表面活性劑驅油機理分析及現狀研究

王威 張云寶 王楠 李彥閱 薛寶慶 那日蘇 馬鳳春

摘 ?????要：表面活性劑是一種高界面活性化學劑，具有降低油水界面張力的特性。應用表面活性劑驅油能夠有效地提高洗油效率，實現提高采收率的目的，但據現場試驗表明，表面活性劑在地下儲層驅替過程中，常會出現見水快、穩(wěn)油效果差等現象。在驅替過程中，表面活性劑驅油效果受到溫度、礦化度、濃度、藥劑類型等因素影響，且由于巖石吸附作用會造成大量表面活性劑的損失。因此，基于表面活性劑驅在油田開發(fā)上的實際效果，歸納了表面活性劑對儲層物性的改善方式，分析了表面活性劑驅油及吸附的機理，針對表面活性劑驅油現狀，為油田實際生產提供參考性建議。

關 ?鍵 ?詞：表面活性劑;界面張力;儲層物性;驅油現狀

中圖分類號：TE39 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）08-1850-04

Abstract： Surfactant is a high interfacial active chemical agent， and has the characteristics of reducing the interfacial tension of oil and water. Surfactant flooding can effectively improve oil washing efficiency and enhance oil recovery， but according to field tests， surfactant flooding in underground reservoirs often results in rapid water breakthrough， poor oil stabilization effect and other phenomena. In the process of displacement， the effect of surfactant flooding is affected by temperature， salinity， concentration， type of reagent， and a large number of surfactants will be lost due to rock adsorption. Therefore， based on the actual effect of surfactant flooding in oilfield development， the ways of improving reservoir physical properties with surfactant were summarized in this paper， the mechanisms of surfactant flooding and adsorption were analyzed. At last， in view of the current situation of surfactant flooding， some suggestions for oilfield actual production were put forward.

Key words： Surface active agent; Interfacial tension; Reservoir physical property; Oil displacement status

隨著原油需求量的日趨增長，如何高效地開發(fā)油藏成為石油科技工作者關心的問題[1]。注入水驅油方式以其技術簡單、操作流程簡便、投資成本較小的優(yōu)勢被應用于各大油田[2，3]。據研究表明，當油田進入高含水期后，水驅不能滿足生產實際需要，儲層中的剩余油不能合理高效地開發(fā)出來[4]?；瘜W驅通過改變驅替相與儲層流體及巖石孔隙之間的物性使得原油采收率得到大幅提高[5]。而表面活性劑作為化學驅常用藥劑之一，表面活性劑性能的研究受到科研工作者得的高度重視[6]。表面活性劑是一種高界面活性的化學藥劑，它可以有效的降低油水界面張力，改變儲層中原油及巖石表面與水的潤濕性，進而達到提高油層采收率的目的[7，8]。而表面活性劑的這些優(yōu)良性能與其結構是密不可分的。大部分表面活性劑具有極性和非極性兩個基團，這兩個基團分別具有親水和親油的特性[9]，使得表面活性劑在溶液中形成疏水的效應，降低界面張力。從礦場實際效果來看，單獨使用表面活性劑驅油穩(wěn)油效果差、提高采收率有限，因此研究表面活性劑驅油機理尤為重要。本文針對油田上表面活性劑驅油現狀，研究了表面活性劑的驅油機理，對聚合物表面活性劑復合體系及表面活性劑與其它調剖調驅劑復配體系進行機理分析，尋找表面活性劑在油田生產實踐過程中的有效用途，為油田開發(fā)提供參考性建議。

1 ?表面活性劑相關驅油方法

1.1 ?表面活性劑稀體系

活性水是表面活性劑的稀釋體系，其中的表面活性劑濃度小于臨界膠束濃度。表面活性劑稀體系驅提高原油采收率機理如下：低界面張力機理[10]、潤濕性反轉機理[11];提高表面電荷密度機理;聚并形成油帶機理[12]。

1.2 ?膠束溶液

膠束溶液也屬稀表面活性劑體系，與活性水相比，膠束溶液中存在膠束，開始形成膠束的表面活性劑濃度為臨界膠束濃度CMC，含有膠束的活性劑溶液稱為膠束溶液。

膠束溶液驅是介于活性水驅和微乳驅之間狀態(tài)的一種表面活性劑驅。為了降低膠束溶液與油之間的界面張力，在膠束溶液中，除了表面活性劑外，還需加入醇（如異丙醇、正丁醇）和（或）鹽（如氯化鈉）。與活性水相比，膠束溶液有兩個特點：膠束的存在和醇 、鹽等助劑的加入[13]。同時與活性水驅相比，膠束溶液由于膠束存在而產生了使微溶物溶解度增加的增溶機理[14]。

1.3 ?微乳液體系

微乳液屬濃表面活性劑體系，它包括兩種基本類型和一種過渡類型?；拘头謩e為油包水型微乳、水包油型微乳，過渡型為中相微乳[15，16]。表面活性劑的親水性與親油性取決于溫度、油的性質、水中的電解質類別、濃度和體系中的助表面活性劑的類別、濃度、親水部分和親油部分等多種因素影響[17，18]。因此微乳的基本類型可在上述因素的影響下發(fā)生相互轉化。此外，微乳與乳狀液存在區(qū)別。對于微乳來說，油和水是增溶在表面活性劑膠束之中，所以是穩(wěn)定的分散體系。對于乳狀液來說，油與水間存在界面，所以是不穩(wěn)定體系。微乳雖不同于乳狀液，但在一定條件下，也可發(fā)生相互轉化。配制微乳需用三個主要成分和兩個輔助成分。三個主要成分是油、水和表面活性劑，兩個輔助成分是助表面活性劑和電解質。配制微乳最好用石油磺酸鹽（鈉鹽或銨鹽），配制微乳的助表面活性劑最好用醇，也可用酚。助表面活性劑可參與膠束的形成，增加膠束的空間，增加膠束對油或水的增溶能力。配制微乳的電解質可用無機的酸、堿、鹽。電解質是通過減小表面活性劑和助表面活性劑極性部分的溶劑化程度，使膠束在更低的表面活性劑濃度下就可形成，同時可使微乳與油或水產生超低界面張力。微乳可用于驅油，而微乳驅則是以微乳作為驅油劑的驅油法。

1.4 ?表面活性劑與聚合物復合體系

常見的表面活性劑復合體系包括S/P二元復合體系以及A/S/P三元復合體系。所謂的二元復合體系，是指表面活性劑與聚合物復配體系，而三元復合體與二元體系相比其中加入了堿。堿的存在能夠與油中的有機酸反應，從而降低酸對表面活性劑的影響，而堿與表面活性劑同時存在會產生皂化反應，在二者協(xié)同作用下，使表面活性劑更好的發(fā)揮其作用。聚合物能夠提高驅替相的粘度，降低驅替相與被驅替相的流度比，減弱在地層中驅油造成的指進現象，擴大了在儲層中的波及體積，而堿的存在又能夠有效的促進聚丙烯酰胺發(fā)生水解，相同條件下使聚合物濃度得以提升，聚合物濃度的提高能夠使三元體系的粘度變大，改善提高原油采收率。當堿的濃度過高，過高的礦化度會使聚合物結構發(fā)生變化，聚合物分子在一價陽離子作用下發(fā)生變形、卷曲，使三元復合體系效果變差。

與二元體系相比，堿的存在一定程度上會使三元復合體系具備優(yōu)勢，但是堿在驅油過程中也會導致驅替相粘彈性發(fā)生改變，使彈性能不能夠發(fā)揮良好的驅油動力的作用，從而造成采收率降低。不僅如此，堿能夠使井筒產生嚴重的結垢現象[19]，并且對地下儲層發(fā)生損害。在成本相似的條件下，二元體系憑借其較低的界面張力能夠最大程度的達到三元復合體系驅油的效果，并且遏制了井筒結垢現象，最大程度上發(fā)揮出聚合物的彈性能，從而大幅提高采收率。

1.5表面活性劑同其它調剖調驅劑的復配驅油機理

據礦場試驗表明，表面活性劑單獨作用在儲層中雖然能夠起到提高洗油效率的作用，但當油田處于高含水期時，表面活性劑驅見水較快，穩(wěn)油效果較差。分析認為，表面活性劑在驅替過程中擴大了過流端面，在一定程度上提高了剩余油的動用程度，但表面活性劑在驅油過程促進了優(yōu)勢孔道的形成，在后續(xù)水驅過程中，水將沿著表面活性劑走過的路徑流動，而其它毛管孔隙及微毛管孔隙等存在較大的滲流阻力，由于較大的滲流阻力的存在，水會經由優(yōu)勢孔道驅替而不能將同一平面上其它孔隙中的剩余油采出，達不到礦場實際所需要的“穩(wěn)油降水”的效果。

與常規(guī)表面活性劑驅油相比，復配體系不僅能達到提高微觀洗油效率的目的，還能夠擴大波及體積，進而提高原油采收率。隨著油氣開發(fā)的進展，常規(guī)砂巖油田大多進入高含水期階段，石油工作者轉而關注非常規(guī)油氣藏的開發(fā)。儲層非均質性嚴重、高溫、高鹽、高凝、稠油、低滲致密砂巖等非常規(guī)油氣藏儲層開發(fā)條件困難、開采難度大，常規(guī)聚合物及表面活性劑驅油已不能達到現場試劑的生產需求。因此，表面活性劑與其他調剖調驅劑的復配，二者通過協(xié)同作用驅油，在驅油過程中不僅能夠發(fā)揮出各種調剖調驅劑的優(yōu)勢，也能使表面活性劑展現其良好的性能，充分發(fā)揮“驅油”和“洗油”的作用，大幅提高原油采收率。

與聚合物、聚表二元復合體系及三元復合體系相比，表面活性劑與其它調剖調驅劑復配體系適用性更強，適用范圍更廣。表面活性劑適應范圍相對較大，而聚合物則會受到多種條件制約?，F場實際開發(fā)過程中，由于礦場試驗設備和地層均具有剪切作用，會導致聚合物分子受到嚴重的剪切，降低其性能，而表面活性劑受到剪切力影響較小，調剖調驅劑如聚合物微球，也具有良好的抗剪切能力，使儲層剪切作用的影響降到最小。對于高礦化度油藏，聚合物在高礦化度條件下鹽敏效應嚴重，會發(fā)生的卷曲，變形，使聚合物結構發(fā)生變化，降低聚合物的驅油效果。調驅體系如聚合物微球，凍膠分散體具有良好的抗鹽效果，在高鹽條件下依然能夠發(fā)揮良好的調驅作用。在儲層為高溫條件時，聚合物受到溫度的影響會發(fā)生機構的變化，從而改變其原有的性質，而鉻離子凝膠能夠利用高溫條件，在儲層中快速成膠，形成良好的封堵效果，達到調剖調驅的目的。當目標油藏為稠油油藏時，其它調剖調驅劑在發(fā)揮其作用的同時，表面活性劑能夠較好地降低油水界面張力，降低驅替過程中的阻力系數，當注入壓力小于儲層破裂壓力時，在加入表面活性劑之后，可以適當提高注入壓力，增加儲層吸液壓差[20]，通過與其他調剖調驅劑共同作用，實現擴大波及體積、提高原油采收率的目的。

2 ?表面活性劑的影響因素

在真實儲層環(huán)境中，表面活性劑會受到多種因素的限制，如溫度、藥劑類型、配制表面活性劑的濃度、礦化度等因素的影響[21]。不同類型的藥劑受到溫度、礦化度、濃度的影響均不相同，一般情況下，濃度的增加會使表面活性劑降低界面張力的效果變好，對于耐溫耐鹽的表面活性劑來說，溫度和礦化度的增加會促進表面活性劑降低界面張力的能力。

3 ?抑制表面活性劑吸附損失的主要方法及其基本原理[22]

在通過多孔介質的過程中，由于巖石表面存在吸附表面活性劑分子，因此，會對表面活性劑造成損失。這種損失會導致表面活性劑在驅油過程中濃度大幅降低，使其失去原有的功用。因此，對表面活性劑吸附機理研究尤為重要。常見的表面活性劑吸附方式有以下幾點：離子交換吸附;離子對吸附;氫鍵形成吸附; London引力（色散力）吸附;憎水作用吸附。

為減少吸附對表面活性劑產生的損失，通常在表面活性劑中加入犧牲劑。所謂犧牲劑，就是通過自身的損耗而減少對表面活性劑的吸附。常見的犧牲劑分為有機犧牲劑和無機犧牲劑，有機吸附劑以木質素磺酸鹽為主，而無機吸附劑主要為酸度調節(jié)劑和電解質抑制劑。

4 ?結 論

（1）表面活性劑驅油過程中能夠起到降低油水之間界面張力，提高洗油效率的作用，但單獨應用表面活性劑驅油見水快穩(wěn)油效果較差，利用二元復合體系、三元復合體系以及表面活性劑與其它調剖調驅劑復配體系能夠達到擴大波及體積、提高洗油效率進而提高原油采收率的目的。

（2）表面活性劑的效果受到多種因素的影響，如溫度、礦化度、藥劑濃度、藥劑類型等。

（3）由于巖石表面存在對表面活性劑的吸附，會造成表面活性劑的損失，通過加入犧牲劑可以減少驅替過程中表面活性劑因吸附而產生的損失。在表面活性劑產品研發(fā)過程中，應在優(yōu)化其降低界面張力、乳化和改善潤濕性等性能的同時，針對礦場實際儲層物性和流體性質改善表面活性劑損失的問題。

參考文獻：

[1]張浩. 復雜河流相油藏層系及井網調整研究[D].西南石油大學，2016.

[2]苑盛旺. 抗鹽聚合物締合程度及其油藏適應性研究[D].東北石油大學，2016.

[3]謝坤，盧祥國，姜維東，李強.抗鹽聚合物儲層適應性及其作用機制[J].中國石油大學學報（自然科學版），2017，41（03）：144-153.

[4]王鑫.大慶油田高含水期優(yōu)勢通道模糊綜合識別方法研究[J].中外能源，2018，23（08）：46-49.

[5]邰春磊. 化學驅油提高釆收率技術在幕式驅替中的應用[D].長江大學，2015.

[6]劉長龍，劉義剛，張麗平，符揚洋，蘭夕堂，張璐.非連續(xù)相聚合物微溶膠合成及液流轉向效果評價[J].大慶石油地質與開發(fā)， 2018， 37 （04）： 109-113.

[7]范華波，薛小佳，劉錦，郭鋼，李楷，吳江.可提高滲吸效率的陰非離子型表面活性劑制備與性能評價[J/OL].油田化學， 2018 （03）： 433-439 [2018-10-28].

[8]劉濤. 特低滲油藏表面活性劑驅油特征研究[D]. 西安石油大學， 2018.

[9]楊歡，張永剛，魏開鵬，劉學全，徐斌，斯容.特低滲油藏表面活性劑改善水驅實驗研究及應用[J].油氣藏評價與開發(fā)，2014，4（04）：53-57.

[10]李杰瑞，劉衛(wèi)東，周義博，叢蘇男，陳思智，杜春澤，楊燁.化學驅及乳化研究現狀綜述[J].應用化工，2018，47（09）：1957-1961.

[11]劉邱祖，寇子明，賈月梅，吳娟，韓振南，張倩倩.改性疏水固壁潤濕性反轉現象的格子Boltzmann方法模擬[J].物理學報， 2014， 63 （10）： 304-310.

[12]黎錫瑜，劉艷華，安俊睿，程蘭嘉，賈彥勇，林碩，張燕.原位微乳液驅微觀驅油實驗研究[J].油田化學，2017，34（01）：137-142.

[13]劉國慶. 系列表面活性劑與儲層配伍性研究[D].吉林大學，2012.

[14] 曾家新. 三次采油用兩性表面活性劑的研制與評價[D].中國石油大學，2009.

[15]劉翎.表面活性劑-聚合物二元復合驅油體系性能研究[J].石油化工應用，2018，37（06）：13-20.

[16]王彥玲，任金恒，劉飛，金家鋒，王坤，張悅.鹽度控制的乳狀液可逆轉相技術發(fā)展現狀[J].科學技術與工程，2017，17（21）：165-174.

[17] 王樹霞. 高聚合物濃度強堿三元復合體系實驗研究[D].東北石油大學， 2011.

[18]趙恢強. 烷基苯磺酸釓—聚酰胺—胺樹狀大分子親水膠束聚集體的構建及釓離子釋放的調控[D].溫州大學，2017.

[19]張博. 聚合物驅后二元復合體系驅油效果研究[J]. 內蒙古石油化工， 2014， 40 （06）： 153-155.

[20]張云寶， 薛寶慶，盧祥國.渤海油田多輪次凝膠調驅參數優(yōu)化實驗研究——以LD5-2油田A22井為例[J].石油與天然氣化工， 2015， 44 （04）： 87-92.

[21]周海韻，喻高明.磺酸鹽陰離子表面活性劑粘度研究[J].當代化工，2018（10）：2074-2077.

[22]苑慧瑩. 表面活性劑在油砂表面的吸附滯留性研究進展[J].內蒙古石油化工，2007，（3）：196-199.