新型表面活性劑疏水締合聚合物提高原油采收率的性能研究

仲笑君，成夢可，石曉星

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新型表面活性劑疏水締合聚合物提高原油采收率的性能研究

仲笑君1，成夢可1，石曉星2

(1. 東北石油大學(xué)， 黑龍江 大慶 163318； 2. 中石油京唐液化天然氣有限公司 北京 100000）

介紹了渤海海上油田二元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油的設(shè)計(jì)與開發(fā)方案，以新型表面活性劑（非離子型表面活性劑：DMES-14、TX-100）和疏水締合聚丙烯酰胺（HAPAM）為主。二元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油體系主要需要雙子表面活性劑雙十四酸乙二酯雙磺酸鹽型表面活性劑(DMES-14)，疏水締合聚丙烯酰胺以及取自海上油田平臺的回注水。該體系同時對粘度和表面張力進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，該體系在不要求濃度的情況下可以達(dá)到超低界面張力2.48×10?3mN/m，在油藏中粘度可達(dá)到55 mPa；隨后的巖心驅(qū)替試驗(yàn)表明，在水驅(qū)含水75%的狀況下進(jìn)行二元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油效果可提高至38.6%以上?？傊?，該實(shí)驗(yàn)研究提供了非離子表面活性劑與疏水締合水溶性聚合物驅(qū)油體系的實(shí)用信息以及可以在渤海海上油田進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用HAPAM。

二元復(fù)合驅(qū)；海上油田；脂肪酸脂磺酸鹽型雙子表面活性劑；聚乙二醇辛基苯基醚表面活性劑；疏水締合聚丙烯酰胺；提高采收率；巖心實(shí)驗(yàn)

世界各國的化學(xué)驅(qū)油技術(shù)在提高采收率上已得到了廣泛應(yīng)用，如聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等等[1-6]，但是對于海上油田，由于對重量和空間要求較高，這些驅(qū)油方式過于復(fù)雜[7,8]。而二元復(fù)合驅(qū)可以提供一個較高的粘度和較低的界面張力以適應(yīng)海上油田的這些要求。疏水締合聚丙烯酰胺（HAPAM）的高效增粘、抗鹽、耐溫和抗剪切等特性已在渤海得到了證實(shí)[9]，而雙子表面活性劑在很低的濃度下即可得到較低的界面張力[10-13]，因此，可以通過兩者的締合作用形成混合膠束狀聚集體，最終達(dá)到提高采收率的目的。

本文主要對二元復(fù)合體系的界面張力和粘度進(jìn)行研究，從混合表面活性劑、疏水締合聚合物以及巖心試驗(yàn)方面對二元復(fù)合體系進(jìn)行研究，望對今后類似海上油田二元復(fù)合驅(qū)的應(yīng)用方面提供幫助。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)試劑

由Gemini表面活性劑合成出來的脂肪酸酯磺酸鹽型雙子表面活性劑DMES-14；非離子表面活性劑TX-100；疏水締合聚丙烯酰胺HAPAM（特性粘度2 624.9 mL?g-1，水解度23%，疏水性單體含量：0.5%）(圖1-2)；

原油（主要來自渤海海上油田，經(jīng)平臺脫水后的密度0.95 g/cm3，粘度100 MPa，在儲層溫度65 ℃加煤油）；蒸餾水（加入無機(jī)鹽）；注入水（渤海海上油田平臺提供）。

圖2 HAPAM結(jié)構(gòu)圖

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

Texas-500c型旋滴界面張力儀（美國）；Brookfield DV-III粘度計(jì)（美國）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

（1）準(zhǔn)備SP溶液

將濃度為5 000 mg·L-1表面活性劑加入水溶性聚合物中，將表面活性劑聚合物溶液進(jìn)行稀釋至合適的濃度。在該驅(qū)油體系中，聚合物濃度為1 750 mg·L-1和混合表面活性劑的濃度為3 000 mg·L-1。

（1）準(zhǔn)備SP溶液

將濃度為5 000 mg·L-1表面活性劑加入水溶性聚合物中，將表面活性劑聚合物溶液進(jìn)行稀釋至合適的濃度。在該驅(qū)油體系中，聚合物濃度為1 750 mg·L-1和混合表面活性劑的濃度為3 000 mg·L-1。

（2）測量油水界面張力

在65 ℃下，使用Texas-500c型旋滴界面張力儀測量溶液與原油的油水界面張力，該儀器可自動記錄界面，具有圖像拾取裝置和圖像采集的功能。

（3）粘度的測量

在溫度為65 ℃、剪切速率為7.34 s的條件下采用Brookfield DV-III粘度計(jì)測量不同濃度下表活劑粘度。

（4）巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

步驟如下：

①巖心放在恒溫箱內(nèi)高溫70 ℃持續(xù)24 h，使其充分干燥后對重量和體積進(jìn)行測量；

②將巖心放入巖心夾持器內(nèi)，向環(huán)形空間打壓保證環(huán)壓在6 MPa左右后將泵抽成真空即少于1 mmHg，并注入飽和蒸餾水測量孔隙體積；

③注入模擬水，計(jì)算透水性和基于達(dá)西定律得出的水相滲透率；

④在65 ℃時將原油注入泵中，直至沒有水流出且產(chǎn)液量達(dá)98%，再開始水驅(qū)，測出初始含油飽和度；

⑤水驅(qū)直至采出液含水率達(dá)75%，然后注入化學(xué)液，繼而水驅(qū)使采出液含水率逼近98%，實(shí)驗(yàn)后計(jì)算采收率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 二元復(fù)合驅(qū)油水界面張力和粘度

在驅(qū)油過程中，油水界面張力是最重要的參數(shù), 應(yīng)該降低到超低值（10-3mN·m-1），在這個過程中，殘余油滴聚集成油帶。DMES-14表面活性劑不同濃度對界面張力的影響如圖1所示，隨著表面活性劑濃度的增加，界面張力呈現(xiàn)鋸齒狀下降的趨勢，在濃度3 000 mg/L時達(dá)到超低界面張力0.01 mN·m-1，而二元復(fù)合驅(qū)在表面活性劑濃度為500~2 500 mg/L時即可達(dá)到超低界面張力。

粘度是提高采收率的另一個重要參數(shù)。由于聚合物、表面活性劑的相互作用，大多數(shù)離子表面活性劑會顯著降低HAPAM溶液的粘度[14]，所以選擇非離子表面活性劑和助表面活性劑進(jìn)行吸附以解決在保證溶液粘度的同時達(dá)到超低界面張力。圖3和圖4分別顯示了DMES-14表面活性活劑濃度在2 000 mg·L-1時，界面張力仍低于0.01 mN·m-1、粘度高于55 mPa·s。所以，TX-100表面活性劑作為助表面活性劑發(fā)揮主要作用。

圖3 不同濃度DMES-14表面活性劑下的界面張力

圖4 不同濃度DMES-14表面活性劑下的粘度

2.2 巖心實(shí)驗(yàn)

在二元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中，均質(zhì)巖心和非均質(zhì)巖心下所得的滲透率幾乎是相同的，如圖5、圖6和表1所示。兩組實(shí)驗(yàn)中，水驅(qū)過后含水率達(dá)到75%后再進(jìn)行二元復(fù)合驅(qū)和水驅(qū)后，采收率可提高到38%～43%。此外，HAPAM驅(qū)油在水驅(qū)的過程中即可逐步提高驅(qū)油效率，這一點(diǎn)是不同于常規(guī)的HPAM聚合物驅(qū)驅(qū)油，這是因?yàn)镠APAM溶液由于分子間的締合可以形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣使得高分子具有有效地增加粘度，抗剪切的性能，從而達(dá)到提高采收率的目的[13]。

表1 不同種類巖心采收率

圖5 均質(zhì)巖心

圖6 非均質(zhì)巖心

3 結(jié)論

非離子表面活性劑可以在較低的濃度時有效地降低油水界面張力。在二元復(fù)合驅(qū)油體系中，雙子表面活性劑和非離子表面活性劑TX-100 、DMES-14在一定的油藏條件下顯示出良好的粘度和界面張力性質(zhì)。對于注入0.3 PV的段塞時，采收率是水驅(qū)的30%以上。該實(shí)驗(yàn)說明，這種新型表面活性劑-疏水締合聚合物驅(qū)油體系較適用于海上油田化學(xué)驅(qū)的勘探。

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［13］王東賢，羅瀾，張路,等. 疏水締合共聚物與表面活性劑的界面相互作用[N].物理化學(xué)學(xué)報(bào),2005,21(11):1205-1210.

Study on the Performance of a New Surfactant-Hydrophobically Associating Polymer for EOR

1,1,2

（1. Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing163318, China；2. PetroChina JingTang LNG Co.,Ltd., Beijing 100000, China)

The design and development program of Bohai offshore oilfield by using binary compound flooding with a new type of surfactant (Gemini surfactant: DMES-14, nonionic surfactant: TX-100) and hydrophobically associating polyacrylamide (HAPAM) were introduced. The binary compound flooding system mainly used Gemini surfactant DMES-14, hydrophobically associating polyacrylamide and reinjection water of offshore oil platform. The viscosity and surface tension of the water injection system were studied. The results show that the system can achieve ultralow interfacial tension of 2.48×10-3mN/m, the viscosity can reach to 55 MPa; then the core flooding tests show that the binary compound flooding can increase the oil displacement efficiency by more than 38.6%. In conclusion, this study provides practical information on application of nonionic surfactant and hydrophobically associating water-soluble polymer flooding system.

Surfactant-polymer system; Offshore oilfield; DMES-14; TX-100; HAPAM; Enhanced oil recovery; Core flooding experiment

TE 357

1671-0460（2017）08-1579-03

2017-03-11

仲笑君（1993-），女，吉林省吉林市人。E-mail：327451662@qq.com。