耐溫抗鹽陰－非離子表面活性劑SH乳化性能研究

代士郁 （中石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢 430223）

表面活性劑在油田三次采油中起著重要作用，主要通過降低油水界面張力，改變油藏巖石潤濕性，乳化原油達到提高原油采收率的目的［1，2］。對于普通的油藏而言，表面活性劑的應用比較成功，應用效果也比較理想；但對于高溫高鹽油藏，傳統(tǒng)表面活性劑如石油磺酸鹽、石油羧酸鹽、烷基苯磺酸鹽等不能很好地與地層水配伍且容易沉淀析出［3］，無法實現(xiàn)提高原油采收率的目的。針對高溫高鹽油藏的需要，研究了陰－非離子表面活性劑SH，該表面活性劑引入特征官能團兼具有多種性能［4～6］，消除了因表面活性劑復配體系引起的 “色譜分離效應”。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

1）試驗儀器 JSM－35CF掃描電子顯微鏡；Multisizer3粒度分析儀；UV2802型紫外可見分光光度計；KA4000icontrol恒溫搖床；多功能物理模擬裝置；電子天平等。

2）試驗材料 陰－非離子表面活性劑SH；陰－非離子表面活性劑CTAB；天然巖心；某油田原油；某油田地層水和注入水 （水質(zhì)分析見表1）。

表1 某油田水質(zhì)分析結(jié)果表

1.2 試驗方法

在10mL具塞刻度試管中取5mL原油，分別加入不同質(zhì)量濃度的SH溶液，蓋上試管塞子，放入恒溫 （85℃）搖床上各均勻振蕩100次。將振蕩后的試管立即垂直放在試管架上，同時開始計時，每隔一段時間記錄試管中析出水的體積，計算析水率。觀察試驗現(xiàn)象，采用電子顯微鏡考察乳狀液的穩(wěn)定性；采用粒徑分析儀分析稀釋后乳狀液的粒徑。

2 結(jié)果與討論

2.1 礦化度對乳化能力的影響

將注入水和原始地層水按照一定比例混合 （見表2），得到不同礦化度的配制水?？疾霺H （質(zhì)量分數(shù)為0.3%）在不同礦化度下對原油的乳化能力，結(jié)果見圖1。

如圖1所示，SH在不同礦化度條件下都能對該油田原油快速乳化。當配制水為地層水時，SH的析水率隨著時間延長迅速增加；在其他礦化度下，SH的析水率隨著時間延長有著相似的趨勢，隨時間延長析水率相對緩慢地增加。整體上看，隨著時間增加，析水率增加的速度較快，隨礦化度的增加乳化穩(wěn)定性稍有降低。

表2 不同配制水的礦化度

2.2 不同攪拌時間和溫度對原油乳化性能的影響

原油中加入1000mg/L的SH，考察不同攪拌時間和溫度對乳狀液的影響，如圖2所示。圖2（a）與圖2（b）比較可知，在相同的溫度下，攪拌時間延長后，下層水相的顏色加深，說明有更多的原油轉(zhuǎn)入水相中，SH的乳化作用更加明顯。圖2（a）與圖2（c）比較可知，當攪拌時間相同，溫度升高（50℃升到85℃）后，水相中原油體積分數(shù)上升，說明高溫更利于原油乳狀液的形成。

圖1 不同礦化度條件對原油析水率的影響

圖2 不同攪拌時間和溫度對乳化性能的影響

2.3 不同質(zhì)量濃度的SH對原油乳狀液穩(wěn)定性的影響

在溫度85℃條件下，考察了500、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000mg/L共8個不同質(zhì)量濃度的SH對原油析水率的影響，見圖3。從圖3可以看出，SH與原油能快速乳化，隨著時間的增加，不同質(zhì)量濃度的SH均使原油析水率迅速增加，在極短時間內(nèi)析水率達到100%，表明SH有乳化穩(wěn)定性不強的特點。

圖4為不同質(zhì)量濃度的SH對原油乳狀液形態(tài)的影響?？梢钥闯?，混合液分為3層，最上層為較純的原油，水的體積分數(shù)極少，顏色最深；中間層為油包水的乳狀液，顏色較深；最下層為水包油的乳狀液，這一部分集中了油水體系中絕大部分的水，顏色最淺。

隨著SH質(zhì)量濃度的增大，最上層的原油厚度逐漸變小，中間層的油包水型乳狀液厚度逐漸增加，而最下層的水包油型乳狀液的厚度基本維持不變，但顏色逐漸變深。這說明當SH的質(zhì)量濃度增大時，會有更多的含水極少的原油轉(zhuǎn)入油包水和水包油兩相中。因為油包水型乳狀液以原油為主體，故該層厚度隨著原油的轉(zhuǎn)入逐漸增加；而水包油型乳狀液以水為主體，且在靜置沉降過程中，水相基本都已全部轉(zhuǎn)出，故該層厚度基本維持不變，而顏色隨著轉(zhuǎn)入原油量的增加而變深。

在不同質(zhì)量濃度SH原油乳狀液中，分別取中間層與底層的液體，制成薄片在顯微鏡下放大100倍進行觀察并分析，結(jié)果見圖5、6。由圖5可以看出，中間層液體隨著SH質(zhì)量濃度的增加，油包水型乳狀液中的水珠數(shù)量急劇增加，且越來越細；當SH質(zhì)量濃度達到10000mg/L時，未出現(xiàn)乳狀液類型的改變，此時水珠以極細的狀態(tài)分散在油相中，乳狀液具有很好的穩(wěn)定性。

圖3 不同質(zhì)量濃度的SH對原油析水率的影響

圖4 加入不同質(zhì)量濃度SH的原油乳狀液形態(tài)

圖5 加入SH后中間層液體顯微鏡照相

由圖6可以看出，在底層液體中當SH質(zhì)量濃度為1000mg/L時，乳狀液的類型由水包油型向油包水型轉(zhuǎn)變；當質(zhì)量濃度達到10000mg/L時，乳狀液類型已經(jīng)完全轉(zhuǎn)變?yōu)橛桶?，且水珠以極細小的狀態(tài)分散于油相中。這說明SH更傾向于油溶性，其非極性鏈段是主要的作用端。

2.4 SH對巖心封堵能力的影響

2.4.1 SH乳狀液粒徑研究

試驗考察了原油加入SH和十六烷基三甲基溴化銨 （CTAB）乳化后乳狀液粒徑大小。由乳狀液顯微鏡照片 （圖7）可以看出，加入SH后乳狀液溶液粒徑明顯大于CTAB乳狀液溶液粒徑。

圖8、9分別為原油中加入SH和CTAB乳狀液粒徑分布曲線對比，SH乳狀液粒徑分布頻數(shù)大于50%的為4～10μm，而CTAB乳狀液粒徑分布頻數(shù)大于50%的為2～4μm?？梢钥闯?，SH形成的乳狀液粒徑較CTAB形成的乳狀液粒徑大。

圖6 加入SH后底層液體顯微鏡照相

圖7 乳狀液顯微鏡照片

2.4.2 SH驅(qū)油壓力研究

為了證明原油乳化對驅(qū)油的作用，研究了SH和CTAB驅(qū)油體系在巖心中的驅(qū)替壓力。試驗過程先分別用水和油飽和巖心，水驅(qū)至含水率98%，然后轉(zhuǎn)入表面活性劑驅(qū)。注入速度設定為0.1mL/min，監(jiān)測注入壓力變化。從注入壓力曲線 （圖10）可以看出，注入表面活性劑溶液后，SH注入壓力高于CTAB的注入壓力。說明SH形成的乳狀液粒徑比較大，有一定的封堵高滲層調(diào)剖作用。

3 結(jié)論

1）SH在溫度為85℃、礦化度為27.7×104mg/L情況下，能與原油快速乳化，攪拌時間越長、溫度越高越有利于原油乳狀液的形成，乳化后能快速破乳，在高溫高鹽油藏有較好的適用性。

圖8 SH乳化穩(wěn)定的乳狀液粒度分布曲線

圖9 CTAB乳化穩(wěn)定的乳狀液粒度分布曲線

2）當SH 質(zhì)量濃度為1000mg/L時，乳狀液的類型即開始由水包油向油包水型轉(zhuǎn)變，當質(zhì)量濃度達到10000mg/L時，乳狀液類型已經(jīng)完全轉(zhuǎn)變?yōu)橛桶?，且水珠以極細小的狀態(tài)分散于油相中。

3）SH形成的乳狀液粒徑較CTAB形成的乳狀液粒徑大，SH乳狀液有一定的封堵高滲層調(diào)剖作用。

圖10 不同表面活性劑驅(qū)油的注入壓力隨注入孔隙體積的變化

［1］韓玉貴 .耐溫抗鹽驅(qū)油用化學劑研究進展 ［J］.西南石油大學學報 （自然科學版），2011，33（3）：149～153.

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［編輯］ 帥群