大慶薩中二類油層對(duì)三元驅(qū)油體系的吸附特性

李柏林，張瑩瑩，代素娟，姜 泳，張利利

（1.東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江大慶 163318； 2.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江大慶163001； 3.中國(guó)石油錦州石化分公司，遼寧錦州 121001； 4.大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠，黑龍江大慶163414）

大慶薩中二類油層對(duì)三元驅(qū)油體系的吸附特性

李柏林1，張瑩瑩1，代素娟2，姜 泳3，張利利4

（1.東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江大慶 163318； 2.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江大慶163001； 3.中國(guó)石油錦州石化分公司，遼寧錦州 121001； 4.大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠，黑龍江大慶163414）

通過(guò)大慶薩中二類油層三元復(fù)合驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)，分析一、二類油層巖心的礦物組成和孔隙結(jié)構(gòu)特征，繪制一、二類油層砂的吸附等溫線，考察化學(xué)劑在天然巖心上動(dòng)態(tài)滯留量，比較一、二類油層的吸附差異；通過(guò)單一礦物對(duì)三元組分的吸附實(shí)驗(yàn)，分析二類油層高吸附的原因.結(jié)果表明：二類油層的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于一類油層的，且綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高；二類油層的滲透率約為一類油層的1/3，喉道半徑較小.三元驅(qū)油體系中3種化學(xué)劑在黏土礦物上的吸附量明顯大于骨架礦物的，三元組分的吸附損失主要由黏土礦物引起，其中綠泥石對(duì)化學(xué)劑的吸附作用較強(qiáng).3種化學(xué)劑在油砂上的吸附等溫線為L(zhǎng)angmuir型，NaOH和表面活性劑的飽和吸附量較高，HPAM的飽和吸附量較低；表面活性劑的飽和吸附量受巖心性質(zhì)影響較大.3種化學(xué)劑在二類油層巖心的動(dòng)態(tài)滯留量均高于一類油層巖心的，NaOH和表面活性劑的動(dòng)態(tài)滯留量低于靜態(tài)吸附量，HPAM的動(dòng)態(tài)滯留量大于靜態(tài)吸附量.該研究結(jié)果為復(fù)合驅(qū)油體系配方優(yōu)化及礦場(chǎng)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)提供依據(jù).

大慶油田；三元驅(qū)油體系；二類油層；靜態(tài)吸附；動(dòng)態(tài)滯留

0 引言

油藏礦物孔隙表面吸附三元組分是固體表面自由能自動(dòng)減小的特性，吸附作用的程度除與化學(xué)劑本身的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與油藏孔隙表面的表面自由能有關(guān)[1].與主力油層相比，二類油層黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，滲透率低，具有較高的表面能，直接與三復(fù)合元驅(qū)化學(xué)劑接觸作用，對(duì)三元組分產(chǎn)生吸附作用；二類油層的滲流能力弱，比表面積大，對(duì)高分子化合物產(chǎn)生明顯的滯留作用[2].在多孔油藏運(yùn)移過(guò)程中，三元復(fù)合驅(qū)體系化學(xué)劑和油藏礦物表面相互作用，產(chǎn)生吸附滯留作用或化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致段塞的化學(xué)劑濃度降低，三元段塞的組成偏離設(shè)計(jì)方案，從而影響驅(qū)油效率[3].

人們研究表面活性劑在黏土礦物及巖心上的吸附.Walter F等研究發(fā)現(xiàn)，蒙脫石晶層斷面對(duì)木質(zhì)磺酸鹽等物質(zhì)的吸附活性較強(qiáng)，對(duì)Na型蒙脫石的吸附能力較強(qiáng)[4]；Trogus F J等研究發(fā)現(xiàn)，表面活性劑吸附等溫線的異常是由混合膠體和單體之間的平衡關(guān)系引起的，與表面性質(zhì)無(wú)關(guān)[5]；Somasundaran P等研究發(fā)現(xiàn)，驅(qū)油體系的p H、離子強(qiáng)度和離子類型對(duì)烷基苯磺酸鹽在油層巖石上的吸附作用有影響[6]；Liu Q等研究發(fā)現(xiàn)，氫氧化鈉和烷基苯磺酸鹽復(fù)合的二元體系在巖心吸附作用下，能顯著提高化學(xué)驅(qū)油效率[7]；Cristiano B C等通過(guò)數(shù)值模擬表明，聚合物或表面活性劑驅(qū)的吸附等溫線的形狀受化學(xué)劑濃度影響，與體系黏度等無(wú)關(guān)[8]；李道山等研究復(fù)合驅(qū)油體系中各種化學(xué)劑的吸附滯留規(guī)律及影響因素.這些研究多是在特定條件下對(duì)化學(xué)劑的吸附規(guī)律和機(jī)理的總結(jié)，鑒于吸附劑組成、性質(zhì)的差異較大，結(jié)論的代表性存疑.通過(guò)大慶薩中二類油層三元復(fù)合驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，筆者比較一、二類油層的吸附特性，利用單一礦物對(duì)三元組分的吸附實(shí)驗(yàn)揭示二類油層高吸附的原因.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

表面活性劑：重烷基苯磺酸鹽，大慶油田化工有限公司；HPAM：相對(duì)分子質(zhì)量為2 500火104，大慶煉化公司；NaOH：分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；配制用水：大慶油田北一區(qū)6號(hào)水站污水；飽和模型水：人工鹽水，礦化度為6.500 g/L；巖心：鉆取柱狀天然巖心，Φ2.5 cm火5.0 cm；巖心砂：取心井試驗(yàn)層巖心經(jīng)甲苯抽提后粉碎、過(guò)篩，粒度為60～100目；高嶺石：上海市奉賢奉城試劑廠；伊利石：江西向陽(yáng)伊利石礦物有限公司；綠泥石：遼寧海城信諾西爾礦業(yè)有限公司；長(zhǎng)石、石英：山東省新泰市長(zhǎng)石加工廠.

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

DMLP偏光顯微鏡，德國(guó)徠卡儀器有限公司；CT4D離心機(jī)，日本日立公司；UV-2550紫外—可見(jiàn)光分光光度計(jì)，日本島津公司；物模驅(qū)油試驗(yàn)裝置，江蘇海安石油科研儀器有限公司.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

（1）靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn).根據(jù)礦場(chǎng)試驗(yàn)方案配制三元驅(qū)油體系，表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，HPAM質(zhì)量濃度為1.800 g/L，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%.將三元驅(qū)油體系用配制水稀釋1.2、1.5、2.0、3.0、6.0倍后分別與巖心砂作用，單一礦物直接與三元驅(qū)油體系作用.在離心沉降后，由初始質(zhì)量濃度和平衡質(zhì)量濃度計(jì)算化學(xué)劑的吸附量，繪制吸附等溫線.三元驅(qū)油體系和巖心砂質(zhì)量比為9∶1，吸附溫度為45℃，平衡時(shí)間為72 h.

（2）動(dòng)態(tài)滯留實(shí)驗(yàn).巖心抽空，飽和鹽水，測(cè)量孔隙體積.實(shí)驗(yàn)溫度為45℃，注入速度為0.3 m L/min，三元驅(qū)油體系段塞為0.45 PV，后續(xù)配制水驅(qū)到4.00 PV.由驅(qū)油體系和采出液的化學(xué)劑質(zhì)量濃度計(jì)算各化學(xué)劑的滯留量.

1.4 化學(xué)劑質(zhì)量濃度檢測(cè)方法

表面活性劑：以水和二氯甲烷為溶劑，采用酸性混合指示劑，利用Hyamine 1622（芐基二甲基[2-[2 -[4-（1，1，3，3-四甲基丁基）苯氧基]乙氧基]乙基]氯化銨）進(jìn)行兩相滴定；

HPAM：以淀粉—碘化鎘顯色，采用分光光度計(jì)，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線法檢測(cè)；

NaOH：采用甲基橙指示劑，利用0.05 mol/L標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴定.

2 一、二類油層基本性質(zhì)

取心井號(hào)為大慶4C1-J5-檢E48，一類油層巖心取自葡Ⅰ組，二類油層巖心取自薩Ⅲ組，巖心薄片的偏光顯微照片見(jiàn)圖1.儲(chǔ)層屬于碎屑巖類，巖性以細(xì)砂巖、細(xì)粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，骨架礦物主要為石英、鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石，膠結(jié)方式以接觸式和孔隙式為主，膠結(jié)物主要為泥質(zhì)，其次是碳酸鹽[9].與一類油層相比，二類油層的小粒徑砂巖居多，在大粒徑砂巖間架橋填隙，孔隙明顯減小.

圖1 油層巖心薄片偏光顯微照片F(xiàn)ig.1 The polarized light micrograph of thin section of reservoir core

可以忽略油層砂巖骨架礦物與孔隙滲流體的作用.各種黏土礦物作為膠結(jié)物吸附于砂巖孔隙，以孔隙填充物或孔隙襯層的形式存在.孔隙襯層降低孔隙喉道半徑，砂巖孔隙度高而滲透率低.層型黏土礦物帶電且具有高的表面能，直接與滲流體產(chǎn)生接觸作用；這種作用引起儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征變化，對(duì)滲流體中某些組分產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸附滯留作用.

利用X線衍射分析砂巖黏土礦物的絕對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及各種黏土礦物的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，一、二類油層的黏土礦物主要種類為高嶺石、伊利石、蒙脫石—伊利石混層（蒙伊混層）、蒙脫石—綠泥石混層（蒙綠混層）.一、二類油層巖心的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其種類分布見(jiàn)表1.由表1可以看出，二類油層中黏土礦物絕對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是一類油層的2.4倍.根據(jù)相對(duì)組成，二類油層中黏土礦物的高嶺石質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)大幅增加，蒙綠混層束縛砂巖孔隙[10].

表1 一、二類油層巖心的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布Table 1 The content distribution of clay minerals inⅠandⅡreservoir core

利用壓汞測(cè)孔實(shí)驗(yàn)分析一、二類油層的孔隙結(jié)構(gòu)特征結(jié)果（見(jiàn)表2）.由表2可以看出，二類油層的滲透率、孔隙度、孔隙半徑和喉道半徑明顯小于一類油層的.二類油層的滲透率約為一類油層的1/3，喉道半徑較小，孔喉半徑比是一類油層的1.7倍；二類油層的滲流能力弱，受小喉道限制，較大孔隙中原油難以被采出，導(dǎo)致二類油層水驅(qū)效率較低，同時(shí)對(duì)高分子化合物產(chǎn)生明顯的滯留作用.因此，二類油層的地質(zhì)特點(diǎn)決定三元復(fù)合驅(qū)油過(guò)程的吸附特性.

表2 一、二類油層巖心的孔隙結(jié)構(gòu)特征Table 2 The pore structure characteristics ofⅠandⅡreservoir core

3 單一礦物對(duì)三元組分的靜態(tài)吸附

單一黏土礦物的靜態(tài)吸附量見(jiàn)圖2.由圖2可以看出，三元驅(qū)油體系化學(xué)劑在黏土礦物上的吸附量明顯大于在骨架礦物上的，其中綠泥石對(duì)3種化學(xué)劑的吸附作用較強(qiáng).3種黏土礦物和2種骨架礦物的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)不同[11-12]，表面性質(zhì)差別較大，導(dǎo)致各種礦物對(duì)三元體系化學(xué)劑的吸附存在差異.

3.1 5種單一礦物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）高嶺石的結(jié)構(gòu)單元由1層[SiO4]四面體片和1層[Al O2（OH）4]八面體片連結(jié)而成，屬于1∶1層型黏土礦物，晶層間存在氫鍵.高嶺石晶格取代較少，陽(yáng)離子交換容量較小.

圖2 單一黏土礦物的靜態(tài)吸附量Fig.2 The static adsorption capacity of single clay minerals

（2）伊利石的結(jié)構(gòu)單元由2層[（SiAl）O4]四面體片和1層[AlO4（OH）2]八面體片構(gòu)成，屬于2∶1層型黏土礦物，晶層間主要存在靜電引力.晶格取代主要發(fā)生在晶層表面的[（SiAl）O4]四面體片中，約有1/ 6的Si被Al取代，補(bǔ)償電價(jià)離子主要為K+.

（3）綠泥石的結(jié)構(gòu)單元由1層類似伊利石的2∶1層型結(jié)構(gòu)和1層[（Mg Al）（OH）6]八面體水鎂石片組成.水鎂石片的Mg被Al部分取代，表面荷正電.它可替代和交換陽(yáng)離子補(bǔ)償2∶1層型結(jié)構(gòu)中Al取代Si產(chǎn)生的不平衡電價(jià)；晶層間存在氫鍵和靜電引力；含有較多的Fe2+和Fe3+，為酸敏礦物.

伊利石和綠泥石的晶層只有1種底面，全部由氧原子組成.高嶺石的晶層有2種底面：一種全部由氧原子組成；另一種全部由Al—OH組成.高嶺石表面存在兩類羥基：一類是晶層底面的Al—OH；另一類是晶層端面的Si—OH或Al—OH.高嶺石的羥基數(shù)量多于伊利石和綠泥石的.

黏土礦物底面荷電的來(lái)源是晶格取代，其荷電性質(zhì)和晶格中異價(jià)陽(yáng)離子取代程度有關(guān)，與介質(zhì)p H無(wú)關(guān).因?yàn)楣瑁ㄤX）氧鍵斷裂，黏土礦物端面荷電吸附水中定位離子，在晶層端面生成羥基.羥基具有兩性水解作用，在堿性條件下，端面荷負(fù)電.

3種黏土礦物組成和結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致吸附量不同.高嶺石的表面羥基密度大于伊利石和綠泥石的，在堿性條件下表面羥基水解，負(fù)電性較強(qiáng)，但高嶺石陽(yáng)離子交換容量較小；伊利石和綠泥石的陽(yáng)離子交換容量大于高嶺石的，其中綠泥石礦物含有較多的Fe活性中心.

（4）長(zhǎng)石和石英是架狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽骨架礦物，石英結(jié)構(gòu)中1/4的Si被Al取代后即為長(zhǎng)石.兩者的荷電機(jī)理相同，即硅（鋁）氧鍵斷裂，與水中H+和OH-結(jié)合，生成羥基表面，在堿性條件下形成≡Si—O—或 Al—O—，表面荷負(fù)電.由于礦物破碎斷面的極化程度較高，導(dǎo)致親水性較強(qiáng).

由于在長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)中存在晶格取代，在晶體表面結(jié)合K+或Na+以平衡電價(jià)，長(zhǎng)石礦物表面有荷負(fù)電的晶格，使得長(zhǎng)石的零電點(diǎn)比石英的低.同時(shí)，Al—O比Si—O鍵易于斷裂，在長(zhǎng)石表面存在Al的活性中心.結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致長(zhǎng)石與石英的表面性質(zhì)略有不同.

3.2 3種化學(xué)劑在單一黏土礦物表面的靜態(tài)吸附

表面活性劑的—SO3—基、烴基與黏土礦物表面具有較強(qiáng)的吸附作用，主要有黏土表面的金屬活性中心（Al3+、Fe3+、Fe2+、Ca2+、Mg2+等）對(duì)表面活性劑離子的電性吸引，荷負(fù)電黏土表面的Sten層與表面活性劑—SO3—間的電性吸引，黏土礦物表面和表面活性劑離子間的色散力、誘導(dǎo)力和氫鍵，以及已吸附于黏土礦物的表面活性劑的膠團(tuán)化作用導(dǎo)致的多層吸附[13].

HPAM分子與黏土礦物表面的作用主要包括：一是HPAM的—COO—與黏土表面的金屬活性中心或Sten層的靜電引力；二是黏土礦物表面與HPAM分子間的色散力、誘導(dǎo)力和氫鍵.雖然屬于多點(diǎn)吸附，但HPAM分子本身的大部分在溶液中游弋，在黏土礦物表面解吸作用傾向較大，黏土礦物對(duì)HPAM分子的吸附作用相對(duì)較弱[13].

NaOH作為驅(qū)油劑和犧牲劑，產(chǎn)生損耗的主要因素是堿的損失，包括巖礦溶解、表面轉(zhuǎn)型、離子交換、沉淀反應(yīng)和化學(xué)吸附等.

黏土礦物的SiO2、Al2O3和NaOH發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：溶液中可溶性硅酸鹽和鋁酸鹽濃度增加；NaOH和羥基發(fā)生水解反應(yīng)，增加黏土粒子表面的負(fù)電性；NaOH和黏土礦物交換出來(lái)的離子（Ca2+、Mg2+等）或和巖礦中高價(jià)離子（Fe2+、Fe3+等）反應(yīng)生成沉淀；黏土礦物晶層斷裂形成的端面正電中心吸附OH-.

黏土礦物表面活性中心多，屬于高能表面，親水性較強(qiáng).黏土礦物的吸附量顯著高于骨架礦物的.骨架礦物表面多被黏土礦物覆蓋，骨架礦物與三元驅(qū)替液的作用較小，三元組分的吸附損失主要由黏土礦物引起.由于綠泥石礦物的金屬活性中心數(shù)量多，端面吸附活性較高，對(duì)表面活性劑和HPAM的吸附量較大，引起NaOH的反應(yīng)損耗也較多.

比較3種化學(xué)劑，因表面活性劑的雙親結(jié)構(gòu)單元與黏土礦物表面有較強(qiáng)的作用，所以吸附損失最大；HPAM的分子體積大，與黏土礦物表面的作用相對(duì)較弱，吸附損失最??；NaOH的損耗多為溶解黏土礦物反應(yīng)和沉淀反應(yīng)所致.

4 化學(xué)劑靜態(tài)吸附

4.1 一、二類油層對(duì)表面活性劑的靜態(tài)吸附

三元驅(qū)油體系中一類砂和二類砂的表面活性劑吸附等溫線見(jiàn)圖3.由圖3可以看出，表面活性劑在一類油層巖心砂（簡(jiǎn)稱一類砂）的靜態(tài)吸附量顯著大于二類油層巖心砂（簡(jiǎn)稱二類砂）的，表面活性劑在一類砂和二類砂上的吸附規(guī)律基本相同，吸附曲線符合Langmuir吸附等溫線方程.表面活性劑在一類砂和二類砂上的飽和吸附量分別為1.200、1.700 mg/g，二類砂的吸附量比一類砂的增加41.7%.表面活性劑平衡質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%時(shí)，吸附量隨著平衡質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而快速增加；表面活性劑平衡質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%～0.3%之間時(shí)，重烷基苯磺酸鹽基本上達(dá)到飽和吸附.

兩階段吸附模型認(rèn)為，表面活性劑在固—液界面吸附的第一階段為單分子形成的單層吸附；第二階段為形成表面膠團(tuán)的多層吸附，且吸附量激劇上升，最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡濃度一般在表面活性劑的臨界膠束濃度附近[15].由圖3還可以看出，曲線未出現(xiàn)最大峰值，因?yàn)楸砻婊钚詣┑奈匠c表面活性劑、礦物表面的性質(zhì)有關(guān)外，還受堿和HPAM競(jìng)爭(zhēng)吸附的影響.由于存在競(jìng)爭(zhēng)吸附，礦物表面表面活性劑形成的單分子吸附層不夠均勻和致密，致使形成表面膠團(tuán)的難度增加，形成多層吸附的可能性降低，所以三元體系中重烷基苯磺酸鹽的吸附等溫線呈L型.

二類砂的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)幾倍于一類砂的，且二類砂中吸附能力較強(qiáng)的綠泥石礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)非常高，黏土礦物的表面能高，黏土礦物表面以多種方式和表面活性劑離子作用；黏土礦物的吸附能力遠(yuǎn)大于骨架礦物的，表面活性劑在巖心砂上的吸附主要是由黏土礦物引起的，所以二類砂的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，尤其是綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，其吸附量越大.

圖3 三元驅(qū)油體系中一類砂、二類砂的表面活性劑吸附等溫線Fig.3 Adsorption isotherms of surfactant in ternary liquid

4.2 一、二類油層對(duì)HPAM的靜態(tài)吸附

三元驅(qū)油體系中一類砂和二類砂的HPAM、NaOH吸附等溫線見(jiàn)圖4.由圖4（a）可以看出，當(dāng)HPAM平衡質(zhì)量濃度小于0.600 g/L時(shí)，吸附量隨平衡質(zhì)量濃度的增加而線性增加，吸附規(guī)律符合Henry方程.當(dāng)HPAM平衡質(zhì)量濃度在0.900～1.800 g/L之間時(shí)，為平衡吸附，吸附等溫線平緩，巖心砂表面的活性中心被HPAM分子完全占據(jù)，形成單分子層吸附，符合Langmuir吸附模式.HPAM在一類砂和二類砂上的最大吸附量分別為0.056、0.062 mg/g，二類砂和一類砂的絕對(duì)吸附量相差不大[16].

圖4 三元驅(qū)油體系中一類砂、二類砂的HPAM、NaOH吸附等溫線Fig.4 Adsorption isotherms of HPAM and NaOH in ternary liquid

HPAM在巖心砂上的吸附平衡是多因素綜合作用的結(jié)果，三元驅(qū)油體系中HPAM的質(zhì)量濃度、體系p H和礦化度，以及巖心砂的礦物組成和表面性質(zhì)等影響吸附量.

平衡質(zhì)量濃度增加引起吸附—解吸平衡向吸附方向移動(dòng)，HPAM的吸附量一般隨平衡質(zhì)量濃度的增大而升高，當(dāng)質(zhì)量濃度升高到一定程度時(shí)，將發(fā)生多層吸附；平衡質(zhì)量濃度增加引起HPAM分子間的纏繞程度增加，脫離表面進(jìn)入溶液的趨勢(shì)增加，吸附力相對(duì)減小，吸附量降低；當(dāng)三元驅(qū)油體系中離子強(qiáng)度增大時(shí)，HPAM分子流體力學(xué)體積減小，巖心礦物表面擴(kuò)散雙電層被壓縮，與HPAM分子間電性排斥力減小，吸附量增加；當(dāng)三元驅(qū)油體系中p H增加時(shí)，巖心礦物表面負(fù)電性增加，HPAM分子水解度升高，與巖心礦物間靜電斥力增加，吸附量降低.

HPAM和巖心砂表面存在多點(diǎn)吸附，且吸附力較強(qiáng)，但HPAM高分子脫附力也較大，平衡作用力相對(duì)較??；HPAM高分子在靜態(tài)吸附條件下擴(kuò)散到巖心砂內(nèi)部孔隙的可能性較小，吸附作用主要取決于巖心砂的外表面，兩類巖心砂外表面總體產(chǎn)生的吸附性差異不大，即為在一、二類巖心砂上HPAM吸附量相差不大的原因.

因此，吸附量增加和減小的因素并存，在一、二類巖心砂上HPAM的吸附綜合表現(xiàn)為絕對(duì)吸附量較小且吸附量相差不大，吸附等溫線為L(zhǎng)型.

4.3 一、二類油層對(duì)NaOH的靜態(tài)吸附

三元驅(qū)油體系中一類砂和二類砂的NaOH吸附等溫線見(jiàn)圖4（b）.由圖4（b）可以看出，二類砂的NaOH靜態(tài)吸附量大于一類砂的，一類砂和二類砂的NaOH吸附規(guī)律基本相同.當(dāng)NaOH平衡質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.6%時(shí)，吸附量隨著平衡質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而快速增加；當(dāng)平衡質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.6%～1.2%之間時(shí)，吸附量隨平衡質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加有緩慢上升的趨勢(shì).在一類砂和二類砂上，三元驅(qū)油體系中NaOH的最大吸附量分別為1.680、1.800 mg/g，二類砂的吸附量比一類砂的增加7.1%.

一方面NaOH與組成巖石礦物的氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性鹽，可溶性鹽在一定條件下再沉淀.NaOH和巖心礦物的反應(yīng)過(guò)程[17]：

硅鋁酸鹽溶解的程度隨體系p H的升高而增加，堿度較低時(shí)反應(yīng)比較緩慢.巖石礦物的組成影響硅鋁酸鹽的溶解平衡，當(dāng)溶液中SiO2/Na2O的摩爾比不小于2時(shí)，硅鋁酸鹽的溶解達(dá)到平衡.由于存在溶解平衡，吸附曲線呈L型.

另一方面NaOH與黏土礦物表面的離子交換能力遠(yuǎn)強(qiáng)于表面活性劑與HPAM的.Na+交換出來(lái)的Ca2+、Mg2+和OH-或可溶性硅酸鹽發(fā)生沉淀反應(yīng).另外，黏土礦物中的Fe類雜質(zhì)也產(chǎn)生NaOH損耗.因此，含黏土礦物較多的二類砂的靜態(tài)吸附損耗的NaOH多于一類砂的.

5 一、二類油層的動(dòng)態(tài)滯留

三元驅(qū)油體系動(dòng)態(tài)滯留實(shí)驗(yàn)的巖心參數(shù)和結(jié)果見(jiàn)表3和表4.由表4可以看出，3種化學(xué)劑在二類油層巖心上的動(dòng)態(tài)滯留量均大于在一類油層巖心上的，NaOH和表面活性劑的動(dòng)態(tài)滯留量小于靜態(tài)吸附量，而HPAM的動(dòng)態(tài)滯留量大于靜態(tài)吸附量.

表3 動(dòng)態(tài)滯留實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)Table 3 Core parameters of dynamic retention experiment

在巖心流體運(yùn)移過(guò)程中，三元驅(qū)油體系局部滲透率很小的孔隙難以被驅(qū)替液波及，加之巖心的比表面積小于油砂的，三元驅(qū)油體系和巖心作用的表面積減小.另外，巖心水的稀釋降低化學(xué)劑的濃度，后續(xù)水驅(qū)過(guò)程還存在化學(xué)劑的解吸，導(dǎo)致NaOH和表面活性劑的動(dòng)態(tài)滯留量低于靜態(tài)吸附量.NaOH、表面活性劑與二類油層巖心的接觸面積大，二類油層巖心內(nèi)表面的吸附能力強(qiáng)，所以二類油層巖心的NaOH和表面活性劑的動(dòng)態(tài)滯留量高于一類油層巖心的.

表4 動(dòng)態(tài)滯留實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 The results of d_ynamic retention experiment

HPAM的動(dòng)態(tài)滯留主要跟巖心的孔隙結(jié)構(gòu)特征有關(guān).在巖心流體運(yùn)移過(guò)程中，HPAM除發(fā)生范德華力和氫鍵作用外，還發(fā)生機(jī)械捕集和水動(dòng)力學(xué)捕集，二類油層喉道半徑小，HPAM更易滯留在較小的喉道處，從而導(dǎo)致HPAM的動(dòng)態(tài)滯留量大于靜態(tài)吸附量，二類油層巖心的HPAM的動(dòng)態(tài)滯留量高于一類油層巖心的.

6 結(jié)論

（1）大慶薩中二類油層的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、組成和孔隙結(jié)構(gòu)與一類油層的差異較大，導(dǎo)致三元驅(qū)油體系在二類油層中滲流的特殊性.二類油層中黏土礦物絕對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是一類油層的2.4倍，綠泥石相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，二類油層的滲透率約為一類油層的1/3，喉道半徑較小.

（2）三元驅(qū)油體系中3種化學(xué)劑的黏土礦物的靜態(tài)吸附量明顯大于骨架礦物的，三元組分的吸附損失主要由黏土礦物引起，其中綠泥石對(duì)化學(xué)劑的吸附作用較強(qiáng).

（3）3種化學(xué)劑在油砂上的吸附等溫線為L(zhǎng)angmuir型，NaOH和表面活性劑的飽和吸附量較高，HPAM的飽和吸附量較低；表面活性劑的飽和吸附量受巖心性質(zhì)影響較大.

（4）3種化學(xué)劑的二類油層巖心的動(dòng)態(tài)滯留量高于一類油層巖心的，NaOH和表面活性劑的動(dòng)態(tài)滯留量低于靜態(tài)吸附量，HPAM的動(dòng)態(tài)滯留量大于靜態(tài)吸附量.

[1] 段文猛.ASP三元復(fù)合驅(qū)中各驅(qū)油劑的吸附滯留研究[D].成都：西南石油學(xué)院，2002.

Duan Wenmeng.The study of the adsention and retention of different displacement gents in the ASP Compound flooding[D].Chengdu：Southwest Petroleum University，2002.

[2] 王洪衛(wèi).三元復(fù)合體系在二類油層中的有效作用研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2010.

Wang Hongwei.The effective role of ASP compound system in the classⅡreservoir[D].Daqing：Northeast Petroleum University，2010.

[3] 苑慧瑩.表面活性劑在油砂表面的吸附滯留性研究進(jìn)展[J].內(nèi)蒙古石油化工，2007（3）：196-197.

Yuan Huiying.Research progress of the surfactant on the adsorption retention on oil sand[J].Inner Mongolia Petrochemical Industry，2007（3）：196-197.

[4] Walter F，Jessen F W.Adsorption of commercial lignosulphonates on fractionated bentonitic clays[J].Petroleum Society of Canada，1970，9（2）：95-98.

[5] Trogus F J，Schechter R S，Wade W H.A New interpretation of adsorption maxima and minima[J].Journal of Colloid and Interface Science，1979，70（2）：293-305.

[6] Somasundaran P，Hanna H S.Adsorption of sulfonates on reservoir rocks[J].Society of Petroleum Engineers Journal，1979，19（4）：221-232.

[7] Liu Q，Dong M，Zhou W，et al.Adsorption-Desorption-Related interfacial tension behaviour in chemical flooding and its effect on oil recovery[C].Canadian International Petroleum Conference，2003.

[8] Cristiano B C，Rodrigo C A，Adolfo P P.The role of adsorption isotherms on chemical-flooding oil[C].Technical Conference and Exhibition，2007.

[9] 閻百泉，張樹(shù)林，施尚明，等.大慶油田薩北二類油層非均質(zhì)特征[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，29（1）：15-17.

Yan Baiquan，Zhang Shulin，Shi Shangming，et al.The heterogeneities speciality of better thick oil reservoir in north Saertu of Daqing oilfeild[J].Journal of Daqing Petroleum Institute，2005，29（1）：15-17.

[10] 邢順全，辛國(guó)強(qiáng).大慶油田砂巖中自生黏土礦物的研究[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，1987，6（1）：11-17.

Xing Shunquan，Xin Guoqiang.Study on authigenic clay mineral of oilfield in Daqing[J].Petroleum Geology&Oilfield Development in Daqing，1987，6（1）：11-17.

[11] 趙福麟.油田化學(xué)[M].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2010：4-8.

Zhao fulin.Oilfield chemistry[M].Dongying：China University of Petroleum Press，2010：4-8.

[12] 侯清麟，陳琳璋，銀銳明，等.石英—長(zhǎng)石的浮選分離工藝研究[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，25（3）：27-30.

Hou Qinglin，Chen Linzhang，Yin Ruiming，et al.Study on process of flotation separation between quartz and feldspar[J].Jorunal of Hunan University of Technology，2011，25（3）：27-30.

[13] 唐洪明，向問(wèn)陶，趙敬，等.儲(chǔ)層礦物上表面活性劑損耗規(guī)律的研究[J].油田化學(xué)，2000，17（3）：276-280.

Tang Hongming，Xiang Wentao，Zhao Jing，et al，Study on consuming rules of surfactant in reservoir minerals[J].Oilfield Chemistry，2000，17（3）：276-280.

[14] 唐洪明，孟英峰，楊瀟，等.儲(chǔ)層礦物對(duì)聚丙烯酰胺耗損規(guī)律研究[J].油田化學(xué)，2001，18（4）：342-346.

Tang Hongming，Meng Yingfeng，Yang Xiao，et al.Study on consuming rules of reservoir minerals to polyacrylamide[J].Oilfield Chemistry，2001，18（4）：342-346.

Zhu Buyao，Gu Tiren.Absorption theory of surfactant on the solid-liquid interface[J].Chemistry Online，1990（9）：1-8.

[16] 高振環(huán).聚丙烯酰胺在油層巖石中吸附與滯留作用的實(shí)驗(yàn)研究[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1984，18（4）：22-31.

Gao Zhenhuan.Study of adsorption and retention of HPAM in reservoir rock[J].Journal of Daqing Petroleum Institute，1984，18（4）：22-31.

[17] 李道山.三元復(fù)合驅(qū)表面活性劑吸附及堿的作用機(jī)理研究[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2002.

Li Daoshan.Mechanism research of alkali to the surfactant adsorption in ASP[D].Daqing：Daqing Petroleum Institute，2002.

TE357

A

2095-4107（2014）06-0092-08

DOI 10.3969/i.issn.2095-4107.2014.06.012

2014-09-18；編輯：任志平

李柏林（1967-），男，副教授，主要從事油田應(yīng)用化學(xué)方面的研究.