非離子表面活性劑改變油藏潤濕性實驗研究

馮巖

[摘 要]潤濕性對油/水相對滲透率、殘余油分布等影響顯著，是控制油藏中流體流動及分布的主要因素，在油藏開發(fā)的各階段都起著至關(guān)重要的作用。本文用非離子表面活性劑作為研究對象，利用實驗方法研究表面活性劑改變砂巖表面潤濕性的能力。

[關(guān)鍵詞]表面活性劑 非離子 潤濕性

中圖分類號：TE31 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）25-0015-01

1 前言

表面活性劑通過吸附在巖石表面改變其潤濕性，降低原油在巖石表面的粘附力，促使原油自巖石上脫附及有效分散，實現(xiàn)對殘余油的有效驅(qū)動，從而提高采收率。本文選取兩種驅(qū)油用表面活性劑作為研究對象，利用實驗方法研究表面活性劑改變砂巖表面潤濕性的能力，考察表面活性劑的種類、濃度對其改變潤濕性能力的影響，分析推測各類表面活性劑實現(xiàn)潤濕反轉(zhuǎn)的機理。

2 實驗部分

2.1 主要儀器及設備

Dataphysics DCAT21表/界面張力測量儀、Sartorius電子分析天平、鼓風干燥箱、游標卡尺等。

2.2 實驗材料

原油、石英載玻片（1×25.4×76.2mm）、正庚烷等。

2.3 不同潤濕性石英表面的制備

將石英片用鉻酸浸泡12h后取出，分別用自來水、去離子水沖洗至沖洗液pH值為中性，測定去離子水在水濕性石英片表面的前進角θA≈10.03°得到水濕石英表面。

將干燥的石英片用正庚烷-原油混合液75℃條件下老化處理24h，測定模擬地層水在處理后的石英片表面的前進角θA≈118.61°，獲得油濕性石英表面。

2.4 接觸角測定

室溫下用DCAT21表/界面張力儀測定模擬地層水在石英片表面的接觸角，測定速度0.2mm/s，浸入深度為7mm。在較低的測量速度下，動態(tài)接觸角的值與靜態(tài)接觸角的值大小相近，本文中采用前進角來衡量石英表面的潤濕性。

3試驗結(jié)果與分析

3.1水濕性石英表面

非離子表面活性劑OP-10和GD70水溶液在水濕石英片表面的前進角隨濃度的變化關(guān)系如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著濃度的增加，石英表面的潤濕性由水濕向油濕性再向水濕性方向轉(zhuǎn)變，最終前進角在10°左右，且OP-10最終的前進角較低。由于非離子表面活性劑分子在水中不解離，不帶電荷，和固體表面的靜電作用可以忽略，因此與固體表面的沒有很強的排斥力，這使得非離子表面活性劑溶液在濃度較低時，就能在固體表面產(chǎn)生吸附，將疏水基團暴露在巖石表面，使得表面的親水性得到一定程度降低；隨著溶液濃度的增大，非離子表面活性劑自組裝膜致密性增加，使得石英表面的親水性進一步降低；當非離子表面活性劑濃度大于臨界膠束濃度時，表面活性劑通過尾鏈的疏水作用，形成了雙層膜結(jié)構(gòu)，將表面活性劑的頭基暴露于石英表面，從而使前進角降低，表面的親水性增強。

3.2 油濕性石英表面

考察非離子表面活性劑溶液對油濕性石英表面潤濕性的影響，前進角與表面活性劑溶液濃度的關(guān)系如圖2所示。

由圖2可知，非離子表面活性劑溶液在親油石英片表面的前進角隨著溶液濃度的增加而減小，最后前進角趨于穩(wěn)定。雖然OP-10在較低的濃度下就能顯著改變石英表面的潤濕性，但是GD70使油濕性石英表面的水濕性要強于OP-10。分析認為：非離子表面活性劑的疏水鏈與油濕性石英表面相互作用，其親水基朝向溶液本體，使石英表面潤濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)，水濕性增強；隨著表面活性劑溶液濃度的繼續(xù)增大，表面活性劑在疏水的固體表面形成單分子層結(jié)構(gòu)或以半膠束聚集體的形式排列，形成的吸附層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，前進角的變化基本穩(wěn)定。通過上面的分析認為，非離子表面活性劑分子可以吸附在油濕性的砂巖表面，形成疏水基朝向巖石表面而親水基朝向溶液本體的單層膜結(jié)構(gòu)，使得巖石表面的潤濕性由油濕性向水濕性方向轉(zhuǎn)變，毛管力增加，有利于表面活性劑溶液滲吸進入巖石孔隙，從而提高原油采收率。

4結(jié)論

在水濕石英表面，前進角隨溶液濃度的增加先增大后降低，當表面活性劑達到臨界膠束濃度時，前進角為最大值，隨著濃度的繼續(xù)增加，前進角趨于穩(wěn)定；在油濕性表面，非離子表面活性劑能夠在一定程度上改變表面潤濕性，使其向水濕性轉(zhuǎn)變。

參考文獻

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