耐溫耐鹽增稠型表面活性劑體系的應(yīng)用

范錫彥

（中國(guó)石化 中原油田分公司濮東采油廠，河南 濮陽(yáng) 457100）

表面活性劑驅(qū)、聚合物驅(qū)和二元復(fù)合驅(qū)對(duì)90℃以下的高滲、中高滲油藏提高采收率效果明顯［1-6］。中國(guó)石化中原油田于1998年在文明寨油田、文中油田開展了聚合物驅(qū)和表面活性劑驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)，并取得成功；2005年在濮城油田開展了二元復(fù)合驅(qū)技術(shù)推廣應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果明顯［7-8］。

隨著表面活性劑驅(qū)、聚合物驅(qū)和二元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)的推廣應(yīng)用，中原油田東濮凹陷一類和二類油藏儲(chǔ)量已全部動(dòng)用。以高溫高鹽和低滲透性為特點(diǎn)的三類油藏，對(duì)驅(qū)油體系的耐溫耐鹽性和可注入性提出了更高的要求。單純應(yīng)用表面活性劑驅(qū)，由于儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，造成表面活性劑竄流嚴(yán)重，驅(qū)油效率很低［9-10］。在90 ℃以上溫度條件下，聚丙烯酰胺類聚合物存在強(qiáng)烈的熱降解現(xiàn)象，同時(shí)低滲油藏對(duì)聚合物的剪切作用更加明顯，因此聚合物驅(qū)和二元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)均不適用于該類油藏［11-13］。而表面疏水改性超細(xì)SiO2（CXS）經(jīng)過(guò)改性后具有很好的分散性［14-17］，可作為增稠劑，提高表面活性劑溶液的黏度，同時(shí)具有良好的耐溫耐鹽性能［18-19］。

本工作在表面活性劑S10中添加CXS得到增稠型表面活性劑體系S10/CXS，利用黏度、界面張力等測(cè)試方法考察了CXS添加量對(duì)體系黏度、油水界面張力的影響，評(píng)價(jià)了S10/CXS體系的耐溫耐鹽性能、封堵性能和提高采收率能力，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證了該體系的驅(qū)油效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

實(shí)驗(yàn)用水：橋口油田橋口聯(lián)注入水，礦化度1.85×105mg/L，氯化鈣型；實(shí)驗(yàn)用油：橋口油田橋21塊脫氣原油，密度0.83 g/cm3，地面原油平均黏度5.35 mPa·s，凝固點(diǎn)平均為34 ℃；表面活性劑S10：陰非離子型，臨沂綠森化工有限公司；CXS：Zeta電位電性為負(fù)，絕對(duì)值大于32 mV，潤(rùn)濕角為86.8°，3 000目，濮陽(yáng)市科洋化工有限公司；部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）：相對(duì)分子質(zhì)量107，水解度32%，河南五江水處理材料有限公司。

Brook fi eld DV-Ⅲ型黏度儀：美國(guó)博飛公司；TX-500C型旋轉(zhuǎn)界面張力儀：上海安德儀器設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 S10/CXS體系的制備與黏度測(cè)試

S10/CXS體系的制備方法為：配制S10溶液，將CXS加入S10溶液中，常溫低速攪拌4 h，使溶液混合均勻并充分作用，然后常溫下將懸浮液靜置

24 h，無(wú)明顯沉淀、分層時(shí)即得目標(biāo)產(chǎn)品。

用布氏黏度計(jì)測(cè)試S10/CXS體系懸浮液黏度，并測(cè)試不同溫度、不同礦化度下的黏度。

1.2.2 界面張力測(cè)試

油水界面張力測(cè)試按 SY/T 5370—1999［20］規(guī)定的方法進(jìn)行，將油滴置于充滿表面活性劑溶液的內(nèi)徑為3 mm的玻璃管中，設(shè)置界面張力儀旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為6 000 r/min，記錄不同時(shí)刻油滴形態(tài)變化，計(jì)算不同時(shí)刻油水界面張力，實(shí)驗(yàn)溫度為50 ℃。

1.2.3 動(dòng)態(tài)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

封堵性評(píng)價(jià)：使用60～200目的石英砂，制作填砂管長(zhǎng)60 cm、直徑2.5 cm的巖心模型，包括單管、雙管模型；對(duì)所做巖心抽真空、飽和水；首先注入表面活性劑，壓力穩(wěn)定后再轉(zhuǎn)注S10/CXS體系，并記錄壓力變化；計(jì)算阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)。

驅(qū)油性評(píng)價(jià)：繼續(xù)進(jìn)行水驅(qū)或其他動(dòng)態(tài)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，并記錄壓力變化和產(chǎn)量變化。

驅(qū)油效率的測(cè)試方法：使用60～200目的石英砂，制作均質(zhì)單管模型和非均質(zhì)三管模型，對(duì)所做模型抽真空、飽和油；先水驅(qū)至含水率達(dá)到98%，記錄采油量并計(jì)算采收率；再表面活性劑驅(qū)至含水率達(dá)到98%，記錄采油量并計(jì)算采收率；最后轉(zhuǎn)注S10/CXS體系，記錄采油量并計(jì)算采收率。1.2.4 混合液超低界面張力臨界濃度測(cè)定實(shí)驗(yàn)

配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的S10溶液，該溶液油水界面張力可達(dá)超低（10-3mN/m）級(jí)別，向該溶液添加CXS直至混合液油水界面張力恰好可達(dá)超低級(jí)別，記錄該臨界點(diǎn)的CXS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為S10溶液所能容納的CXS最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 CXS添加量對(duì)S10/CXS體系黏度的影響

不同CXS添加量對(duì)0.5%S10/CXS（百分?jǐn)?shù)表示質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）體系黏度的影響見圖1。從圖1可看出，當(dāng)CXS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～6.0%時(shí)，體系黏度隨CXS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而迅速增大。這是因?yàn)?，CXS表面的疏水基團(tuán)發(fā)揮作用，提高了CXS的分散性和懸浮穩(wěn)定性，CXS作為一種“填充料”提高了體系的黏度。當(dāng)CXS質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)6.0%時(shí)，體系的分散能力達(dá)到飽和狀態(tài)，增稠效果趨于穩(wěn)定。

圖1 CXS質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)S10/CXS體系黏度的影響Fig.1 Effect of modified ultrafine silica(CXS) mass fraction on viscosity of S10/CXS system.

2.2 溫度和礦化度對(duì)S10/CXS體系黏度的影響

溫度對(duì)不同體系黏度的影響見圖2。從圖2可看出，0.5%S10溶液、0.5%S10/0.5%HPAM體系、0.5%S10/6%CXS體系的黏度均隨溫度的升高而降低。其中，0.5%S10溶液的初始黏度低變化范圍??；0.5%S10/0.5%HPAM體系初始黏度最大，黏度變化范圍最大，當(dāng)溫度在80～95 ℃時(shí)，隨溫度升高，體系黏度平穩(wěn)下降，當(dāng)溫度超過(guò)95 ℃后，體系黏度急劇下降；而0.5%S10/6.0%CXS體系的初始黏度較高，黏度變化范圍小，最終黏度最大，隨著溫度的升高體系黏度平穩(wěn)下降，未出現(xiàn)明顯的溫度敏感點(diǎn)。S10具有耐溫性能，所以黏度隨溫度變化小；S10/HPAM體系中HPAM是體系黏度的主要影響因素，HPAM受耐溫性限制，當(dāng)溫度升高，分子間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，黏度降低，當(dāng)溫度達(dá)到95 ℃時(shí)，分子降解，黏度急劇下降；而S10/CXS體系受溫度影響較小，高溫條件無(wú)法破壞CXS或CXS與液體分子的分子間作用，因此具有良好的耐溫性能。

圖2 溫度對(duì)不同體系黏度的影響Fig.2 Effect of temperature on the viscosity of different systems.

不同礦化度模擬鹽水配制的0.5%S10/6.0%CXS體系的黏度見圖3。從圖3可看出，礦化度的升高對(duì)體系黏度的變化影響較小，體系穩(wěn)定無(wú)沉淀等現(xiàn)象。這可能是因?yàn)?，無(wú)機(jī)離子對(duì)CXS或CXS與液體分子的分子間作用影響很小，未造成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞，說(shuō)明S10/CXS體系具有良好的耐鹽性能。

2.3 CXS添加量對(duì)界面張力的影響

CXS添加量對(duì)0.5%S10/CXS體系界面張力的影響見圖4。從圖4可知，0.5%S10與原油的界面張力能達(dá)到超低（10-3mN/m）級(jí)別；對(duì)于0.5%S10/CXS體系，當(dāng)CXS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～2.0%時(shí)， 0.5%S10/CXS體系與原油的界面張力可以達(dá)到超低級(jí)別；當(dāng)CXS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)3.0%后，0.5%S10/CXS體系與原油的界面張力處在低界面（10-2mN/m）級(jí)別，即當(dāng)CXS用量超過(guò)一定值后，隨CXS用量的增大，體系與原油的界面張力增大。

圖3 礦化度對(duì)0.5%S10/6.0%CXS體系黏度的影響Fig.3 Effect of salinity on the viscosity of 0.5%S10/6%CXS system.

圖4 CXS添加量對(duì)0.5%S10/CXS體系界面張力的影響Fig.4 Effect of CXS addition on interface tension of 0.5%S10/CXS systems.

為了更好地解釋這一現(xiàn)象，進(jìn)行了混合液超低界面張力臨界濃度測(cè)定實(shí)驗(yàn)，為保證S10/CXS體系與原油的界面張力仍可達(dá)到超低級(jí)別，測(cè)定不同S10用量對(duì)應(yīng)的CXS最大允許添加量。結(jié)果見圖5。從圖5可看出，當(dāng)S10質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%和0.4%時(shí)，通過(guò)添加少量的CXS就可使S10/CXS體系與原油的界面張力達(dá)到超低級(jí)別；當(dāng)S10質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.5%時(shí)，為了使S10/CXS體系與原油的界面張力達(dá)到超低級(jí)別，允許CXS的最大添加量隨S10用量的增加而增大。這是因?yàn)椋珻XS表面的親水基和疏水基具備表面活性，與S10發(fā)揮協(xié)同作用，可降低油水界面張力至超低級(jí)別；當(dāng)CXS用量逐漸增大時(shí)，SiO2分子與S10分子在油水界面產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，同時(shí)SiO2分子造成S10分子的消耗，因此，不同用量的S10容納的CXS的最大添加量不同。

綜合考慮界面張力和黏度，當(dāng)S10質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、CXS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.3%時(shí)，既可起到增稠作用，還可保證S10/CXS體系與原油界面張力達(dá)到超低級(jí)別，形成增稠型表面活性劑體系。

圖5 保持超低界面張力時(shí)不同S10用量對(duì)應(yīng)的CXS最大添加量Fig.5 Max addition of CXS vs. different S10 dosage to maintain ultra-low interface tension.

2.4 S10/CXS體系的注入性

選取0.5%S10/2.3%CXS體系，運(yùn)用室內(nèi)單管填砂模型，進(jìn)行注入性實(shí)驗(yàn)。制作滲透率為3.5 μm2的巖心，測(cè)試體系的可注入性，獲得注入壓力隨注入體積的變化情況和采出液中物質(zhì)含量，測(cè)試結(jié)果見圖6。

圖6 0.5%S10/2.3%CXS體系注入壓力隨注入量的變化Fig.6 Changes of injection pressure with injection volume of 0.5%S10/2.3%CXS system.

從圖6可看出，隨注入體積的增加，巖心的注入壓力均勻上升直至平穩(wěn)，且當(dāng)注入量為1.6 PV時(shí)產(chǎn)出液中出現(xiàn)固相，說(shuō)明0.5%S10/2.3%CXS體系的可注入性能好。

2.5 S10/CXS體系的封堵性

選取0.5%S10/2.3%CXS體系，運(yùn)用室內(nèi)單管填砂模型，取高、中、低滲三種滲透率的填砂管，進(jìn)行封堵性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 0.5%S10/2.3%CXS體系的封堵性Table 1 Plugging property of the system of 0.5%S10/2.3%CXS

從表1可看出，0.5%S10/2.3%CXS體系對(duì)于高、中、低滲填砂管均具有調(diào)驅(qū)能力，且隨著巖心滲透率的減小，阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)均逐漸增大，調(diào)驅(qū)特征越來(lái)越明顯；對(duì)于中、低滲填砂巖心，殘余阻力系數(shù)均超過(guò)了5，說(shuō)明0.5%S10/2.3%CXS體系對(duì)于中、低滲油藏具有更好的調(diào)驅(qū)能力。這是因?yàn)椋?.5%S10/2.3%CXS體系具有更高的黏度，體系流度小，注入壓力更高，產(chǎn)生了阻力效應(yīng)；復(fù)合驅(qū)后，超細(xì)SiO2殘留在巖心中，起到了一定的封堵能力，所以具備殘余阻力效應(yīng)；由于超細(xì)SiO2的粒徑較小，在高滲巖心中聚集成團(tuán)形成的封堵較弱，而在中、低滲巖心中可以形成高效的封堵。

2.6 S10/CXS體系的驅(qū)油效果

2.6.1 均質(zhì)單管填砂模型

均質(zhì)單管巖心的驅(qū)油效果見表2。從表2可看出，低滲巖心水驅(qū)后的采收率接近50%，注入0.5%S10和0.5%S10/2.3%CXS體系均起到提高采收率的作用。其中，注入0.5%S10提高采收率12.11百分點(diǎn)，注入5%S10/2.3%CXS體系提高采收率21.19百分點(diǎn)；S10/CXS體系的總采收率較S10高出近10百分點(diǎn)。S10/CXS體系較好的提高采收率能力是因?yàn)樵擉w系中CXS具有“調(diào)”、S10具有“洗”的功能，前者的聚并封堵作用提高了波及體積，后者降低油水界面張力提高了洗油效率。在兩者的協(xié)同作用下，S10/CXS體系具有較好的驅(qū)油效果。

表2 均質(zhì)單管巖心的驅(qū)油效果Table 2 Homogeneous single-tube core flooding effect

2.6.2 非均質(zhì)并聯(lián)填砂模型

制作三管并聯(lián)填砂巖心，進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。由表3可知，水驅(qū)后總采收率為39.8%；S10驅(qū)后總采收率達(dá)到51.3%，采收率較水驅(qū)提高了11.5百分點(diǎn)，這是因?yàn)樽⑷隨10后，高滲巖心含水降低進(jìn)而提高采收率，同時(shí)高滲巖心中產(chǎn)生原油乳化，增加了一定的流動(dòng)阻力，使得中、低滲巖心得到進(jìn)一步的動(dòng)用。

轉(zhuǎn)注0.5%S10/2.3%CXS體系后，總采收率提高至67.2%，較S10驅(qū)提高了15.9百分點(diǎn)，中、低滲巖心得到了較充分的動(dòng)用，這是由于S10/CXS體系中的CXS聚并成團(tuán)后有一定的封堵作用，使得非均質(zhì)并聯(lián)填砂模型的高、中、低滲透巖心之間出現(xiàn)滯留封堵，液體在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生了微觀到宏觀的液流轉(zhuǎn)向，起到了深部調(diào)剖的作用，增大了中、低滲透率巖心的波及體積，再加上S10/CXS體系中S10具有提高洗油效率的作用，使最終的采收率得到了大幅提高。

表3 非均質(zhì)并聯(lián)填砂管驅(qū)油效果Table 3 Heterogeneous parallel-tube core flooding effect

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為提高CXS分散性，利用自吸式射流泵提高配液效率。選取橋口油田橋21塊開展耐溫耐鹽增稠型表面活性劑驅(qū)。橋21塊主要含油層位是下第三系沙河街組沙二下亞段，是一套復(fù)合型的湖成三角洲砂泥巖沉積，油藏埋深3 370～3 670 m，儲(chǔ)層平均孔隙度19.0%，平均滲透率41.9×10-3μm2，屬于強(qiáng)非均質(zhì)低滲儲(chǔ)層。地層水的礦化度一般為15×104～23×104mg/L，水型為CaCl2型。該塊含油面積3.4 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量78.0×104t，可采儲(chǔ)量11.72×104t，累計(jì)產(chǎn)油6.52×104t，區(qū)塊剩余油富集。

目前橋21塊注水井10井次，采油井16井次，自2015年來(lái)開展了表面活性劑驅(qū)試點(diǎn)項(xiàng)目，2015年12月日增油12.5 t，2016年7月表面活性劑竄流嚴(yán)重，效果逐漸變差；2016年12月橋21塊轉(zhuǎn)注0.5%S10/2.3%CXS體系，2017年3月效果顯現(xiàn)，區(qū)塊整體含水下降3百分點(diǎn)，日增油達(dá)到5.8 t，2017年8月日增油達(dá)到峰值18.9 t，含水下降5.8百分點(diǎn)，截至2018年10月，S10/CXS驅(qū)累計(jì)增油6 206.8 t。

4 結(jié)論

1）將CXS添加進(jìn)表面活性劑S10溶液中，溶液黏度提高，CXS可以起到較好的增稠作用，形成的S10/CXS體系具有良好的耐溫耐鹽性能。

2）對(duì)于0.5%S10/CXS體系，當(dāng)CXS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～2.0%時(shí)，0.5%S10/CXS體系與原油的界面張力可以達(dá)到超低（10-3mN/m）級(jí)別。當(dāng)CXS用量超過(guò)一定值后，隨CXS用量的增大，S10/CXS體系與原油的界面張力增大。

3）0.5%S10/2.3%CXS體系注入性能好，對(duì)于中、低滲油藏具有更好的調(diào)驅(qū)能力，在中、低滲巖心中可以形成高效的封堵。其中，CXS的聚并封堵作用可提高波及體積，S10可降低油水界面張力從而提高洗油效率。在兩者的協(xié)同作用下，S10/CXS體系具有較好的驅(qū)油效果。