許可辦法。在此背景下，建立適用于包括民營銀行、外資銀行在內(nèi)的問題銀行市場(chǎng)化退出機(jī)制迫在眉睫。

不同組成的復(fù)配表面活性劑的乳化性能見表1。

由表1可知,兩種表面活性劑與甲醇復(fù)配后,乳化能力及乳化效果的穩(wěn)定性均顯著強(qiáng)增。當(dāng)FPEG400、FPEG600的濃度為0.05%時(shí),與濃度為0.01%或0.05%的甲醇復(fù)配的效果都非常好,和兩者濃度為0.01%時(shí)與濃度為0.05%的甲醇復(fù)配的效果相近或相同,從價(jià)格、乳化效果來綜合評(píng)價(jià),最佳復(fù)配體系為: 0.01%FPEG400/FPEG600-0.05%甲醇。

2.3 復(fù)配表面活性劑的性能

2.3.1 界面張力

FPEG400-甲醇、FPEG600-甲醇復(fù)配體系的界面活性圖見圖3。

由圖3可知,模擬原油與一定濃度的復(fù)配體系基本上在實(shí)線圍成的閉合區(qū)域內(nèi)均能形成超低界面張力,隨著甲醇濃度逐步增大,復(fù)合體系界面張力的范圍發(fā)生了顯著的改變。整體而言,FPEG600降低油水界面張力的能力稍微強(qiáng)于FPEG400。依據(jù)界面活性圖確定最佳復(fù)配體系為:0.05%FPEG400/FPEG600-1.0%甲醇。

表1 不同組成復(fù)配表面活性劑的乳化性能Tab.1 The emulsification performance of different composite surfactants

圖3 FPEG400-甲醇(a)、FPEG600-甲醇(b)復(fù)配體系的界面活性圖Fig.3 Interface activity diagrams of composite systems FPEG400-methanol(a),FPEG600-methanol(b)

2.3.2 抗稀釋性能(圖4)

圖4 非離子氟碳表面活性劑-甲醇復(fù)配體系的抗稀釋性能Fig.4 Anti-dilution performance of non-ionic fluorocarbon surfactant-methanol composite systems

由圖4可知,復(fù)配體系在一定濃度范圍內(nèi)被稀釋后,仍能與模擬原油形成超低界面張力,但是隨著進(jìn)一步的稀釋,界面張力顯著增大,最終導(dǎo)致該復(fù)配體系失效,極限值為稀釋到原濃度的20%～25%。考慮油田的實(shí)際情況,這兩種復(fù)配體系的抗稀釋能力完全可以適應(yīng)實(shí)際油田采油環(huán)境。由圖4還可知,FPEG600-甲醇在稀釋0～20%時(shí),抗稀釋能力強(qiáng)于FPEG400-甲醇。

圖5 非離子氟碳表面活性劑-甲醇復(fù)配體系的抗鹽性能Fig.5 Salt-resistant performance of non-ionic fluorocarbon surfactant-methanol composite systems

由圖5可知,復(fù)配體系在礦化度為2000～10 000 mg·L-1范圍內(nèi),界面張力基本上不受影響,均具有優(yōu)異的表面活性,其中最佳礦化度為4000～6000 mg·L-1,可見其耐鹽性能優(yōu)于一般的表面活性劑。

2.3.4 穩(wěn)定性(圖6)

圖6 非離子氟碳表面活性劑-甲醇復(fù)配體系的穩(wěn)定性Fig.6 Stability of non-ionic fluorocarbon surfactant-methanol composite systems

由圖6可知,隨放置時(shí)間的延長,兩種復(fù)配體系與原油間的界面張力都逐漸升高,但在前10 d內(nèi)的活性都比較穩(wěn)定,界面張力變化非常小,說明在一定的時(shí)間范圍內(nèi)復(fù)配體系具有較好的穩(wěn)定性。

2.4 復(fù)配表面活性劑的室內(nèi)水驅(qū)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

降低油水間的界面張力是抑制和解除水鎖效應(yīng)最有效、也最經(jīng)濟(jì)的方法,通過加入復(fù)配表面活性劑能顯著降低油水界面張力,減緩低滲透油藏水鎖效應(yīng)的損害,提高原油采收率。

2.4.1 減緩水鎖效應(yīng)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表2)

由表2可知,注入水中加入復(fù)配表面活性劑后,巖心的水鎖損害率降低很多。FPEGJ-600減緩水鎖損害的效果要稍微優(yōu)于FPEGJ-400。但是這兩種復(fù)配表面活性劑減緩水鎖損害的效果對(duì)空氣滲透率較大的巖心均不及對(duì)低滲透巖心的明顯。因此,對(duì)于低滲透或特低滲透油藏,更適合注入復(fù)配表面活性劑來提高采收率。

表2 減緩水鎖損害實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.2 Experimental data of slowing down water blocking damage

圖7 擠注放差實(shí)驗(yàn)曲線Fig.7 The curve of squeeze test

2.4.2 擠注放差實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖7)

由圖7可知,當(dāng)?shù)蜐B透地質(zhì)巖心存在較強(qiáng)的水鎖效應(yīng)時(shí),其巖心油相滲透率會(huì)隨著巖心中含水飽和度的增大而大幅減小。但通過室內(nèi)模擬地層驅(qū)替實(shí)驗(yàn)可知,向巖心中擠注一定量的FPEGJ-600復(fù)配表面活性劑后,油相滲透率減小幅度明顯減弱,表明向存在水鎖損害的巖心中注入FPEGJ-600復(fù)配表面活性劑能夠有效地防止油相滲透率減小,減緩水鎖效應(yīng),提高原油采收率。

2.4.3 復(fù)配表面活性劑降低注入壓力性能

實(shí)際采油過程中普遍存在注入水的壓力隨著注水時(shí)間的延長而逐步增大的現(xiàn)象,使得注水開發(fā)成本增加,故有必要采取降壓增注的措施。復(fù)配表面活性劑降低水驅(qū)壓力的效果見表3。

表3 復(fù)配表面活性劑降低水驅(qū)壓力效果Tab.3 The results of reducing water flooding pressure for the composite surfactant

由表3可知,當(dāng)使用5倍孔隙體積倍數(shù)的復(fù)配表面活性劑時(shí),驅(qū)替壓力平均下降18.62%,表明復(fù)配表面活性劑具有降低注入壓力的良好效果。一方面,復(fù)配表面活性劑具有乳化作用,可乳化殘余堵塞在巖心孔喉道中的油珠,抑制其對(duì)孔喉的堵塞,使流體能夠順暢地流通;另一方面,復(fù)配表面活性劑具有降低油水界面張力的優(yōu)良性能,能夠減小毛細(xì)管阻力,使水驅(qū)過程中的壓力降低,從而減小能耗,降低成本,提高采油效率。

3 結(jié)論

在三次采油水驅(qū)過程中加入復(fù)配的非離子氟碳表面活性劑-甲醇體系,可以起到如下重要作用:

(1)使油藏儲(chǔ)層的滲透率損害程度得到較大的降低,特別是對(duì)于低滲透或特低滲透油藏,效果比較明顯。

(2)有效地防止油相滲透率減小,減緩水鎖效應(yīng),提高原油采收率。

(3)能夠降低油水界面張力,減小毛細(xì)管阻力,使水驅(qū)過程中的壓力降低,從而減小能耗,降低成本,提高采油效率。

[1] 朱法銀.保護(hù)油氣層常用術(shù)語[M].東營:石油大學(xué)出版社,1996: 54-55.

[2] 周小平,孫雷,陳朝剛.低滲透凝析氣藏反凝析水鎖傷害解除方法現(xiàn)狀[J].鉆采工藝,2005,28(5):66-68.

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[4] 丁曉芳.利用低張力體系改善低滲透油藏水驅(qū)效果實(shí)驗(yàn)研究[D].成都:西南石油學(xué)院,2003.

[5] 賴南君,葉仲斌,趙文森.川西致密氣藏水鎖損害室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究[J].油氣地質(zhì)與采收率,2004,11(6):75-77.

Experimental Research on Slowing Down Water Blocking Effect with Composite Surfactants

ZHANG Xiao-qin1,WANG Yu-chi1,WANG Yong-qing1,HAN Li-hui2
(1.The Chemistry and Chemical Institute of the Ocean University of China,Qingdao 266100,China; 2.The Key Laboratory of the Ocean Chemistry Theory and Engineering Technology, Ministry of Education,Qingdao 266100,China)

In this paper,non-ionic fluorocarbon surfactants FPEG400 and FPEG600 were prepared,then acted with methanol as composite systems,in which,they exhibited excellent synergism.The indoors experiment results showed that,during the process of water flooding,when adding the composite surfactants to water,the damage to penetration rate of the core greatly reduced,and the relatively oil permeability increased,hence the recovery improved.

low permeability reservoir;water blocking effect;non-ionic fluorocarbon surfactant

TE 258 TE 357

A

1672-5425(2013)03-0085-05

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.03.023

2012-12-10

張小琴(1989-),女,安徽安慶人,碩士研究生,研究方向:油田開發(fā)技術(shù)及油田化學(xué)品,E-mail:zhangshixiaoqin@163. com;通訊作者:韓力揮,教授級(jí)高級(jí)工程師,E-mail:lhhan@ouc.edu.cn。