黏彈性表面活性劑吸附滯留特性研究

時冠蘭，余曉玲，張 鑫

中國石化江蘇油田分公司石油工程技術研究院，江蘇揚州225009

在化學驅(qū)油過程當中，表面活性劑起著重要作用，它能減少油水界面張力、增加毛管數(shù)，因此，原油采收率可得到大幅度的提高［1］。表面活性劑的應用非常廣泛，其吸附損失研究得到了關注和重視。在化學驅(qū)油過程中，表面活性劑在油藏中大量損失是最難解決的問題之一［2］。

目前在中、高滲油藏已成功推廣應用的聚合物驅(qū)［3］，由于其注入壓力高而無法在低滲油藏應用，黏彈性表面活性劑［4-5］具有一般驅(qū)油用表面活性劑降低油水界面張力的能力，同時因體系自身的黏彈性起到流度控制的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)油劑“一元化”的可能，特別是在低滲油藏驅(qū)油中，由于黏彈性表面活性劑具有的剪切變稀和觸變性，可有效保證低滲油藏驅(qū)油劑同時兼具易注入和流度控制能力，在低滲油藏具有更大的應用潛力，是一種極有前途的提高采收率方法。黏彈性表面活性劑在不同礦物表面均存在吸附損失，在驅(qū)油過程中也會不斷與多孔介質(zhì)表面發(fā)生接觸，進而發(fā)生吸附滯留。由于不同表面活性劑吸附、脫附能力不同，其通過多孔介質(zhì)后的驅(qū)油效果也會不同，因此，研究黏彈性表面活性劑在多孔介質(zhì)中流動狀態(tài)下的吸附滯留對于黏彈性表面活性劑驅(qū)油具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 材料及儀器

黏彈性表面活性劑VES；150～250 μm 的石英砂、蒙脫土、高嶺土；蒸餾水、移液管、離心管、比色皿、安瓿瓶；模擬地層水，礦化度25 000 mg/Lo

UV 1800 型紫外分光光度計、萬分之一天平、離心機、水浴槽。

1.2 靜態(tài)吸附性能研究方法

1.2.1 吸附液固比的確定

按液固比10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1和60∶1（mL/g）準確稱取不同質(zhì)量的石英砂、蒙脫土和高嶺土10、5、3.333、2.5、2和1.667 g，將其分別置于150 mL 的玻璃瓶中，各加入質(zhì)量分數(shù)0.05%VES 溶液100 mL，將玻璃瓶置于水浴槽中，吸附溫度設置為65 ℃，吸附時間為20 h，取上層清液，用離心機進行離心分離，再用紫外分光光度計測定VES吸附后的吸光度，算出吸附后的溶液濃度，進而得出吸附量。測試VES在不同液固比下吸附量的變化。

1.2.2 吸附平衡時間的確定

按確定液固比準確稱取不同質(zhì)量的石英砂、蒙脫土和高嶺土各2.5 g，將其分別置于150 mL的玻璃瓶中，各加入質(zhì)量分數(shù)0.05% VES 溶液100 mL。將玻璃瓶置于水浴槽中，吸附溫度設置為65 ℃，每隔5 h 取上層清液，用離心機進行離心分離，再用紫外分光光度計測定VES 吸附后的吸光度，算出吸附后濃度，進而得出吸附量，測試VES在不同吸附時間下吸附量的變化。

1.3 動態(tài)滯留實驗方法

1.3.1 巖心準備

選擇外形完整的巖心在烘箱中烘干，稱干質(zhì)量并測量其外形尺寸，計算氣測滲透率；將干巖心浸泡在鹽水中，放進真空干燥器中抽空飽和鹽水。 當巖心不再冒氣泡、飽和完全后取出稱質(zhì)量，計算巖心孔隙度。

1.3.2 實驗設備及流程

實驗設備及動態(tài)滯留實驗流程如圖1所示。

圖1 動態(tài)滯留實驗流程

1.3.3 實驗步驟

①將巖心裝入巖心夾持器，各試劑裝入中間容器，開啟烘箱在65 ℃下恒溫2 h；②用模擬地層水驅(qū)替，直到注入壓力穩(wěn)定為止；③按照實驗計劃注入不同濃度的VES 溶液，注入過程中監(jiān)測注入壓力的變化，同時在出口端等體積（0.1 PV）連續(xù)取樣測定產(chǎn)出液樣品平均濃度和平均黏度隨注入PV 數(shù)的變化，直到產(chǎn)出液濃度不再變化為止；④根據(jù)流出液中測得的VES 濃度和體積，利用物質(zhì)平衡原理計算巖心中滯留的VES滯留量。

2 結(jié)果與討論

2.1 靜態(tài)吸附研究

2.1.1 吸附液固比

研究測試VES 在不同液固比下吸附量的變化，結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可知：VES 在液固比小于20∶1 的時候，石英砂、高嶺土和蒙脫土的吸附量隨著液固比的增加而逐漸增加；當液固比大于20∶1 以后，石英砂吸附量的變化開始趨于穩(wěn)定，而蒙脫土和高嶺土在液固比大于30∶1 以后也開始趨于吸附平衡。因此，VES 靜態(tài)吸附測試的液固比確定為30∶1以上較合適。

圖2 VES吸附量隨液固比變化

2.1.2 吸附平衡時間

研究測試VES 在不同吸附時間下吸附量的變化，結(jié)果如圖3所示。

圖3 VES吸附量隨時間變化

由圖3 可知：VES 在石英砂和高嶺土上吸附15 h 后即可達到吸附平衡，在蒙脫土上吸附20 h后可達到平衡，因此，確定吸附時間均為20 h。

2.1.3 靜態(tài)吸附對性能的影響

VES 在礦物表面發(fā)生吸附后，其溶液濃度下降，相應地會對其溶液黏度產(chǎn)生影響。研究測試了65 ℃下吸附對VES 溶液黏度的影響，結(jié)果如圖4所示。

為研究靜態(tài)吸附對界面張力的影響，在65 ℃下測試了不同濃度的VES 溶液在石英砂、蒙脫土和高嶺土表面吸附后的油水界面張力變化，結(jié)果如圖5所示。

由圖4 和圖5 可知：隨著VES 濃度的增加，VES 在石英砂表面吸附后黏度損失較小，而在蒙脫土和高嶺土表面吸附后黏度損失幅度大。同時，VES 在不同礦物表面吸附前后的界面張力存在較大差別，其中在石英砂表面吸附后界面張力整體進一步下降或維持同一水平，而在蒙脫土和高嶺土表面吸附后界面張力增大。

圖4 吸附對VES溶液黏度的影響

圖5 吸附對油水界面張力的影響

2.2 動態(tài)吸附滯留量的影響

由靜態(tài)吸附研究可知，VES 在不同礦物表面均存在吸附損失，VES 在驅(qū)油過程中會不斷與多孔介質(zhì)表面發(fā)生接觸，進而發(fā)生吸附滯留，研究動態(tài)條件下溫度、VES濃度、儲層滲透率、礦化度、注入速度等因素對動態(tài)吸附滯留量的影響，為黏彈性表面活性劑的應用提供依據(jù)。

2.2.1 濃度的影響

在65 ℃條件下考察不同濃度的VES 以0.5 cm3/min 的注入速度注入巖心（氣測滲透率水平為100 mD）后的動態(tài)滯留量變化，結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同注入濃度VES動態(tài)滯留曲線

由圖6 可知：在測試的濃度范圍內(nèi)，隨注入濃度的增大，注入VES 達到穩(wěn)定后滯留量整體呈增大趨勢。原因可能是濃度越高，VES 聚集體尺寸越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，在多孔介質(zhì)中更容易發(fā)生滯留。

2.2.2 滲透率的影響

在其他條件相同的情況下，考察5 000 mg/L的VES以0.5 cm3/min的速度注入不同滲透率巖心且達到穩(wěn)定后的滯留量，結(jié)果如圖7所示。

由圖7 可知：VES 在較低滲透率（50 mD）時滯留量較小，后急劇增大并保持平穩(wěn)狀態(tài)。

圖7 不同滲透率VES動態(tài)滯留曲線

2.2.3 礦化度的影響

在其他條件相同的情況下，考察不同礦化度水配制5 000 mg/L 的VES 溶液，以0.5 cm3/min 速度注入相同滲透率水平（氣測100 mD）巖心且達到穩(wěn)定后的滯留量，結(jié)果如圖8所示。

圖8 不同礦化度VES動態(tài)滯留曲線

由圖8 可知：隨配制水礦化度增大，VES 在巖心中的平衡滯留量整體呈增加趨勢，其中，礦化度大于5 000 mg/L后滯留量增加幅度較平緩。

2.2.4 注入速度的影響

考察5 000 mg/L 的VES 溶液以不同速度注入相同滲透率水平（氣測100 mD）的巖心且達到穩(wěn)定后的滯留量，結(jié)果如圖9所示。

圖9 不同注入速度VES動態(tài)滯留曲線

由圖9 可知：在較低的注入速度（小于0.5 cm3/min）下，VES 滯留量隨注入速度增加較顯著；注入速度進一步增大后滯留量略有下降；當注入速度達到1.0 cm3/min后，滯留量又有所上升。

2.2.5 溫度的影響

考察不同溫度下5 000 mg/L 的VES 以0.5 cm3/min注入速度注入相同滲透率水平巖心（氣測100 mD）后的動態(tài)滯留量變化，結(jié)果如圖10所示。

圖10 不同溫度VES動態(tài)滯留曲線

由圖10 可知：隨溫度升高，VES 在巖石表面的滯留量呈顯著下降趨勢。

3 結(jié)論

1）通過實驗確定靜態(tài)吸附測試的液固比為30∶1 以上，吸附時間為20 h。VES 在石英砂表面吸附后黏度損失較小，而在蒙脫土和高嶺土表面吸附后黏度損失較大；在不同礦物表面吸附前后的界面張力存在較大差別。

2）動態(tài)條件下，隨注入濃度的增大，注入VES達到穩(wěn)定后，滯留量整體呈增大趨勢；隨配制水礦化度增大，VES 在巖心中的平衡吸附量整體呈增加趨勢，其中，礦化度大于5 000 mg/L 后，滯留量增加幅度較平緩；在較低的注入速度（小于0.5 cm3/min）下，VES 滯留量隨注入速度增加較顯著，注入速度進一步增大后滯留量略有下降；不同滲透率巖心中的滯留量表現(xiàn)為在較低滲透率（50 mD）時滯留量較小，后急劇增大并保持平穩(wěn)狀態(tài)；隨溫度升高，VES 在巖石表面的滯留量呈顯著下降趨勢。