表面活性劑驅(qū)油提高采收率原理及影響因素分析

候華晶

（大慶油田化工有限公司表活劑廠，黑龍江大慶 163000）

隨著我國對石油需求的大幅增加，如何提高石油采收率是目前各大油田石油科技從業(yè)人員關(guān)心的重點(diǎn)，注水進(jìn)行驅(qū)油由于操作簡單、成本低廉被廣泛應(yīng)用于石油開采中，但是，在實(shí)踐工作中，一旦油田含水量過高，注水驅(qū)油就無法滿足實(shí)際開采需求，油藏中的剩余油及殘余油無法順利被開采出來，極大降低了石油開采效率，而表面活性劑作為一種化學(xué)驅(qū)油方法可以通過改變油藏在巖石孔隙中的性能而顯著提高石油采收率，是目前我國驅(qū)油溶劑研究未來發(fā)展的方向。表面活性劑從分子結(jié)構(gòu)上來看主要由具有親水性和親油性的粒子構(gòu)成，表面活性劑驅(qū)油技術(shù)就是利用表面活性劑作為驅(qū)油劑來提高原油采收率。由于表面活性劑在石油開采中的應(yīng)用越來越廣泛，因此深入研究表面活性劑影響驅(qū)油技術(shù)對于提高原油采收率具有重要意義。表面活性劑溶于水后根據(jù)能否分解出離子而分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。表面活性劑驅(qū)油技術(shù)主要采用離子型表面活性劑，又細(xì)分為陽離子、陰離子和兩性表面活性劑。表面活性劑在溶液中親水基會(huì)不斷向水相靠攏，而親油機(jī)會(huì)向油相靠攏，基于表面活性劑的這種特殊性使得表面活性劑在油水混合界面上形成薄膜，表面活性劑的界面張力與其在油水界面上吸附程度成反比。表面活性劑溶解于溶液中后能夠降低油水混合物的界面張力，從而產(chǎn)生濕潤、乳化、增溶等效果。

表面活性劑是一種化學(xué)驅(qū)油技術(shù)，主要是將油藏空隙中的殘余油和剩余油清洗出來而提高石油采收率?；瘜W(xué)驅(qū)油技術(shù)主要通過以下3點(diǎn)來提高采收率：①對石油油藏縫隙中的運(yùn)動(dòng)特征和性能進(jìn)行改變；②對石油與驅(qū)油溶液之間相互作用的物理及化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化；③對油藏的物理和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化。理想的表面活性劑驅(qū)油技術(shù)要同時(shí)滿足以上3點(diǎn)，但是目前完全滿足以上條件的驅(qū)油介質(zhì)還需要進(jìn)一步探索及試驗(yàn)。表面活性劑作為一種化學(xué)驅(qū)油技術(shù)，其主要是通過降低油水混合物的表面界面張力來改變油藏縫隙中殘余油劑剩余油的運(yùn)動(dòng)性能，從而達(dá)到減少能量損失提高油水混合物移動(dòng)速率的目的，并最終實(shí)現(xiàn)提高石油采收率的目的。

1 表面活性劑提高石油采收率原理

1.1 通過降低界面張力提高石油采收率

在利用表面活性劑進(jìn)行驅(qū)油時(shí)，表面活性劑通過作用在石油中的油水混合物產(chǎn)生降低油水界面表面張力的效果。由于油水混合物表面界面張力降低，導(dǎo)致殘余石油或是剩余石油混合物聚集形成流體，而油水混合物的界面張力越小，油藏地下巖層中的縫隙對油水混合物的阻力也越小，石油就更容易在油藏中運(yùn)移出來，達(dá)到將石油從巖石中洗出的效果從而提高石油的采收率。

1.2 通過增強(qiáng)巖石的濕潤性來提高石油采收率

油水混合物在油藏縫隙中流動(dòng)過程中，在流經(jīng)親油油層時(shí)油水混合物中的油相更容易吸附于油藏巖石表面，導(dǎo)致油水混合物流動(dòng)性降低。而利用合適的表面活性劑可以增加巖石的濕潤性，使親油巖石逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水巖石來降低巖石表面對油水混合物所產(chǎn)生的吸附性，從而在提高油水混合物流動(dòng)性的同時(shí)降低油水混合物流動(dòng)時(shí)所損失的動(dòng)能，增強(qiáng)了油水混合物的驅(qū)油效果。

1.3 通過乳化作用來提高石油采收率

表面活性劑進(jìn)入油藏后與油藏內(nèi)的油水混合物融合后在表面形成乳狀液體。由于乳狀液體在油藏中巖石表面上的吸附性較低，而使油水混合物的流動(dòng)性增強(qiáng)，同時(shí)減少了油水混合物在巖石孔隙中的摩擦阻力，使油水混合物能夠更好地聚集及移動(dòng)，以便于清洗出油藏中的殘余油和剩余油。

1.4 通過調(diào)節(jié)油水極性來提高石油采收率

在利用表面活性劑驅(qū)油技術(shù)進(jìn)行驅(qū)油過程中，通常會(huì)加入醇類溶劑以調(diào)節(jié)油水混合物中油水極性，以促使表面活性劑能夠更多地依附于油水界面來增強(qiáng)油水混合物的流動(dòng)性。通過降低油水混合物表面的界面張力來提高表面活性劑性能。

2 影響表面活性劑驅(qū)油技術(shù)的主要因素

2.1 表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)影響其驅(qū)油效果

表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)是影響油水混合物表面界面張力的重要因素之一，表面活性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)中帶有支鏈結(jié)構(gòu)加入油水混合物后其表面界面張力相對于不帶支鏈結(jié)構(gòu)的要小得多，同時(shí)基鏈長度也是影響表面活性劑驅(qū)油效果的一大因素，基鏈長度與加入油水混合物所產(chǎn)生的界面張力成反比。但是基鏈中的碳原子數(shù)量在超過14個(gè)的情況下，基鏈長度越長界面張力又會(huì)重新增大。因此，可以認(rèn)為合格的表面活性劑要最大程度降低油水混合物的界面張力才能起到提高采收率的效果，這種情況下就要控制表面活性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)中的碳原子數(shù)量，一旦基鏈上碳原子數(shù)量超過14，就會(huì)對表面活性劑的界面張力產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其驅(qū)油效果下降。在實(shí)踐中，要想使表面活性劑的驅(qū)油效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，加入油藏的表面活性劑一般要選擇基鏈上碳原子的數(shù)量在14左右。

2.2 表面活性劑溶液濃度會(huì)影響其驅(qū)油效果

在通常情況下，表面活性劑溶液濃度越高，導(dǎo)致油水混合物的界面張力越低，但是表面活性劑的濃度依然存在一個(gè)臨界值會(huì)對油水混合物的界面張力產(chǎn)生反向影響。一旦表面活性劑的濃度超過該臨界值，油水混合物的界面張力將不會(huì)再隨表面活性劑濃度變化而變化，主要是因?yàn)楸砻婊钚詣舛仍谂R界值以下時(shí)，油水混合物界面上的表面活性劑濃度會(huì)隨表面活性劑的濃度增大而增大，這樣就會(huì)導(dǎo)致界面張力逐漸降低，而當(dāng)表面活性劑濃度超過臨界值，濃度持續(xù)加大會(huì)使油水界面上的表面活性劑進(jìn)入油相之中，從而使其影響界面張力降低到一定程度，最終影響石油采收率。

2.3 表面活性劑中鹽濃度會(huì)影響其驅(qū)油效果

在利用表面活性劑進(jìn)行驅(qū)油的過程中，鹽濃度也是影響驅(qū)油效果的重要因素之一。在理想情況下，界面張力越低驅(qū)油效果越好，而界面張力達(dá)到最佳驅(qū)油效果的條件就是表面活性劑和混合物中水相和油相形成的界面張力相等，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生最佳驅(qū)油效果。而鹽濃度可以調(diào)節(jié)表面活性劑與水相、油相相互作用產(chǎn)生的界面張力，因此存在一個(gè)最佳鹽濃度來平衡油相界面張力與水相界面張力，使油水混合物的界面張力最小，這使得油水混合物在油藏縫隙中所受的摩擦阻力最小而使能量損失隨之降低，從而提升了驅(qū)油效率及采收率。但是溶液中鹽濃度控制油相、水相界面張力的原理還有待進(jìn)一步研究，這也是表面活性劑驅(qū)油技術(shù)未來研究方向。

2.4 石油屬性會(huì)影響其驅(qū)油效果

碳?xì)浠衔锸鞘偷闹饕煞种?，由于不同碳?xì)浠衔锏姆肿咏Y(jié)構(gòu)不同造成石油屬性也不完全相同，其中分子結(jié)構(gòu)中基鏈上碳原子數(shù)量對表面活性劑融入油水混合物后的界面張力有著極為重要的影響，而石油分子結(jié)構(gòu)中烷烴、芳香烴等與表面活性劑進(jìn)行反應(yīng)后產(chǎn)生的界面張力也不盡相同。另外，石油化學(xué)結(jié)構(gòu)中的碳?xì)浔葘缑鎻埩σ矔?huì)產(chǎn)生重要影響。同樣的，表面活性劑與不同石油油藏混合過程中，由于石油屬性不同所形成的油水混合物的界面張力也會(huì)有所區(qū)別。因此，在利用表面活性劑進(jìn)行驅(qū)油的過程中，應(yīng)當(dāng)首先分析該區(qū)塊中油藏的石油屬性，重點(diǎn)分析石油化學(xué)結(jié)構(gòu)中的基鏈上碳原子的數(shù)量、碳?xì)浔纫约盁N類元素，才能根據(jù)油藏中石油特性配制出適合該區(qū)塊的表面活性劑以提高石油采收率。

2.5 地層溫度會(huì)影響其驅(qū)油效果

地層溫度隨地層深度的變化而變化，不同油藏所處的地層深度不同導(dǎo)致油藏溫度也不同，表面活性劑進(jìn)行驅(qū)油的過程中，油藏溫度超過一定數(shù)值后，表面活性劑因?yàn)槲皆谟筒貛r石孔隙中會(huì)導(dǎo)致表面活性劑濃度降低，間接影響與油水混合物反應(yīng)后的界面張力。表面活性劑吸附于油藏巖石孔隙中導(dǎo)致石油流動(dòng)的通道發(fā)生變化，高溫環(huán)境下發(fā)生黏附，影響了石油的流動(dòng)性從而不利于油水混合物運(yùn)移，影響石油采收率。另外，較高的溫度會(huì)影響表面活性劑整體性能，導(dǎo)致表面活性劑活性降低甚至失效。因此，在表面活性劑驅(qū)油過程中，要對油藏的溫度進(jìn)行測量，選擇適合在該溫度下反應(yīng)的表面活性劑來提高石油采收率。目前，在石油開采前線，較深巖層的石油開采中，由于溫度過高不適于利用表面活性劑進(jìn)行驅(qū)油，因此，對于表面活性劑生產(chǎn)廠家及石油科技工作者尋求適合在高溫環(huán)境工作的表面活性劑也是表面活性劑驅(qū)油技術(shù)研發(fā)的趨勢。

2.6 醇類添加劑會(huì)影響其驅(qū)油效果

在表面活性劑驅(qū)油技術(shù)中添加醇類溶劑是較為普遍的做法，醇類添加劑進(jìn)入油水混合物后，其中的醇分子產(chǎn)生降低油水混合物表面電荷數(shù)的效果，而油水混合物的表面電荷數(shù)降低后需要重新達(dá)成平衡就需要表面活性劑繼續(xù)釋放電荷，表面活性劑在釋放電荷過程中，會(huì)提高表面活性劑的表面活性增強(qiáng)其性能，從而提高其驅(qū)油效果。除此之外，醇類添加劑通過與油水混合物中的鹽發(fā)生反應(yīng)來調(diào)節(jié)鹽濃度，從而降低表面活性劑的能量消耗，提高石油流動(dòng)性。在表面活性劑中添加醇類添加劑可以降低油水混合物的黏性，從而促使油水混合物更易流動(dòng)，有利于提高驅(qū)油效率。

3 結(jié)論

1）在采油過程中，利用表面活性劑可以提高石油的采收率，表面活性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)中基鏈上的碳原子數(shù)量在14左右時(shí)，表面活性劑的性能最佳，可以有效提高石油采收率。

2）在采油單位對某個(gè)區(qū)塊進(jìn)行采油時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先對該區(qū)塊中不同濃度表面活性劑作用于油水混合物后的界面張力進(jìn)行測量，確定出表面活性劑的合適濃度使油水混合物界面張力在最低值，同時(shí)配制出適合的表面活性劑溶液。

3）通過大量的實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐工作可知，油藏中油水混合物的油相與水相界面張力相等時(shí)油水混合物的界面張力達(dá)到最低值，而在利用表面活性劑進(jìn)行驅(qū)油的過程中，鹽溶液濃度可以有效調(diào)節(jié)油水混合物油相和水相的界面張力，因此在配制表面活性劑時(shí)要選擇合適的表面活性劑類型及濃度來使鹽溶液的濃度達(dá)到最優(yōu)值，以產(chǎn)生較好的驅(qū)油效果。

4）實(shí)踐表明，油藏儲(chǔ)存的地層深度過高的話，由于高溫環(huán)境會(huì)使表面活性劑性能降低甚至完全失去活性，因此對于深巖層的油藏在開采時(shí)不適宜通過表面活性劑來提高石油采收率。

5）適當(dāng)添加醇類添加劑可以顯著提高表面活性劑活性，降低油水混合物黏性從而提高油藏中油水混合物的流動(dòng)性，使油藏更易采收。

4 結(jié)語

主要對表面活性劑驅(qū)油技術(shù)原理進(jìn)行簡要概述，通過表面活性劑作用于油藏的方式和結(jié)果來分析影響石油采收率的主要因素，并重點(diǎn)分析各影響因素在表面活性劑驅(qū)油技術(shù)中起到的作用和產(chǎn)生的影響，以及表面活性劑各項(xiàng)性能與油藏存貯條件對油水混合物表面界面張力的影響，為提高表面活性劑驅(qū)油技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了一定的參考。