陰-陽(yáng)離子表面活性劑潤(rùn)濕性能研究

張 磊，梁 偉，宋志東，宋 菲，馮雷雷

（中國(guó)石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東東營(yíng) 257000）

表面活性劑驅(qū)是油田化學(xué)驅(qū)[1，2]的一個(gè)方法，由于陰-陽(yáng)離子表面活性劑復(fù)配[3，4]時(shí)其水溶液容易形成沉淀，從而導(dǎo)致陰陽(yáng)離子表面活性劑混合體系不僅在應(yīng)用中成為配伍禁忌，而且相關(guān)理論研究也比較滯后，因此陰陽(yáng)離子表面活性劑在油田化學(xué)驅(qū)中的應(yīng)用報(bào)道較少。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，陰陽(yáng)離子表面活性劑混合體系水溶液具有很多異常性質(zhì)，如由于陰陽(yáng)離子表面活性劑在水溶液中存在著強(qiáng)烈的靜電作用和疏水性碳鏈間的相互作用[5，6]，促進(jìn)了兩種帶不同電荷表面活性劑離子間的締合，在溶液中很容易形成膠束，產(chǎn)生比單一表面活性劑更高的表面活性。此外，陰陽(yáng)離子表面活性劑混合體系可明顯降低陽(yáng)離子表面活性劑在巖心上的吸附損耗，從而可顯著降低陽(yáng)離子表面活性劑的固有缺陷。Shell 的Scott L.Wellington 研究了陰離子-陽(yáng)離子表面活性劑的驅(qū)油性能。印度Dibrugarh 大學(xué)的Gogoi教授研究了陽(yáng)離子表面活性劑雙十二烷基溴化胺與陰離子表面活性劑木質(zhì)素磺酸鈉復(fù)配體系的驅(qū)油性能。但是目前關(guān)于陰-陽(yáng)離子表面活性劑微乳體系對(duì)原油增溶性能的研究較少。本文通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)自制的雙親水頭基，雙聚醚官能團(tuán)的陰非離子表面活性劑，并與含有陽(yáng)離子的表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，克服了陰、陽(yáng)離子表面活性劑復(fù)配時(shí)容易生成沉淀、液晶等缺點(diǎn)。本文研制的用于強(qiáng)化采油的陰陽(yáng)離子復(fù)合表面活性劑，在使用濃度極低的條件下，既可實(shí)現(xiàn)微乳驅(qū)的作用，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明具有良好的降壓增注效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要材料和儀器

聚醚羧酸鹽磺酸鹽[7，8]，實(shí)驗(yàn)室自制；雙十八烷基二甲基氯化銨，蘇州源泰潤(rùn)化工有限公司；巖心薄片，勝利油田純41 沙四段巖心；原油，勝利油田純41 塊沙四段；注入水，勝利油田純8 注水站注入水；接觸角測(cè)定儀，常州泰勒儀器科技有限公司；氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析儀，江蘇天瑞儀器股份有限公司；激光粒度儀，HORIBA；凝固點(diǎn)測(cè)定儀，山東盛泰儀器有限公司；磁力加熱攪拌器，常州金壇良友儀器有限公司；真空干燥箱，上海坤天實(shí)驗(yàn)室儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 陰-陽(yáng)離子表面活性劑SL-YYH-1 的制備 把聚醚羧酸鹽磺酸鹽、雙十八烷基二甲基氯化銨、水、溶劑按1:1:90:8 的比例配比加入攪拌器，加熱攪拌混合均勻后放入烘箱，蒸除溶劑及水后得到陰-陽(yáng)離子表面活性劑。

1.2.2 潤(rùn)濕性改變性能測(cè)試實(shí)驗(yàn) 表面活性劑對(duì)巖石潤(rùn)濕性的改變，是降低驅(qū)替液的注入壓力，提高低滲透油藏采收率的關(guān)鍵作用之一。潤(rùn)濕性的測(cè)定方法有自吸法、離心法、接觸角法等多種，本文采用的是接觸角測(cè)量法：將巖心薄片浸入油或水中，然后在巖石薄片表面上滴上一滴油或水，利用接觸角測(cè)定儀測(cè)出接觸角，詳細(xì)步驟參考標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5153-2017《油藏巖石潤(rùn)濕性測(cè)定》中第5 章的規(guī)定和方法。

1.2.3 降壓物模實(shí)驗(yàn)

（1）用精濾后的注入水飽和經(jīng)洗油、烘干處理好的巖心（要飽和較長(zhǎng)時(shí)間，每隔2 h 抽0.5 h，飽和48 h以上，以保證巖心全部水濕）；

（2）裝巖心，打環(huán)壓；

（3）容器內(nèi)裝煤油，放空，建立束縛水飽和度。具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程為：干凈的巖心樣品—多次（抽空—飽和地層水）—油驅(qū)水—直至連續(xù)一段時(shí)間（1 h 以上）沒(méi)有水出來(lái)為止。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)采用較低的速度驅(qū)替，然后逐漸提高驅(qū)替速度，確保建立起真正的束縛水飽和度；

（4）自檢、校零，用精濾注入水正向測(cè)定滲透率，記錄壓力；

（5）反通表活劑溶液4 PV，停3 d，然后用注入水正測(cè)滲透率，記錄壓力。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，室內(nèi)開(kāi)展了微乳降壓物模實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)圖1）。

2 結(jié)果與討論

2.1 潤(rùn)濕性能改變實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

圖1 降壓模擬實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1 Depressurization simulation test device diagram

2.1.1 室溫下油田注入水和0.5 %的SL-YYH-1 溶液在原油飽和巖心表面的接觸角 室溫條件下，取原油飽和巖心切片置于接觸角測(cè)量?jī)x的測(cè)量臺(tái)中，向切片表面滴加5 μL 油田注入水，測(cè)得水滴與切片表面的接觸角為77.07°（見(jiàn)圖2）。

圖2 注入水滴與原油飽和巖心切片的接觸角Fig.2 Contact angle between injected water drop and saturated core slice of crude oil

室溫條件下，取原油飽和巖心切片置于接觸角測(cè)量?jī)x的測(cè)量臺(tái)中，向切片表面滴加5 μL 濃度0.5 %的SL-YYH-1 溶液，檢測(cè)得液滴與切片表面的接觸角為22.29°（見(jiàn)圖3）。

圖3 液滴與原油飽和巖心切片的接觸角Fig.3 Contact angle between droplet and saturated core slice of crude oil

注入水與飽和巖心切片的接觸角數(shù)據(jù)證明，原油飽和巖心切片模擬的長(zhǎng)期采油過(guò)程中的巖心孔道表面的潤(rùn)濕性為油濕型。在油田開(kāi)采中，原油在長(zhǎng)期運(yùn)移過(guò)程中在巖心表面不斷吸附、滲透，最終造成巖心表面由水濕型轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜐裥?。原油和其他有機(jī)堵塞物會(huì)聚集、黏附于油濕型的巖心表面，造成地層巖心孔道的堵塞。0.5 %的SL-YYH-1 溶液與飽和巖心切片的接觸角數(shù)據(jù)證明，陰陽(yáng)離子表面活性劑體系具有一定的親油性，在油濕型的巖心表面迅速地鋪展開(kāi)來(lái)，有利于表面活性劑體系在地層巖心孔道表面發(fā)揮作用，從而進(jìn)一步發(fā)揮表面活性劑體系和微乳液體系的解堵性能。

圖4 注入水中油滴與原油飽和巖心切片的接觸角Fig.4 Contact angle between oil drop in injection water and saturated core slice of crude oil

2.1.2 室溫下原油在注入水和0.5 %的SL-YYH-1 溶液中與原油飽和巖心表面的接觸角 室溫條件下，取原油飽和巖心切片置于接觸角測(cè)量?jī)x石英檢測(cè)池中，向切片表面滴加5 μL 原油，向檢測(cè)池中注入10 mL現(xiàn)場(chǎng)注入水，檢測(cè)得在注入水中油滴與切片表面的接觸角為27.39°（見(jiàn)圖4）。

室溫條件下，取原油飽和巖心切片置于接觸角測(cè)量?jī)x石英檢測(cè)池中，向切片表面滴加5 μL 原油，向檢測(cè)池中注入10 mL 的0.5 % 的SL-YYH-1 溶液，測(cè)得在表面活性劑溶液中油滴與切片表面的接觸角為34.47°（見(jiàn)圖5）。

圖5 SL-YYH-1 溶液中油滴與原油飽和巖心切片的接觸角Fig.5 Contact angle between oil drop in SL-YYH-1 solution and saturated core slice of crude oil

注入水中油滴與飽和巖心切片的接觸角數(shù)據(jù)進(jìn)一步證明，巖心表面為油濕型，原油與巖心表面的接觸角小，在運(yùn)移過(guò)程中易于黏附于固體表面。而表面活性劑溶液中油滴與巖心表面的接觸角相較于水中已有一定程度的增大，說(shuō)明在僅室溫條件下，表面活性劑體系已經(jīng)對(duì)巖心的表面潤(rùn)濕性產(chǎn)生了一定的影響與改變。

2.1.3 90 ℃下原油在注入水和0.5 %SL-YYH-1 溶液中與原油飽和巖心表面的接觸角 取原油飽和巖心切片置于接觸角測(cè)量?jī)x石英檢測(cè)池中，向切片表面滴加5 μL 油田原油，向檢測(cè)池中注入10 mL 的90 ℃恒溫30 min 的現(xiàn)場(chǎng)注入水，檢測(cè)得在高溫注入水中油滴與切片表面的接觸角為30.77°（見(jiàn)圖6）。

圖6 高溫注入水中油滴與原油飽和巖心切片的接觸角Fig.6 Contact angle between oil drop in high temperature injection water and saturated core slice of crude oil

接觸角數(shù)據(jù)表明，在高溫注入水條件下，油滴與巖心的接觸角相較于常溫條件有一定程度的增大，但是增大程度有限。這能在一定程度說(shuō)明高溫條件下巖心表面的油濕程度能夠得到很小幅度的緩解，但是依然不能改變巖心表面油濕型的本質(zhì)。取原油飽和巖心切片置于接觸角測(cè)量?jī)x石英檢測(cè)池中，向切片表面滴加5 μL 原油，向檢測(cè)池中注入10 mL 90 ℃恒溫30 min的0.5 %降壓增注化學(xué)劑，結(jié)果顯示在高溫表面活性劑溶液中油滴迅速?gòu)膸r心表面剝離并增溶至表面活性劑溶液中（見(jiàn)圖7）。

油滴在高溫表面活性劑溶液中從巖心表面剝離并增溶至體相中的現(xiàn)象說(shuō)明，SL-YYH-1 體系能夠很好地改善巖心表面的油濕性，極大程度地促進(jìn)原油從巖心表面脫離，同時(shí)該表面活性劑體系對(duì)原油有著極佳的增溶能力。

圖7 高溫下表面活性劑溶液中油滴在原油飽和巖心切片上的增溶情況Fig.7 Solubilization of oil droplets in surfactant solution on saturated core section of crude oil at high temperature

表1 降壓前后滲透率、壓力對(duì)比表Tab.1 Comparison of permeability and pressure before and after depressurization

2.2 降壓物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

降壓物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1）。由表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，微乳液可以起到明顯的降壓效果，降壓率可達(dá)30 %以上。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)聚醚羧酸鹽磺酸鹽和雙十八烷基二甲基氯化銨研制的陰-陽(yáng)離子表面活性劑體系，具有良好的潤(rùn)濕改變能力。

（2）油滴在高溫表面活性劑溶液中從巖心表面剝離并增溶至體相中的現(xiàn)象說(shuō)明，SL-YYH-1 體系能夠很好地改善巖心表面的油濕性，極大程度 地促進(jìn)原油從巖心表面脫離，同時(shí)該表面活性劑體系對(duì)原油有著極佳的增溶能力。

（3）物模實(shí)驗(yàn)顯示，使用陰-陽(yáng)離子表面活性劑體系驅(qū)替巖心，對(duì)巖石滲透率提高率超過(guò)20 %，對(duì)注水降壓率超過(guò)30 %。