表面活性劑性能評(píng)價(jià)及驅(qū)油效果測(cè)試

劉博宇

（大慶油田 第一采油廠 第一油礦，黑龍江 大慶 163318）

隨著油田開發(fā)的深入進(jìn)行，常規(guī)注入水驅(qū)油已經(jīng)難以滿足油田增產(chǎn)的需求[1,2]。針對(duì)水驅(qū)后期含水率高的問題，石油科技工作者提出應(yīng)用三次采油技術(shù)提高原油采收率，該技術(shù)的發(fā)展對(duì)于各大油田產(chǎn)量增加以及石油行業(yè)的進(jìn)步起著至關(guān)重要的作用[3-5]。表面活性劑作為一種高效界面活性化學(xué)劑經(jīng)常被利用到三次采油的過程中。絕大多數(shù)表面活性劑具有親水基團(tuán)和親油基團(tuán)，這使得表面活性劑擁有良好的兩親性能，從而使表面活性劑表現(xiàn)出良好的乳化降黏效果，降低油水之間的界面張力，進(jìn)而達(dá)到提高原油采收率的目的[6-8]。如今，三次采油對(duì)于表面活性劑的要求越來越高，不僅要求低界面張力和低吸附值，更要求其與油藏配伍性較好，且價(jià)格低廉。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有大量的石油科研工作者對(duì)驅(qū)油用表面活性劑的研制和發(fā)展做了大量工作，研制出一眾性能較好的驅(qū)油用表面活性劑。本文針對(duì)其中3種典型的表面活性劑進(jìn)行篩選和性能評(píng)價(jià)[9,10]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 設(shè)備及用品

參考所研究的內(nèi)容，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室自身的硬件條件，準(zhǔn)確合理的設(shè)計(jì)本次室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所需要的表面活性劑：A、B、C類3種表面活性劑（有效含量為48%）。實(shí)驗(yàn)用水為礦化度5000、10000、20000mg·L-1的NaCl鹽水。實(shí)驗(yàn)用油為D油田原油，黏度 9.5MPa·s。

DV-1型布氏黏度計(jì)（Brookfield公司）；界面張力儀；E30-H型電動(dòng)攪拌器（OUHIR公司）；平流泵（北京衛(wèi)星制造廠）；手搖泵（海安縣石油科研儀器有限公司）等。

室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)所選用的巖心為外部環(huán)氧樹脂膠結(jié)的人造巖心，具體參數(shù)為：Φ30×4.5×4.5cm，氣測(cè)滲透率Kg為500mD。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案及步驟

1.2.1 表面活性劑性能評(píng)價(jià)

（1）表面活性劑界面特性評(píng)價(jià) 用10000mg·L-1的NaCl鹽水配制A、B、C類3種表面活性劑溶液，配制濃度分別為 300、600、900、1200、1500、1800mg·L-1，用界面張力儀去測(cè)試不同濃度表面活性劑溶液的界面張力及時(shí)間穩(wěn)定性（保持實(shí)驗(yàn)溫度為55℃）。

（2）表面活性劑耐溫性能評(píng)價(jià) 用10000mg·L-1的NaCl鹽水配制A、B、C類3種表面活性劑溶液，配置濃度為 1200mg·L-1,實(shí)驗(yàn)溫度分別為 15、35、55和75℃，用界面張力儀去測(cè)試不同溫度時(shí)表面活性劑溶液的界面張力。

（3）表面活性劑耐鹽性能評(píng)價(jià) 分別用5000、10000、20000mg·L-1的 NaCl鹽水配制 A、B、C 類 3種表面活性劑溶液，配置濃度為1200mg·L-1,用界面張力儀去測(cè)試不同礦化度時(shí)表面活性劑溶液的界面張力（保持實(shí)驗(yàn)溫度為55℃）。

（4）表面活性劑吸附性能評(píng)價(jià) 分別用10000mg·L-1的NaCl鹽水配制A、B、C類3種表面活性劑溶液，配制濃度為1200mg·L-1。將表面活性劑溶液與天然油砂按“液∶固=10∶1”混合于磨口瓶中，攪拌均勻，并將磨口瓶放置在55℃恒溫箱中。24h后取磨口瓶上部清液，測(cè)量其與原油間界面張力。取清液與新鮮油砂再接觸，再重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)2次。用界面張力儀去測(cè)試界面張力與接觸次數(shù)的關(guān)系（保持實(shí)驗(yàn)溫度為55℃）。

1.2.2 表面活性劑驅(qū)油效果 根據(jù)實(shí)驗(yàn)的可行性和實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，具體實(shí)驗(yàn)方案見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)方案Tab.1 Exprimental schedule

驅(qū)油實(shí)驗(yàn)步驟：（1）取人造巖心，計(jì)量干重，用真空泵抽真空4h，之后利用巖心內(nèi)真空負(fù)壓飽和模擬水，測(cè)量巖心濕重，并計(jì)算孔隙體積。（2）利用驅(qū)替裝置，以恒定速度（0.3mL·min-1）向巖心內(nèi)部驅(qū)替原油，直至巖心采出端不再出水為止，并計(jì)算采出液中水的體積，水的體積即為飽和進(jìn)油的體積，計(jì)算含油飽和度。（3）利用驅(qū)替裝置，以恒定速度（0.3mL·min-1）向巖心內(nèi)部驅(qū)替模擬鹽水（礦化度5000mg·L-1），每半小時(shí)記錄一次數(shù)據(jù)，記錄采出液中油水體積，驅(qū)至采出液含水率 98%。（4）以恒定速度（0.3mL·min-1）向巖心內(nèi)注入表面活性劑，注入段塞體積為0.5PV。（5）對(duì)巖心進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，驅(qū)至含水率達(dá)到98%。

2 結(jié)果分析

2.1 表面活性劑界面特性分析評(píng)價(jià)

采用10000mg·L-1的NaCl鹽水配制不同類型和濃度表面活性劑體系，它們與原油間界面張力測(cè)試結(jié)果見圖1。

圖1 界面張力與表面活性劑濃度關(guān)系Fig.1 Relationship between interfacial tension and surfactant concentration

從圖1可以看出，隨藥劑濃度增大，3種表面活性劑體系與原油間界面張力都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且下降速度逐漸減小。進(jìn)一步分析表中數(shù)據(jù)可知，在保證其他條件不變的情況下，這3類表面活性劑存在一個(gè)臨界濃度,當(dāng)大于這個(gè)濃度，表面活性劑體系與原油間界面張力受濃度影響較小，因此，在選定油藏之后，可根據(jù)其地層水礦化度，地層溫度等條件，確定臨界濃度，這個(gè)濃度便是洗油效果最好且最經(jīng)濟(jì)的表面活性劑溶液濃度。在藥劑濃度相同條件下，B類表面活性劑界面張力最大，其次是A類表面活性劑，C類表面活性劑界面張力最小。

2.2 表面活性劑耐溫性能分析評(píng)價(jià)

采用 10000mg·L－1的 NaCl鹽水配制 1200mg·L-1的不同類型表面活性劑體系，它們?cè)诓煌瑴囟认屡c原油間界面張力測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 界面張力測(cè)試結(jié)果（mN·m-1）Tab.2 Test results of interfacial tension

從表2可以看出，在藥劑濃度不變的條件下，隨溫度升高，3種表面活性劑體系與原油間界面張力均有所下降。進(jìn)一步分析表中數(shù)據(jù)可知，A類表面活性劑的界面張力隨溫度變化幅度小，因此，A類表面活性劑具有良好的耐溫特性針對(duì)目標(biāo)油藏可根據(jù)。針對(duì)目標(biāo)油藏可根據(jù)其溫度選擇在這個(gè)溫度下界面張力最低的表面活性劑進(jìn)行使用。

2.3 表面活性劑抗鹽特性分析評(píng)價(jià)

采用不同礦化度NaCl鹽水配制1200mg·L-1的不同類型表面活性劑體系，在55℃條件下，測(cè)試其與原油間界面張力測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 界面張力測(cè)試結(jié)果（mN·m-1）Tab.3 Test results of interfacial tension

從表3可以看出，在藥劑濃度相同條件下，隨溶劑水礦化度增加，3種表面活性劑體系與原油間界面張力有所下降，進(jìn)一步分析可以，A類表面活性劑在礦化度增加時(shí)，界面張力變化幅度較小，因此，A類表面活性劑具有較好的耐鹽特性。

2.4 表面活性劑吸附特性分析評(píng)價(jià)

采用 10000mg·L-1的 NaCl鹽水配制 1200mg·L-1的不同類型表面活性劑體系，表面活性劑體系與油砂接觸次數(shù)及其界面張力實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 界面張力測(cè)試結(jié)果（mN·m-1）Tab.4 Test results of interfacial tension

從表4可以看出，C類表面活性劑體系抗吸附能力較強(qiáng)，在2次吸附后仍能保持較低界面張力。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)當(dāng)吸附次數(shù)大于2次時(shí)，3類表面活性劑界面張力都明顯上升。

2.5 表面活性劑驅(qū)油效果

驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及采收率增幅見表5。

表5 驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.5 Test results of oil displacement effect

從表5可以得出，無論在注入表面活性劑之前是否水驅(qū)至98%后，使用C類表面活性劑體系的采收率增幅最大，表明C類表面活性劑洗油效率最高。同一種表活劑體系，先注入表活劑再進(jìn)行水驅(qū)，比水驅(qū)之后再注入表活劑的總采收率更高，分析認(rèn)為水驅(qū)會(huì)驅(qū)使巖心內(nèi)部形成優(yōu)勢(shì)通道，降低表活劑的波及體積，采收率增幅降低。

進(jìn)一步分析認(rèn)為，C類表面活性劑之所以有跟高的驅(qū)油效率，一方面，它可更好地降低油水接觸面上的界面張力，油滴更容易變形，因此，降低油滴驅(qū)出孔隙所需要的功，使油更易被采出。另一方面，他有利于使選擇性潤(rùn)濕角減小幅度增大，使巖石顆粒表面顆粒水潤(rùn)濕性加強(qiáng)，使巖石更加親水。正因?yàn)檫@兩個(gè)方面的協(xié)同作用，使得表面活性劑具有洗油，提高采收率增幅的作用。

3 結(jié)論

對(duì)于3類表面活性劑，他們的性質(zhì)受溫度，礦化度，濃度等外在因素影響。表面活性劑溶液濃度越高，表面活性劑與原油間的界面張力越低，且表面活性劑溶液存在一個(gè)臨界濃度，當(dāng)超過這個(gè)濃度時(shí)，表面活性劑與原油間的界面張力隨濃度的增加其變化幅度減小。表面活性劑與油砂接觸后，其與原油間的界面張力會(huì)隨著接觸次數(shù)的增加而逐漸增大，當(dāng)接觸次數(shù)大于兩次時(shí)，界面張力上升幅度會(huì)顯著增大。對(duì)比3種表面活性劑，C類表面活性劑表現(xiàn)出較低的界面張力以及較好的抗吸附能力和驅(qū)油效率。

在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度越高，界面張力越小，洗油效果越好；隨著礦化度升高，表面活性劑與原油間的界面張力均有一定幅度下降；對(duì)比3種表面活性劑，A類表面活性劑表現(xiàn)出較好的耐鹽性和耐溫性。