陰離子表面活性劑在三塘湖油田的適用性研究

李明晶，吳一慧，黃宏度

（長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100）

王洋

（中石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院，吉林 松原 138000）

三塘湖油田西峽溝區(qū)塊稠油儲(chǔ)量較大，埋藏深度600～800m，原油黏度425mPa·s，滲透率2.17mD，屬于低孔特低滲、中等埋藏深度、低溫低壓的普通稠油油藏［1－4］。為了提高油田產(chǎn)量，筆者選用表面活性劑，通過化學(xué)驅(qū)油的方式來(lái)降低油水界面張力，再根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)不斷地優(yōu)化驅(qū)油配方，最終確定驅(qū)油復(fù)配體系。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑的選擇

表面活性劑是由2種截然不同的粒子形成的分子，一種粒子具有極強(qiáng)的親油性，另一種則具有極強(qiáng)的親水性。其在溶解于水中以后，可以降低水的表面張力，并能夠提高有機(jī)化合物的可溶性［5］。筆者選用2種常用的陰離子表面活性劑:石油羧酸鹽和石油磺酸鹽，分別考察石油磺酸鹽單劑、石油羧酸鹽單劑及復(fù)配比例分別為1／4和1／9時(shí)的油水界面張力。

表面活性劑在驅(qū)油過程中往往需要加入電解質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)驅(qū)油體系的礦化度，從而達(dá)到改善表面活性劑在油水兩相分配的目的，這是達(dá)到超低界面張力的重要條件 （即油水界面張力在10－3～10－5mN／m數(shù)量級(jí)范圍之內(nèi)）。由于Na2CO3對(duì)改善表面活性劑的吸附性能有利，一些石油磺酸鹽體系通常用它作為電解質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)鹽度。所以采用Na2CO3作為電解質(zhì)來(lái)優(yōu)選出最佳的表面活性劑復(fù)配比例，并且考察了NaCl和NaOH作為電解質(zhì)時(shí)的油水界面張力值，從而篩選出在三塘湖油田西峽溝區(qū)塊進(jìn)行化學(xué)驅(qū)油時(shí)的最佳驅(qū)油配方。

1.2 界面張力測(cè)定

使用TX－500旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測(cè)定界面張力值；測(cè)定溫度為45±1℃，測(cè)定轉(zhuǎn)速為5000r／min。表面活性劑及其復(fù)配體系采用模擬地層水的方法來(lái)配制。所得數(shù)據(jù)均為界面張力穩(wěn)定值，確保結(jié)果能夠真實(shí)的反映表面活性劑在西峽溝區(qū)塊的應(yīng)用情況。

1.3 油水體系

原油樣品為吐哈地區(qū)三塘湖油田西峽溝區(qū)塊的脫氣原油，密度約為0.901g／cm3，地層水模擬特征見表1。

表1 油田地層水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

2 結(jié)果與討論

2.1 石油磺酸鹽單劑／Na2CO3條件下界面活性

石油磺酸鹽、Na2CO3條件下界面活性試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，由表2可以看出，在大多數(shù)情況下幾乎可以使油水界面張力值滿足超低界面張力條件。在相同表面活性劑濃度情況下，由于Na2CO3濃度增大，體系pH值增大，原油酸性物質(zhì)與堿反應(yīng)生成石油酸皂，油水界面張力降低。但是隨著Na2CO3濃度繼續(xù)增大，過量的Na2CO3會(huì)破壞原油中的有機(jī)酸在油水相的分配平衡，導(dǎo)致界面張力增大［6］。正如表2中結(jié)果所示，在10g／ml電解質(zhì)濃度的情況下，油水的界面張力較8g／ml濃度而言會(huì)有所增大。

2.2 石油羧酸鹽單劑／Na2CO3條件下界面活性

在石油羧酸鹽單劑、Na2CO3條件下界面活性試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，由表3可以看出，隨著表面活性劑濃度的增大，Na2CO3濃度的增大，界面張力降低。但是基本上沒法滿足超低條件，這是由于石油羧酸鹽單劑與Na2CO3復(fù)配后油水界面活性很差，所以采用石油羧酸鹽單劑與Na2CO3復(fù)配不適合作為該區(qū)塊的驅(qū)油劑體系。

2.3 石油磺酸鹽與石油羧酸鹽比例為1／4時(shí)Na2CO3條件下界面活性

在石油磺酸鹽／石油羧酸鹽為1／4復(fù)配體系、Na2CO3作為電解質(zhì)條件下的油水界面活性試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可以看出，復(fù)配體系均可使油水界面張力達(dá)到超低甚至更低。相同Na2CO3濃度時(shí)，隨著表面活性劑濃度的增大，油水界面張力減小；但是也會(huì)出現(xiàn)油水界面張力增大的情況，其原因可以分析為:界面上活性物質(zhì)濃度增大，形成高的濃度梯度，其脫附速率增加，因而界面上的活性物質(zhì)因脫附而減少，所以導(dǎo)致界面張力變大。相同濃度的表面活性劑，當(dāng)Na2CO3濃度為6g／ml時(shí)油水界面張力值最小，效果最好?？烧J(rèn)為此時(shí)Na2CO3濃度為最佳堿濃度，可使油水界面張力達(dá)到最低即效果最好。

表2 石油磺酸鹽單劑／Na2CO3條件下界面活性

表3 石油羧酸鹽單劑／Na2CO3條件下界面活性

表4 石油磺酸鹽與石油羧酸鹽比例為1／4時(shí)Na2CO3條件下界面活性

表5 石油磺酸鹽與石油羧酸鹽比例為1／9時(shí)Na2CO3條件下界面活性

2.4 石油磺酸鹽與石油羧酸鹽比例為1／9時(shí)Na2CO3條件下界面活性

在石油磺酸鹽／石油羧酸鹽為1／9復(fù)配體系、Na2CO3作為電解質(zhì)條件下的油水界面活性試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由表5可以看出，復(fù)配后油水界面張力隨著表面活性劑濃度的增大而降低，表面活性劑濃度在0.1g／ml和0.2g／ml時(shí)均可使油水界面張力滿足超低界面張力條件。

從以上的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同電解質(zhì)條件下，由于石油磺酸鹽與石油羧酸鹽復(fù)配時(shí)具有協(xié)同增效的作用，所以試驗(yàn)效果好，尤其當(dāng)復(fù)配比例為1／4時(shí)試驗(yàn)效果更好。因此，該復(fù)配比例是優(yōu)選出的最佳復(fù)配比例。

3 最佳表面活性劑復(fù)配下不同電解質(zhì)的試驗(yàn)效果

3.1 石油磺酸鹽與石油羧酸鹽比例為1／4時(shí)NaOH條件下界面活性

在石油磺酸鹽／石油羧酸鹽為1／4復(fù)配體系，NaOH作為電解質(zhì)條件下的界面活性試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。由表6可以看出，復(fù)配體系對(duì)于降低油水界面張力的效果較好，幾乎都達(dá)到了超低。隨著表面活性劑濃度的降低，NaOH濃度增大，界面張力增大。雖然采用NaOH作為電解質(zhì)也能夠達(dá)到較好的結(jié)果，但是NaOH屬于強(qiáng)堿，容易對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，所以一般不采用其作為電解質(zhì)。

3.2 石油磺酸鹽與石油羧酸鹽比例為1／4時(shí)NaCl條件下界面活性

石油磺酸鹽／石油羧酸鹽為1／4時(shí)復(fù)配體系，NaCl作為電解質(zhì)條件下的界面活性試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。從表7中可以看出，復(fù)配后表面活性劑體系均未滿足超低界面張力條件。隨著NaCl濃度增大，界面張力降低。這是由于NaCl是中性的，不能像Na2CO3和NaOH這類堿性物質(zhì)一樣與石油中的酸性物質(zhì)生成石油酸皂，所以NaCl作為電解質(zhì)時(shí)，體系降低油水界面張力的能力不強(qiáng)。

表6 石油磺酸鹽與石油羧酸鹽比例為1／4時(shí)NaOH條件下界面活性

表7 石油磺酸鹽與石油羧酸鹽比例為1／4時(shí)NaCl條件下界面活性

4 結(jié)論

1）由于磺酸鹽有效物含量較高，抗鈣能力強(qiáng)，所以磺酸鹽單劑在Na2CO3作為電解質(zhì)時(shí)，界面活性很好。

2）石油羧酸鹽單獨(dú)應(yīng)用很難發(fā)揮超低界面張力作用。通過與石油磺酸鹽復(fù)配，所形成的體系在堿性條件下具有超低界面張力性能。

3）依據(jù)三塘湖油田西峽溝區(qū)塊的油藏情況，在進(jìn)行石油羧酸鹽和石油磺酸鹽復(fù)配后具有協(xié)同增效的作用。Na2CO3和NaOH作為電解質(zhì)都有很好的降低界面張力效果。但由于NaOH屬于強(qiáng)堿，會(huì)對(duì)地層會(huì)造成傷害，所以在驅(qū)油體系中使用Na2CO3這類弱堿。

4）NaCl作為電解質(zhì)時(shí)，效果不理想，故在驅(qū)油配方中不使用NaCl。

5）試驗(yàn)結(jié)果表明，低滲透油藏通過選擇合適的化學(xué)驅(qū)油方法可有效地提高其原油采出率，單一表面活性劑通過與堿的復(fù)配驅(qū)油效果不夠明顯，而2種陰離子表面活性劑之間的協(xié)同效應(yīng)使試驗(yàn)效果明顯改善，可將油水張力值降低到超低界面張力甚至更低，對(duì)提高油田的采收率具有顯著效果。

［1］黃宏度，姬中復(fù)，吳一慧，等 .石油羧酸鹽和大慶原油間的界面張力 ［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1992，14（4）:53－57.

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［3］蔣平 .稠油油藏表面活性劑驅(qū)油機(jī)理研究 ［D］.北京:中國(guó)石油大學(xué)，2009.

［4］王學(xué)明，劉慶旺，范振中，等 .稠油蒸汽吞吐開采中表面活性劑的篩選和性能評(píng)價(jià) ［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2011（1）:147－158.

［5］陳亮，黃宏度，吳一慧 .石油羧酸鹽與不同碳鏈結(jié)構(gòu)磺酸鹽復(fù)配體系 ［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，23（2）:63－64.

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