界面張力與潤(rùn)濕性對(duì)化學(xué)滲吸的影響
——以延長(zhǎng)油田杏子川低滲油藏為例

劉 凱，趙 洋，王維波，楊 紅

(1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710065；2.陜西省二氧化碳封存與提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710065)

低滲油藏儲(chǔ)層致密、裂縫發(fā)育，生產(chǎn)開(kāi)發(fā)中單純靠加壓驅(qū)替的方法很難采出基質(zhì)油，滲吸采油是該類油藏基質(zhì)出油的一種重要方法[1-6]。在水驅(qū)的基礎(chǔ)上強(qiáng)化滲吸采油是提高低滲油藏開(kāi)發(fā)效果的一種方式，如延長(zhǎng)油田[7]提出的“適度溫和注水”，通過(guò)合理的注入速度達(dá)到滲吸和驅(qū)替的平衡，在保證驅(qū)替的前提下使注入水的滲吸效果最大化；另一種利用滲吸采油的方式是化學(xué)滲吸[8-10]，通過(guò)表面活性劑改變滲吸液的化學(xué)性質(zhì)從而提高滲吸采收率。化學(xué)滲吸是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)油藏條件、儲(chǔ)層原油物性、注入水的水質(zhì)等對(duì)滲吸效果的影響進(jìn)行了大量研究[11-12]，但以往的研究多集中于某一個(gè)方面，難以有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

延長(zhǎng)油田杏子川某油區(qū)主力開(kāi)發(fā)層系為長(zhǎng)2和長(zhǎng)6儲(chǔ)層，儲(chǔ)層滲透率0.19×10-3～12.18×10-3μm2，屬于典型的低滲透油藏，儲(chǔ)層致密、裂縫發(fā)育，水驅(qū)采收率低。文中以提升延長(zhǎng)油田低滲油藏滲吸采收率為目的，研究不同界面張力-潤(rùn)濕性組合的滲吸液體系對(duì)于滲吸效果的影響規(guī)律，篩選出最佳的化學(xué)滲吸體系，為礦場(chǎng)應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及材料

(1)實(shí)驗(yàn)儀器為TX500C旋轉(zhuǎn)滴表界面張力儀、JC2000D4M型接觸角測(cè)量?jī)x、恒溫箱、巖心驅(qū)替裝置；

(2)實(shí)驗(yàn)用滲吸瓶為定制amott瓶，最小刻度為0.01 mL；

(3)實(shí)驗(yàn)用表面活性劑如下：A為椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，非離子型；B為聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物，非離子型；C為脂肪醇聚氧乙烯醚，非離子型；實(shí)驗(yàn)用水根據(jù)油田礦場(chǎng)地層水組成配置，其中，Ca2+和Mg2+離子濃度8 352 mg/L，Na+離子濃度 25 942 mg/L，總礦化度94 109 mg/L。

(4)實(shí)驗(yàn)用油為延長(zhǎng)油田杏子川采油廠某油區(qū)長(zhǎng)6脫氣原油與航空煤油12混合而成，黏度6.06 mPa·s，與儲(chǔ)層原油黏度相近；

(5)實(shí)驗(yàn)溫度為油藏溫度42 ℃；

(6)實(shí)驗(yàn)用巖心為天然巖心，長(zhǎng)度4.8～5.1 cm，直徑2.5 cm，孔隙度為9.03%～12.30%，平均為10.83%；滲透率為7.80×10-3～11.70×10-3μm2，平均為9.16×10-3μm2。采用油驅(qū)水造束縛水的方式飽和油，飽和油后在油藏溫度下置于實(shí)驗(yàn)用油中老化30 d以上，平均含油飽和度32%。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)界面張力與潤(rùn)濕性測(cè)量。界面張力使用界面張力儀進(jìn)行測(cè)量，潤(rùn)濕性使用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量。

(2)靜態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)，采用amott瓶自吸法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，步驟如下：①滲吸瓶預(yù)先用洗液浸泡12 h，使其內(nèi)表面為強(qiáng)親水，使用蒸餾水清洗烘干，待用；②采用實(shí)驗(yàn)用水配置滲吸液，烘箱中放置24 h，排出溶解氣；③將巖心表面浮油擦凈后放入滲吸瓶中，加滿滲吸液，密封滲吸瓶；④將滲吸瓶放入恒溫箱中，定時(shí)記錄出油量，直到出油量不變?yōu)橹埂?/p>

2 結(jié)果與討論

2.1 滲吸液配制

根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究[10-14]，滲吸液對(duì)滲吸的影響主要是改變油水界面張力、潤(rùn)濕性、乳化性和pH值。乳化性[14]主要是通過(guò)乳化分散，從而增強(qiáng)油滴在巖心孔道內(nèi)的流動(dòng)能力；pH值[13]則主要是影響滲吸液的乳化能力。本次實(shí)驗(yàn)采取靜態(tài)滲吸的方式，乳化性的作用相對(duì)較小，故滲吸液配制指標(biāo)為界面張力與潤(rùn)濕性。

滲吸過(guò)程中，界面張力主要起動(dòng)力的作用，因此太小的界面張力不利于自發(fā)滲吸；潤(rùn)濕性則決定了自發(fā)滲吸能否發(fā)生[9]。化學(xué)滲吸中，表面活性劑的加入會(huì)同時(shí)改變油水界面張力與巖石潤(rùn)濕性，以往的單因素實(shí)驗(yàn)存在較大誤差。因此，本實(shí)驗(yàn)采取不同配方、不同濃度表面活性劑復(fù)配的方式，篩選出不同的界面張力-潤(rùn)濕性組合，考察不同性質(zhì)組合的滲吸能力，優(yōu)選出最佳的滲吸液體系?；诖怂悸罚瑥?fù)配19組滲吸液進(jìn)行靜態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)，配方及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

2.2 滲吸效果評(píng)價(jià)

2.2.1 靜態(tài)滲吸采收率

從表1可以看出，單純的地層水滲吸采收率僅為1.80%，19組不同表面活性劑體系滲吸采收率最低為2.50%、最高為50.00%，計(jì)算平均值為17.68%?？梢?jiàn)，表面活性劑的加入可以促進(jìn)自發(fā)滲吸的發(fā)生，化學(xué)滲吸的效果要好于地層水滲吸。不同滲吸液體系提高采收率效果差別較大，說(shuō)明靜態(tài)滲吸采收率受到滲吸液體系參數(shù)的綜合影響，其中編號(hào)為10、11、12、14和18的實(shí)驗(yàn)提高采收率幅度高達(dá)32%～50%。

2.2.2 界面張力與潤(rùn)濕性

根據(jù)表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分別繪制界面張力與靜態(tài)滲吸采收率、潤(rùn)濕性與靜態(tài)滲吸采收率關(guān)系圖(圖1、圖2)，分析不同滲吸液配方滲吸效果差別較大的原因以及界面張力和潤(rùn)濕性分別對(duì)靜態(tài)滲吸采收率的影響規(guī)律。

表1 靜態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)參數(shù)

從圖1中可以看出，高界面張力值更有利于靜態(tài)滲吸，當(dāng)界面張力小于0.01 mN·m-1時(shí)，靜態(tài)滲吸采收率最高只能達(dá)到14.29%，平均為7.22%。當(dāng)界面張力為0.01～0.10 mN·m-1時(shí)，通過(guò)計(jì)算可以得到，靜態(tài)滲吸采收率平均值為26.84%；當(dāng)界面張力為0.1～1.0 mN·m-1時(shí)，通過(guò)計(jì)算可以得到，靜態(tài)滲吸采收率平均值為21.6%，滲吸采收率相差不大，滲吸采收率高點(diǎn)集中在0.1 mN·m-1附近。由于在滲吸過(guò)程中界面張力為滲吸的動(dòng)力，所以較低的界面張力不利于滲吸過(guò)程的進(jìn)行，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。

從圖1可以看出，當(dāng)界面張力小于0.01 mN·m-1時(shí)，潤(rùn)濕性的改變不會(huì)顯著影響靜態(tài)滲吸采收率，說(shuō)明此范圍內(nèi)界面張力是制約靜態(tài)滲吸采收率的主要因素；當(dāng)界面張力大于0.01 mN·m-1時(shí)，界面張力與靜態(tài)滲吸采收率之間沒(méi)有明顯規(guī)律，說(shuō)明此范圍內(nèi)滲吸采收率受到界面張力和潤(rùn)濕性的共同影響。

圖1 界面張力-靜態(tài)滲吸采收率關(guān)系

從圖2中可以看出，表面活性劑的加入可以顯著提高滲吸液的潤(rùn)濕性，從弱親油轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水，實(shí)驗(yàn)條件下接觸角最多可以降低到19.3°，接觸角對(duì)靜態(tài)滲吸采收率的影響沒(méi)有明顯規(guī)律，低接觸角不一定帶來(lái)高的靜態(tài)滲吸采收率，說(shuō)明潤(rùn)濕性的影響主要使?jié)B吸能夠自發(fā)進(jìn)行，由于不涉及油膜脫落等過(guò)程，潤(rùn)濕性改變黏附功的機(jī)理在靜態(tài)滲吸當(dāng)中作用很小。

圖2 潤(rùn)濕性-靜態(tài)滲吸采收率關(guān)系

從圖1可知，界面張力大于0.01 mN·m-1時(shí)，高接觸角時(shí)反而滲吸采收率整體更高。當(dāng)接觸角小于30°時(shí)，靜態(tài)滲吸采收率最高為26.67%，平均為10.66%；當(dāng)接觸角大于30°時(shí)，靜態(tài)滲吸采收率最高為50%，平均為33.15%。從圖2、表1可知，當(dāng)接觸角大于30°時(shí)，滲吸液的界面張力平均為0.096 mN·m-1；當(dāng)接觸角小于30°時(shí)，界面張力則減小到0.043 mN·m-1，這是由于低的接觸角需要更高的表面活性劑濃度(接觸角小于30°時(shí)，表面活性劑濃度平均為0.259%；接觸角大于30°時(shí)，表面活性劑濃度平均為0.190%)，從而導(dǎo)致界面張力降低。因此，化學(xué)滲吸時(shí)若使用表面活性劑類潤(rùn)濕劑，應(yīng)使用合適的濃度，避免為了追求低接觸角導(dǎo)致界面張力過(guò)小。

2.2.3 滲吸最佳體系參數(shù)

從界面張力和潤(rùn)濕性對(duì)靜態(tài)滲吸采收率的影響可以看出，靜態(tài)滲吸采收率主要受到滲吸液綜合性質(zhì)的影響，單一因素不存在明顯規(guī)律。為了表征每一個(gè)因素對(duì)靜態(tài)滲吸采收率的影響程度，使用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行貢獻(xiàn)度分析，研究各因素對(duì)于靜態(tài)滲吸采收率的貢獻(xiàn)大小。結(jié)果表明，界面張力貢獻(xiàn)度為72.3%，潤(rùn)濕性貢獻(xiàn)度為27.7%，即在實(shí)驗(yàn)條件下，界面張力對(duì)靜態(tài)滲吸采收率的貢獻(xiàn)程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于潤(rùn)濕性，與前面的分析相吻合。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制界面張力-潤(rùn)濕性-靜態(tài)滲吸采收率關(guān)系圖(圖3)，研究滲吸液最優(yōu)性質(zhì)組合。從圖中可以看出(綠色虛線框內(nèi))，實(shí)驗(yàn)條件下，界面張力為0.05～0.20 mN·m-1、潤(rùn)濕角為27.1°～52.1°時(shí)，靜態(tài)滲吸效果較好，滲吸采收率為14.29%～50.00%，平均為35.65%。通過(guò)分析靜態(tài)滲吸采收率大于20% 的滲吸液體系(表1)，杏子川低滲油藏化學(xué)滲吸最佳體系為椰子油脂肪酸二乙醇酰胺與脂肪醇聚氧乙烯醚復(fù)配體系。其中，當(dāng)椰子油脂肪酸二乙醇酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.075%～0.200%、脂肪醇聚氧乙烯醚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.025%～0.150%時(shí)，復(fù)配體系的室內(nèi)靜態(tài)滲吸采收率大于30%。

圖3 界面張力-潤(rùn)濕性-靜態(tài)滲吸采收率關(guān)系

3 結(jié)論

(1)化學(xué)滲吸效果受界面張力和潤(rùn)濕性雙重控制，在實(shí)驗(yàn)條件下，界面張力、潤(rùn)濕性對(duì)靜態(tài)滲吸采收率的貢獻(xiàn)程度分別為72.30%和27.70%。靜態(tài)滲吸過(guò)程中，界面張力為滲吸作用的主要?jiǎng)恿Γ瑵?rùn)濕性控制著滲吸作用的自發(fā)進(jìn)行，因此，滲吸劑篩選不必過(guò)于追求超低界面張力，否則會(huì)影響滲吸效果及增加成本。

(2)杏子川油田滲吸液體系界面張力為0.05～0.20 mN·m-1、潤(rùn)濕角為27.1°～52.1°時(shí)，靜態(tài)滲吸效果較好。

(3)礦場(chǎng)應(yīng)用的表活劑體系建議為椰子油脂肪酸二乙醇酰胺與脂肪醇聚氧乙烯醚復(fù)配體系，其中椰子油脂肪酸二乙醇酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.075%～0.200%，脂肪醇聚氧乙烯醚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.025%～0.150%，室內(nèi)靜態(tài)滲吸采收率大于30%。