表面活性劑驅(qū)室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)研究

廖茂林，付銘，戴峰

（長江大學(xué) 石油工程學(xué)院， 湖北 武漢 430100）

表面活性劑驅(qū)室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)研究

廖茂林，付銘，戴峰

（長江大學(xué) 石油工程學(xué)院， 湖北 武漢 430100）

三次采油是油藏水驅(qū)開發(fā)之后提高原油采收率的重要途徑，表面活性劑驅(qū)是三次采油技術(shù)中的重要組成部分，對(duì)提高高溫高鹽油藏采收率起到了較好的效果；表面活性劑通過降低油水界面張力或改變儲(chǔ)層巖石潤濕性來提高洗油效率，表面活性劑溶液的濃度、注入倍數(shù)、注入時(shí)機(jī)直接影響原油最終采收率，結(jié)合實(shí)際區(qū)塊巖石，通過室內(nèi)表面活性劑驅(qū)替實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出表面活性劑以及相應(yīng)的注入?yún)?shù)，應(yīng)用于該油田區(qū)塊，原油遞減趨勢(shì)明顯變緩，增油效果很好。

三次采油；表面活性劑；界面張力；驅(qū)油效率

Abstract:The tertiary oil recovery is an important way to improve the oil recovery after the waterflooding of reservoir.The surfactant flooding is an important part of the tertiary oil recovery technology and has good effect on improving the recovery of high temperature and high salt reservoirs. The concentration, injection factor and injection time of surfactant solution directly affect the final recovery of crude oil. In this paper, combined with the actual block rock,through the indoor surfactant displacement experiment, suitable surfactants and corresponding injection parameters were screened out. And they were applied in a block of the oilfield, the decreasing trend of crude oil production was slowed down and the stimulation effect was good.

Key words:Tertiary oil recovery; Surfactant; Interfacial tension; Oil displacement efficiency

我國大部分油田是通過注水開發(fā)方式進(jìn)行開發(fā)的，隨著幾十年的注水開發(fā)，部分油田已經(jīng)進(jìn)入高含水期，油田穩(wěn)產(chǎn)難度越來越大，采出程度也很低。為了提高油田采出程度，達(dá)到控水穩(wěn)油的效果，三次采油技術(shù)［1］中的表面活性劑驅(qū)［2-8］是很好提高采收率方法，表面活性劑驅(qū)對(duì)儲(chǔ)層的傷害相對(duì)其他三采技術(shù)較低，能夠顯著降低油水界面張力或改變儲(chǔ)層巖石的潤濕性，從而將一些剩余油從儲(chǔ)層巖石中驅(qū)替出來，達(dá)到提高原油采收率［9-13］的效果。表面活性劑主要有陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、兩性表面活性劑，我國很多油田是高鹽高礦化度雙高［14-17］的情況，對(duì)表面活性劑提出了較高的要求，上個(gè)世紀(jì)60年代，大慶油田和勝利油田開展了表面活性劑驅(qū)先導(dǎo)性試驗(yàn)，為我國表面活性劑驅(qū)積累了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。通過對(duì)江漢油田某區(qū)塊儲(chǔ)層巖石進(jìn)行表面活性劑驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，確定了表面活性劑型號(hào)、濃度、注入倍數(shù)以及注入時(shí)機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用取得了很好的增油效果，提高了驅(qū)油效率，區(qū)塊開發(fā)狀態(tài)得到了改善。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

表面活性劑有如下三種：YD-G1(非離子表面活性劑和離子表面活性劑復(fù)配),有效含量為 45%；YC-3［18,19］（磺酸鹽類、陰陽離子共存的雙子型表面活性劑），有效含量為50%；TX-30（非離子表面活性劑，工業(yè)品）,有效含量為55%。

實(shí)驗(yàn)用水為江漢油田某區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)注入水，其礦化度為126 700 mg/L,鈣離子和鎂離子濃度為3 800 mg/L和390 mg/L，密度為1.1 g/cm3。

實(shí)驗(yàn)用油為江漢油田某區(qū)塊產(chǎn)出脫氣原油，70℃時(shí)的粘度為20 mPa·s。

實(shí)驗(yàn)所用的巖心是該實(shí)際區(qū)塊儲(chǔ)層巖心，規(guī)格為∶直徑25 mm,長度為800 mm。

實(shí)驗(yàn)儀器如下：Texas-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀、微量計(jì)量泵、六通閥、水儲(chǔ)罐、LPS儲(chǔ)罐、巖心夾持器、恒溫箱、燒杯、壓力傳感器、環(huán)壓泵、壓力顯示儀、計(jì)算機(jī)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

第一步（油水界面張力評(píng)價(jià)）：使用江漢油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際區(qū)塊注入水配置不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表面活性劑溶液，采用美國產(chǎn)Texas-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測(cè)定溫度在70 ℃條件下YD-G1、YC-3、TX-30這三種表面活性劑（優(yōu)選出的適合該油藏環(huán)境的三種表面活性劑）與區(qū)塊脫氣原油間的界面張力。

第二步（表面活性劑耐溫抗鹽性能評(píng)價(jià)）：用現(xiàn)場(chǎng)注入水配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的YD-G1、YC-3溶液，溫度為 70 ℃條件下測(cè)定其與現(xiàn)場(chǎng)脫氣原油的界面張力，將表面活性劑溶液在100 ℃密封恒溫箱中，放置一個(gè)月之后取出，測(cè)試油水界面張力。

第三步（驅(qū)油效率評(píng)價(jià)）：①用現(xiàn)場(chǎng)脫氣原油飽和巖心，計(jì)算含油飽和度；②注水驅(qū)替至含水率達(dá)到98%時(shí)，注入0.4 PV質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的表面活性劑，后續(xù)注水驅(qū)替，當(dāng)含水率達(dá)到98%截止，整個(gè)驅(qū)替過程保持70 ℃恒溫環(huán)境。

第四步（注入?yún)?shù)優(yōu)化）：注入體積倍數(shù)優(yōu)化，①用現(xiàn)場(chǎng)脫氣原油飽和巖心，計(jì)算含油飽和度；②注水驅(qū)替至含水率達(dá)到98%時(shí)，注入0.2、0.4、0.6、0.8、1.0體積倍數(shù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.4%的 YC-3，后續(xù)注水驅(qū)替，當(dāng)含水率達(dá)到98%截止，整個(gè)驅(qū)替過程保持70 ℃恒溫環(huán)境。

第五步（注入時(shí)機(jī)優(yōu)選）：當(dāng)含水率為0%、10%、30%、50%、70%、80%、90%、98%時(shí)（溫度為70℃）注入0.4PV的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的YC-3表面活性劑溶液，分別記錄最終采出程度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 評(píng)價(jià)油水界面張力

表面活性劑擴(kuò)散至油水界面，可以降低油水界面張力，由圖1可知：TX-30溶液的油水界面張力處于 10-1mN/m 數(shù)量級(jí),為低界面張力，YD-G1和YC-3溶液界面張力處于10-3mN/m數(shù)量級(jí)，達(dá)到了超低界面張力［20-25］，因此YD-G1和YC-3溶液更加適用于該區(qū)塊的表面活性劑驅(qū)溶液。

表面活性劑 YD-G1和 YC-3質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.4%以后，界面張力有所上升，主要是因?yàn)橛退缑鎻埩_(dá)到最低值的時(shí)候油水界面聚集了大量的表面活性劑分子，水、油以及油水界面的分子作用力處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，當(dāng)繼續(xù)添加表面活性劑時(shí)，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定體系將被打破，造成油水界面張力上升，直到達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡。

圖1 三種表面活性劑與原油間的油水界面張力Fig.1 The interfacial tension between three surfactants and crude oil

2.2 評(píng)價(jià)耐溫抗鹽性能

表面活性劑的耐溫抗鹽性能實(shí)驗(yàn)非常重要，表面活性劑溶液在一定條件下能夠達(dá)到很好的降低油水界面張力的效果，有些表面活性劑溶液在溫度（特別是在高溫的條件下）有所上升后性能有所降低，為了優(yōu)選出抗高溫高鹽的表面活性劑，我們將表面活性劑溶液在該高溫高鹽環(huán)境中保存一段時(shí)間之后在測(cè)定其性能是否下降。

由圖2可知，YD-G1和YC-3溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.4%）放入 100 ℃恒溫環(huán)境以前，油水界面張力均達(dá)到10-3mN/m超低界面張力，YD-G1和YC-3溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.4%）放入 100 ℃恒溫環(huán)境一個(gè)月之后，由Texas-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測(cè)定的油水界面張力，50 min以后油水界面張力也達(dá)到了10-3mN/m超低界面張力，說明了YD-G1和YC-3溶液均具有較強(qiáng)的耐溫抗鹽特性，表明 YD-G1和YC-3表面活性劑溶液可以適應(yīng)高溫高鹽油藏環(huán)境。

圖2 YD-G1和YC-3溶液抗鹽耐溫關(guān)系曲線Fig.2 Heat resistance and salt tolerance curves of YD-G1 and YC-3 solution

2.3 驅(qū)油效率對(duì)比

YD-G1和YC-3表面活性劑溶液驅(qū)油效率如圖3、4所示，注入0.4倍孔隙體積之后，含水率有所下降，注入YC-3表面活性劑溶液后含水率波動(dòng)性較大。根據(jù)表1可知，注入YC-3溶液之后，原油采出程度提高了14.3%，而注入YD-G1溶液后，原油采出程度提高了8.2%，說明了YC-3溶液更加有利于驅(qū)替出更多原油，驅(qū)油效果最佳，所以優(yōu)選出的表面活性劑是YC-3。

圖3 YD-G1溶液驅(qū)油效率Fig.3 Oil displacement efficiency of YD-G1 solution

圖4 YC-3溶液驅(qū)油效率Fig.4 Oil displacement efficiency of YC-3 solution

表1 YC-3、YD-G1表面活性劑驅(qū)油效率Table 1 YC-3, YD-G1 surfactant displacement efficiency

2.4 優(yōu)化表面活性劑YC-3注入?yún)?shù)

注入 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 PV 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.4%的YC-3溶液，相比較于純注水驅(qū)替采出程度增加值分別為5.6%、14.3%、15.1%、15.5%，在注入0.4倍孔隙體積之后，采出程度增幅顯著降低，增加0.6 PV，采出程度僅增加1.2%，從0.2 PV增加到0.4 PV，采出程度增幅達(dá)8.7%，綜合考慮，優(yōu)選最佳注入的孔隙體積倍數(shù)為0.4 PV；在其他條件不變的情況之下，含水率為0%、10%、30%、50%、70%、80%、90%、98%時(shí)，最終采出程度分別為73.5%、73.3%、73.2%、73.0%、72.8%、72.6%、71.5%、70.7%，在含水率達(dá)到80%以上時(shí)，最終采出程度下降幅度較大，所以優(yōu)選出的注入時(shí)機(jī)是在含水率低于80%，最佳的注入時(shí)機(jī)是開發(fā)初期就注入表面活性劑溶液，但是油田基本上是在含水率較高時(shí)采取三采技術(shù)進(jìn)行提高油田采收率，所以建議該區(qū)快在含水率低于80%時(shí)注入驅(qū)油效果更佳。

該實(shí)際區(qū)塊某井組（該井組綜合含水率達(dá)到了75%）進(jìn)行注表面活性劑 YC-3溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%，注入孔隙體積倍數(shù)為0.4 PV，含水率在80%以下時(shí)注入）試驗(yàn)，注水井周圍油井增油量明顯，油量增幅介于30%～70%之間，洗油效果較好，在注入該表面活性劑溶液一段時(shí)間之后，含水率出現(xiàn)較為明顯的波形，與實(shí)驗(yàn)室驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的含水率變化趨勢(shì)較為接近，全區(qū)含水率下降明顯。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際區(qū)塊巖石做表面活性劑驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出適合該區(qū)塊最佳的表面活性劑以及該表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、注入孔隙體積倍數(shù)、注入時(shí)機(jī)等參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用效果很好，驅(qū)油效率較高，到達(dá)了一定的控水穩(wěn)油成效，為其他可以進(jìn)行表面活性劑驅(qū)提高采收率的油田提供了思路。

3 結(jié) 論

（1）在江漢油田實(shí)際區(qū)塊高溫高礦化度環(huán)境下，表面活性劑YC-3 、YD-G1溶液在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.8%時(shí)，油水界面張力達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級(jí)超低界面張力，并且耐溫抗鹽效果很好。

（2）YD-G1、 YC-3 、TX-30三種表面活性劑中，YC-3表面活性劑溶液在江漢油田該實(shí)際區(qū)塊巖石驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中的驅(qū)油效果最佳。

（3）現(xiàn)場(chǎng)井組試驗(yàn)表明，注入體積倍數(shù)為0.4 PV質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的表面活性劑YC-3溶液，優(yōu)化的注入時(shí)機(jī)是含水率低于80%時(shí)注入，井組增油量明顯，驅(qū)油效果很好。

［1］孫曉康. 三次采油技術(shù)現(xiàn)狀與其發(fā)展方向研究[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012(12)∶82.

［2］宋瑞國，梁成浩，張志軍.驅(qū)油用表面活性劑體系的發(fā)展趨勢(shì)及展望[J].化學(xué)工程師，2006，11（4）∶37-38.

［3］馬濤，張曉鳳.驅(qū)油用表面活性劑的研究進(jìn)展[J].精細(xì)石油化工，20 08,25（4）：79-80.

［4］李憲文，劉笑春，譚俊嶺，等.長6油層表面活性劑驅(qū)油效果研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012,12（17）：4293-4294.

［5］張潤芳，王紀(jì)云，張燕，等.古城油田 B125斷塊表面活性劑驅(qū)技術(shù)[J].石油鉆采工藝，2005，27（4）：51-53.

［6］張文柯. 表面活性劑驅(qū)油體系研究進(jìn)展[J]. 廣東化工,2013,(04)∶164-166+169.

［7］郭東紅,崔曉東,楊曉鵬,孫建峰,侯慶鋒. 油氣開采用表面活性劑研究的新進(jìn)展[J]. 精細(xì)與專用化學(xué)品,2017(05)∶1-5.

［8］李沼萱,潘一,楊雙春,張金輝. 表面活性驅(qū)油劑的研究進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代化工,2015(10)∶35-39.

［9］褚春波. 表面活性劑降低殘余油微觀機(jī)理研究[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2014(09)∶134.

［10］劉鵬,王業(yè)飛,張國萍,王桂杰,郭茂雷,陳慶國,程利民. 表面活性劑驅(qū)乳化作用對(duì)提高采收率的影響[J]. 油氣地質(zhì)與采收率,2014(01)∶99-102+117-118.

［11］舒政，丁思家，韓利娟，等.表面活性劑驅(qū)油效率的影響因素研究[J].應(yīng)用化工，2012,41（6）：1032-1035.

［12］劉春天，李星.驅(qū)替體系的主要性質(zhì)對(duì)驅(qū)油效率的影響[J].油氣地質(zhì)與采收率，2012,19（1）：66-68.

［13］常雷. 表面活性劑驅(qū)油機(jī)理與數(shù)值模擬計(jì)算研究[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012,(03)∶33.

［14］譚濤. 西達(dá)里亞高溫高鹽油藏微球/表面活性劑驅(qū)可行性研究[D].西南石油大學(xué),2014.

［15］ 玥李 洋,蒲萬芬,孟令俊,賈虎,林德純. 表面活性劑驅(qū)油藏適應(yīng)性研

［16］劉鵬. 高溫高鹽油藏乳化型表面活性劑驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究[D].中國石油大學(xué)(華東),2014.

［17］王增寶. 耐溫抗鹽表面活性劑驅(qū)油體系研究[D].中國石油大學(xué),2010.

［18］楊菁華,李剛,柳朝陽,封宇航,周娟,王青青. YC-3表面活性劑驅(qū)技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 非常規(guī)油氣,2015(03)∶46-49.

［19］李剛,張浪. 表面活性劑驅(qū)油劑體系優(yōu)選[J]. 石化技術(shù),2017(04)∶88.

［20］胡小冬,侯明明,胡文庭. 超低界面張力表面活性劑體系的研究及應(yīng)用[J]. 吐哈油氣,2011(02)∶156-158.

［21］成夢(mèng)可,仲笑君. 表面活性劑/聚合物二元復(fù)合體系超低界面張力的影響因素研究[J]. 當(dāng)代化工,2017(03)∶435-437.

［22］李瑞冬,葛際江,李光輝,付欣,張貴才. 低滲透油田超低界面張力表面活性劑降壓增注研究[J]. 石油與天然氣化工, 2012 (04)∶415-418+450.

［23］李書瑜. 超低界面張力表面活性劑降低注入井壓力技術(shù)研究[D].中國石油大學(xué)(華東),2013.

［24］鄭力軍,楊棠英,劉顯,張榮,王新亮. 超低界面張力驅(qū)油用表面活性劑的研究及應(yīng)用[J]. 陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014(02)∶97-100.

［25］陳濤平,宋文玲,高明,劉金山,俞宏偉. 超低界面張力體系驅(qū)油方式與微觀驅(qū)油效果[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程,2010(17)∶4259-4262.

Experimental Study on Indoor Evaluation of Surfactant Flooding

LIAO Mao-lin , FU Ming, DAI Feng

（College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China）

TE 357

A

1671-0460（2017）09-1779-03

2017-07-07

廖茂林（1991-），男，湖北省武漢市人，碩士研究生，2015年畢業(yè)于長江大學(xué)石油工程學(xué)院，研究方向：從事于油氣田開發(fā)、油藏井間連通性以及提高采收率方面的研究。E-mail：m18062792757@163.com。