表面活性劑降壓增注技術(shù)現(xiàn)狀及展望

李旭東，劉 音，李 欣，劉云博，戈素青，李 博，王瑞泓

（中國石油渤海鉆探井下技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300280）

眾所周知，低滲透油藏具有儲層致密、滲透率低等特點，采油過程中通常會導(dǎo)致油層吸水能力低、注水壓力過高等。如果長期達不到注水配注要求，地層能量下降較快，將嚴(yán)重影響油井產(chǎn)量。目前，油田常用酸化壓裂、納米增注等措施降低注水壓力，提高注水量。但是，上述措施也存在有效期短、作用半徑小、成本較高等問題，亟需尋找替代方案。

近年來，表面活性劑因其具有特殊結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的界面活性，常被用來降低滲透油藏的油水界面張力，改變巖石表面潤濕性，乳化分散原油，提高水相滲透率，達到降壓增注的目的。目前，國內(nèi)外均有以表面活性劑作為壓裂段塞的現(xiàn)場增產(chǎn)試驗，如靖安油田采用表面活性劑WLW[1]、美國耶茨油田（Yates Field）采用烷基醇聚氧乙烯醚[2]，均取得了較為良好的增產(chǎn)效果。本文綜述了國內(nèi)低滲油藏表面活性劑降壓增注技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)和分析了成功經(jīng)驗，對低滲油藏開展降壓增注研究及工程實踐具有重要的借鑒意義。

1 表面活性劑降壓增注原理

表面活性劑是一種在低濃度下迅速降低表面張力的物質(zhì)，分子結(jié)構(gòu)上同時具有親水基和親油基。正是因為它的這種“兩親”性質(zhì)，使其能夠顯著降低界面張力。根據(jù)表面活性劑的親水基團類型、組成及結(jié)構(gòu)特點，可將其劃分為六種類型，即陰離子型、非離子型、陽離子型、復(fù)配型、雙子型以及兩性表面活性劑?；诒砻婊钚詣┑淖饔锰卣?，可從以下幾種機理達到提高采收率的目的。

（1）降低油水界面張力。在石油采收過程中，驅(qū)油劑的波及系數(shù)和洗油效率是采收率的決定性因素。洗油效率隨著毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)增加而增加。在注水開發(fā)后期，通過降低油水界面張力，可使毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)有2～3 個數(shù)量級的變化。加入表面活性劑可導(dǎo)致地層的毛細(xì)管作用大為降低，從而降低了剝離原油所需的黏附功，最終提高洗油效率。

（2）降低邊界層厚度，提高油水相滲流能力。表面活性劑分子吸附在低滲儲層的邊界層流體表面，導(dǎo)致邊界層流體的剝落功率大大的減小，巖心可流動孔喉變大，最終導(dǎo)致流體流動阻力減小，油水相的滲流能力增加。

（3）改變原油的流變性。原油的黏度受剪切應(yīng)力的影響，降低黏度和極限動剪切應(yīng)力，會導(dǎo)致采收率提高。表面活性劑吸附在瀝青質(zhì)點上，可以減弱瀝青質(zhì)點間的相互作用，增強其溶劑化外殼的牢固性，從而降低原油的極限剪切應(yīng)力，提高采收效率。

（4）改變巖石表面的潤濕性。驅(qū)油效率通常受巖石的濕潤性影響。親水性表面活性劑的驅(qū)油效率較好，而親油性表面活性劑的驅(qū)油效率差。驅(qū)油過程中，親水性表面活性劑可以使原油與巖石界面的接觸角增加，進一步使巖石表面的親油性親水性發(fā)生反轉(zhuǎn)，從而減少油滴在巖石表面的黏附功，促進原油的剝離。

（5）降低殘余油飽和度和注入壓力。表面活性劑體系對原油具有較強的乳化作用，在油水兩相流動剪切作用下，迅速使巖石表面的原油剝離、分散，形成水包油型乳狀液，改善油水兩相的流度比，波及系數(shù)會大大提高，毛管阻力和滲流阻力同時也會降低很多，導(dǎo)致油滴通過微小巖石孔道時的賈敏效應(yīng)減小，最后啟動壓力就會降低很多。

2 表面活性劑降壓增注技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

表面活性劑由于其特殊結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的界面活性，可以通過單分子層吸附機理、離子對機理及膠束增溶機理改變巖石表面潤濕性和油水界面張力，進而提高滲吸效率，改善低滲透油藏的油水滲流特性，從而達到降壓增注的目的。本文從不同表面活性劑類型（陰離子型、非離子型、雙子型和兩性表面活性劑、復(fù)配型表面活性劑）總結(jié)了表面活性劑降壓增注技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

2.1 陰離子型表面活性劑

在表面活性劑的生產(chǎn)過程中，陰離子表面活性劑的生產(chǎn)量最大，品種也特別多。按其親水基團的結(jié)構(gòu)主要可以分為磷酸酯鹽、羧酸鹽、磺酸鹽和硫酸酯鹽四大類別。陳文斌等[3]選取了聚氧乙烯烷基酚醚硫酸酯鈉鹽（AES）、聚氧乙烯烷基酚醚磷酸酯鈉鹽（AEP）、聚氧乙烯烷基酚醚硫酸酯銨鹽（AEN）和膨化劑聚季銨鹽（JC-931）進行組配，對長慶油田油房莊地區(qū)進行試驗，同時從配伍性、耐溫性、界面張力穩(wěn)定性和耐鹽性等方面對表面活性劑種類、表面活性劑和膨脹劑的加量確定百分比，最終確定了0.5 % AES+0.1 % JC-931 為最佳體系。周燕等[4]采用具有代表性的陰離子型表面活性劑石油羧酸鹽對孔隙率很小的烏南油田實施降壓增注試驗。結(jié)果表明，加入石油羧酸鹽表面活性劑的情況下，殘余油飽和度下水相滲透率可以得到很大程度增加，滲透率提高率最高能夠達到133 %，其平均值能夠達到125 %?？梢?，陰離子表面活性劑在降壓增注領(lǐng)域應(yīng)用效果較好，具有良好的前景。

2.2 非離子型表面活性劑

非離子表面活性劑是一種在水溶液中含有不離解的親水基醚基的表面活性劑，其表面活性由中性分子體現(xiàn)出來。按照親水基的結(jié)構(gòu)可以分為聚氧乙烯型、多元醇型、烷醇酰胺型、聚醚型、氧化胺型等幾種類型。與其他類型表面活性劑的相容性好，與陰離子和陽離子表面活性劑都可兼容；無毒、無刺激、生物降解性好，是新一代“綠色產(chǎn)品”。李曉東等[5]采用烷醇酰胺表面活性劑在室內(nèi)模擬和對大慶油田的采油二廠的7 口井進行降壓增注試驗。結(jié)果表明，烷醇酰胺表面活性劑能夠使采油的污水中界面張力達到10-2mN/m 數(shù)量級，界面張力的穩(wěn)定性非常好，同時發(fā)現(xiàn)該體系抗鹽能力也很強。此類表面活性劑也存在不足之處，其在地層中的穩(wěn)定性很差，并且不能耐高溫，價格很高，不能大量使用。崔曉東等[6]選取了OCS 表面活性劑和烷醇酰胺表面活性劑進行模擬試驗，結(jié)果表明OCS 表面活性劑的界面張力在10-2mN/m～10-3mN/m，并且發(fā)現(xiàn)OCS 表面活性劑的采收率明顯高于烷醇酰胺表面活性劑，表明非離子表面活性劑也存在一定程度的不足。

2.3 雙子表面活性劑

雙子表面活性劑是一種新型的表面活性劑，通過化學(xué)鍵將兩個或兩個以上的同一或幾乎同一的表面活性劑單體，在親水頭基或靠近親水頭基附近用聯(lián)接基團將這兩親成分聯(lián)接在一起，形成的一種表面活性劑。孫玉海等[7]采用G-3、G-4 和G-6 三種表面活性劑對勝利油田的原油進行降壓增注的室內(nèi)試驗，結(jié)果表明，雙子表面活性劑可將勝利油田的界面張力降到10-3mN/m。李瑞冬等[11]采用H 雙子表面活性劑在臨盤低滲油田進行效果試驗，結(jié)果表明，當(dāng)含量為0.05%～0.3%的時候，原油的界面張力達到10-2mN/m 數(shù)量級。馬銳[8]用烷基二甲基叔胺、鹵代烷烴為主要原料制備了一種適用于注水井降壓增注的雜雙子表面活性劑GXS-2，反應(yīng)方程式如下：

表1 GXS-2 溶液界面性能評價結(jié)果Tab.1 Evaluation results of GXS-2 solution interface performance

對GXS-2 與其他常規(guī)表面活性劑從協(xié)同性以及降壓增注效果進行研究，在常溫下的表面/界面張力。實驗表明，該雜雙子表面活性劑的界面活性很高，當(dāng)加量為0.05 %的時候，界面張力可達到0.028 mN/m，完全符合超低界面張力的效果。但是，雙子表面活性劑價格昂貴，難以大規(guī)模使用，并且國內(nèi)的研究仍然處于起步階段（見表1）。

2.4 兩性表面活性劑

兩性表面活性劑是在同一分子中既含有陰離子親水基又含有陽離子親水基的表面活性劑，最大特征在于其既能給出質(zhì)子又能接受質(zhì)子。此類表面活性劑主要分為氨基酸型、甜菜堿型和咪唑啉型。翟懷建等[9]提出在無堿條件下，注入甜菜堿型兩性活性劑的原油的界面張力可達10-3mN/m 超低水平。室內(nèi)的驅(qū)替實驗和現(xiàn)場應(yīng)用均表明，甜菜堿兩性表面活性劑可以大大提高原油采收率。范華波等[13]從界面張力和巖心濕潤性等方面進行實驗，研究表明兩性表面活性劑椰油酰胺丙基羥基磺基甜菜堿的效果均不如陰離子型表面活性劑AN211，AN211 更適合用于非常規(guī)的油氣藏儲層驅(qū)油。由此可見，兩性表面活性劑也存在不足之處。

2.5 復(fù)配型表面活性劑

復(fù)配表面活性劑比單一的表面活性劑具有很多優(yōu)勢，比如成本低、用量少等。復(fù)配產(chǎn)生增效作用同時，還會大大改善表面活性劑性能。唐敬珍等[14]對不同表面活性劑進行了篩選及復(fù)配，最終選擇由陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑組成的復(fù)配體系，應(yīng)用于低滲透油田的降壓增注?，F(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，4 口井的注入壓力明顯下降，視吸水指數(shù)上升，且有效期達到一年以上。張永剛等[10]采用由糖脂類表面活性劑與少量烷基酚聚氧乙烯醚類和烷醇酰胺類等非離子表面活性劑復(fù)配，組成了4 種生物表面活性劑OBS-01、OBS-02、OBS-03、OBS-04，對溫度為35 ℃、黏度為16.32 mPa·s的渭北油田長3 油藏脫氣、脫水原油，以及渭北油田長3 油藏地層產(chǎn)出水進行試驗，發(fā)現(xiàn)OBS-03 型表面活性劑可以使油水界面張力達到10-2mN/m，在形成膠束時可以有效地降低渭北油田長3 原油黏度，并且耐溫和耐礦化度性能較好[12]。

此外，大慶油田選取HB-1 和ZS-1 兩種表面活性劑作為復(fù)配表面活性劑體系主要成分，對低滲透油田降壓增注進行效果試驗，最終確定復(fù)配表面活性劑體系配方為0.3 % ZS-1+0.2 % HB-1+0.6 %NaCl，完全符合降壓增注的需求，但其應(yīng)用依然存在一些問題。

3 展望

表面活性劑降壓增注技術(shù)在室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗方面均取得較好的效果，說明這是一種適合低滲透油田降壓增注的新技術(shù)。但是，此技術(shù)在國內(nèi)仍然處于發(fā)展階段，現(xiàn)場應(yīng)用也不是很普遍，且成本較高，仍有較大研究和進步空間。

3.1 優(yōu)選表面活性劑

考察和研究目前油田注采狀況以及油藏自身地質(zhì)條件，建立注入工藝參數(shù)，篩選出使用方便且不會造成二次油層污染的低濃度表面活性體系，同時能夠有半年以上有效期且降壓增注效果顯著。

3.2 降低表面活性劑合成成本

此技術(shù)在國內(nèi)仍然處于發(fā)展階段，在合成技術(shù)和成本方面仍然不成熟。未來可以尋找低成本、來源廣泛的原料和制備方法，以便顯著降低表面活性劑的合成成本。

3.3 深化研究降壓增注技術(shù)

由于試驗區(qū)的層數(shù)多、儲層物性層間差異大等問題，使其平面及縱向矛盾更加突出。因此，未來可以針對這些存在的問題利用油藏數(shù)值模擬技術(shù)和中心注汽井分注技術(shù)來研究改善表面活性劑降壓增注技術(shù)。

4 結(jié)論

通過分析表面活性劑的作用特征，總結(jié)了提高采收率的作用機理。通過綜述國內(nèi)低滲油藏表面活性劑降壓增注技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)和分析了成功經(jīng)驗。目前的研究現(xiàn)狀表明，表面活性劑降壓增注技術(shù)能夠取得較好的效果，是極具發(fā)展?jié)摿Φ牡蜐B透油田降壓增注的新技術(shù)。但是，此技術(shù)在國內(nèi)仍然處于發(fā)展階段，現(xiàn)場應(yīng)用不是很普遍，且成本較高，仍有較大研究和進步空間。對今后該技術(shù)的發(fā)展方向進行了展望，需在優(yōu)選表面活性劑、降低表面活性劑合成成本、多技術(shù)融合方面深化對表面活性劑降壓增注技術(shù)的研究。