勝利特低滲難動用油藏滲吸增效劑研制及效果評價

＊王琰琛 肖聰

（1.中國石化勝利石油工程有限公司 難動用項目管理中心 山東 257000 2.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院 北京 102249）

化學(xué)提高采油（EOR）方法有助于解決全球能源需求不斷增長的問題。作為滲吸增效劑的其中一種，表面活性劑驅(qū)油是一種公認(rèn)的化學(xué)EOR方法。這種方法已被證明是成功的，因為它通過多種機制提高了石油采收率[1]。其中包括界面張力（IFT）的降低、潤濕性的改變、泡沫的產(chǎn)生和乳化等。然而，惡劣（或正常）儲層條件下的不穩(wěn)定性和過度吸附問題降低了EOR項目的經(jīng)濟回報，因此，表面活性劑可以根據(jù)儲層條件和巖石類型適當(dāng)選擇。表面活性劑篩選方法在給定的溫度和鹽度條件下對IFT、表面活性劑吸附和其他因素施加了限制[2]。

滲吸增效劑的類型種類繁多，主要有陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑、陰-非離子表面活性劑等[3-4]。表面活性劑通常是由兩個不同部分組成的有機化合物：親水性頭部和疏水性尾部。根據(jù)親水頭上存在的電荷，表面活性劑包括非離子（不帶任何電荷）、陰離子（帶負(fù)電荷）、陽離子（帶正電荷）和兩性離子（同時帶負(fù)電荷和正電荷）[5]。通常，表面活性劑具有鏈結(jié)構(gòu)，這主要歸因于疏水尾部的結(jié)構(gòu)。表面活性劑通常由短聚合物鏈、長烴鏈、硅氧烷鏈或氟碳鏈形成。頭基團(tuán)由部分如硫酸鹽、磺酸鹽、聚氧乙烯鏈、羧酸鹽、醇或季銨鹽形成。這些基團(tuán)的存在決定了表面活性劑的兩親性[6]。

表面活性劑吸附是影響表面活性劑驅(qū)油效率的一個重要參數(shù)[7]。研究表明，表面活性劑的吸附受溫度、鹽度、pH等儲層參數(shù)的影響?？刂票砻婊钚詣┪椒椒ǎòㄕ{(diào)整注入水的鹽度和離子組成、堿添加和納米顆粒（NP）添加）有助于減少采油的負(fù)面影響[8]。這些方法的常見例子包括調(diào)整注入水的鹽度和離子組成、堿添加和納米顆粒（NP）添加[9-10]。

本文在分析不同表面活性劑類滲吸增效劑優(yōu)缺點基礎(chǔ)上，提出高效滲吸增效劑的研制思路和分子結(jié)構(gòu)，研制出適合目標(biāo)儲層的高效滲吸增效劑，再與市售的滲吸劑進(jìn)行對比，評價滲吸增效劑的效果。

1.滲吸增效劑對比實驗研究與評價

在構(gòu)筑滲吸增效劑分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，開展自主研發(fā)滲吸增劑與其他不同類型的滲吸劑，基于地層水配伍性、油水界面張力性能評價、潤濕性調(diào)控能力和滲吸效果對比評價，明確相同濃度下自主研發(fā)的滲吸增效劑的效果。

(1)實驗材料與儀器

①實驗材料。模擬地層水；實驗用油為模擬地層油（黏度為2.0～3.0mPa·s，65℃）；實驗用巖心為儲層相似人造巖心（滲透率范圍0.5～2.0mD之間）；實驗用水為模擬地層水（礦化度為2500mg·L-1）；不同類型滲吸增效劑：陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、自主研發(fā)滲吸增效劑，表面活性劑。

②實驗儀器。全自動滲吸實驗裝置（圖1所示）：由Sartorius賽多利斯高精度天平（0.1mg）、數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)、燒杯和升降臺等組成，TX500c油水界面張力儀（美國）；Kruss油水接觸角測量儀；均質(zhì)乳化機；巖心抽真空飽和加壓裝置；DQ-Ⅰ型多功能大尺寸巖心驅(qū)替裝置（江蘇華安科研儀器有限公司）；HSB-2型恒速恒壓泵（江蘇華安科研儀器有限公司）；BOOKFIELD-DV2T-LV黏度計（美國Brookfield公司），JJ-1型電動攪拌器（常州國宇儀器制造有限公司）；燒杯、量筒若干。

圖1 地層水配伍性實驗裝備

③實驗方法。利用模擬地層水配制相同濃度的不同類型滲吸劑，模擬油藏溫度65℃條件下靜置老化，觀察有無沉淀絮凝渾濁現(xiàn)象產(chǎn)生，如果溶液澄清無變化，表明滲吸劑與地層水配伍性好。

(2)油水界面張力性能評價

采用TX500c旋滴界面張力儀，在65℃條件下，測試質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的不同類型滲吸增效劑降低油水界面張力能力。由圖2得到不同模擬地層水配制的表面活性劑溶液的平衡界面張力。

圖2 模擬地層水配制的不同表面活性劑溶液油水界面張力隨時間變化

圖3評價了不同滲吸增效劑降低油水界面張力性能，界面張力為0.01～1.0mN/m；基于滲吸增效劑性能指標(biāo)：界面張力范圍為0.01～0.1mN/m，選4種滲吸增效劑陰非離子表活劑SXJ、非離子表活劑APG1214和陰離子表活劑AES。

圖3 不同類型的滲吸劑平衡界面張力（0.4%）

(3)潤濕性調(diào)控能研究

采用Kruss潤濕角測定儀判斷油濕水濕。運用“躺滴法”測定不同滲吸劑對制備的不同潤濕性巖片的潤濕接觸角，分析潤濕調(diào)控能力，如圖4所示。

圖4 不同類型滲吸增效劑改變巖心潤濕角能力（0.4%）

由圖4分析可知，相對于地層水而言，當(dāng)加入滲吸劑處理后，油濕巖心片與地層水和原油之間的油/水/固接觸角減小且均小于105°，滲吸劑能夠?qū)⒂蜐駧r心反轉(zhuǎn)為水濕狀態(tài)，具有潤濕反轉(zhuǎn)作用。水濕巖心片與地層水和原油之間的油/水/固接觸角減小，表明加入滲吸處理水濕巖心片后，水濕巖心片親水性增強。因此，說明滲吸劑能夠調(diào)控油濕巖心片潤濕性反轉(zhuǎn)為水濕，水濕巖心片變得更加親水性。

隨著滲吸劑濃度的增加，巖心潤濕性調(diào)控能力增強，當(dāng)滲吸劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.2%時，滲吸溶液改變潤濕性能力程度趨于變緩?；跐櫇裥詫B吸效果影響因素考慮，滲吸劑濃度越高，潤濕性調(diào)控能力越好，滲吸效果越好。

(4)滲吸效果評價

模擬油藏溫度65℃條件下，研究不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的滲吸劑對滲吸效果影響，如圖5所示。

圖5 不同類型滲吸增效劑滲吸效果（0.4%）

相對于地層水，加入3種滲吸增效劑后，滲吸速率提高，滲吸平衡時間縮短，滲吸采收率提升；陰-非離子滲吸增效劑SXJ滲吸采出程度高于AES和APG1214，相比地層水滲吸，滲吸采收率提高18%，達(dá)到室內(nèi)滲吸采收率指標(biāo)。綜合對比，排除與地層不配伍的2種滲吸劑LAS-30與CAB-35；LAB-35與LHSB界面張力過大，不處于0.01～0.1mN/m，故排除。剩余的3種滲吸劑中，APG0810界面張力最高，且抗鹽性較差；而APG1214雖然界面張力最低，但具有非離子表面活性劑特有的弊端，耐鹽性強但耐溫性差；而自主研發(fā)的陰-非離子表面活性劑SXJ集兩者的優(yōu)點，既有較好的耐鹽性也具備良好的抗溫性，界面張力較低。綜合考慮，陰-非離子滲吸劑SXJ是最優(yōu)選擇。

(5)長期穩(wěn)定性能評價

在礦場滲吸采油試驗過程中，注入滲吸劑后，通常需要長時間的燜井過程，在燜井過程中，滲吸增效劑降低油水界面張力能力、調(diào)控巖石潤濕性能力和改善滲吸效果能力是否能滿足礦場要求，有必要開展?jié)B吸增效劑的長期穩(wěn)定性能評價。將滲吸液在模擬油藏和地層水礦化度條件下，分別老化1d、10d和30d，分別測定不同老化時間下的滲吸增效劑的降低油水界面張力能力、潤濕性改變能力和滲吸效果改善能力。結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同老化時間下滲吸劑SXJ的潤濕效果

隨著滲吸劑老化時間的延長，滲吸劑仍然具備將油濕巖心片反轉(zhuǎn)為水濕能力，水濕巖心片更加親水。隨著老化時間的延長，盡管潤濕性改變能力有所降低，但滲吸劑SXJ在老化不同時間下仍然能具有好的潤濕性改變能力。

(6)乳化效果評價

采用轉(zhuǎn)速3000r/min的均質(zhì)機，采取油水比1:1的方式對滲吸劑進(jìn)行乳化效果評價，從左到右分別是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.2%、0.3%的滲吸劑以及地層水。

由圖7可知：隨著靜置時間的增加，乳狀液析水率先提升后趨于平穩(wěn)。相對于地層水而言，滲吸劑與原油作用形成乳狀液且穩(wěn)定性較差，但優(yōu)于地層水與原油間乳化效果，有利于改善滲吸效果。隨著滲吸劑濃度的增加，相同靜置時間條件下，乳狀液析水率降低，表明滲吸劑濃度增加，能提高乳化效果，增強滲吸劑的乳狀液穩(wěn)定性。

圖7 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)滲吸增效劑析水率隨時間的變化關(guān)系

3.小結(jié)

（1）陰-非離子表活劑SXJ、非離子表活劑APG1214和陰離子表活劑AES與油水界面張力范圍均處于0.01～0.1mN/m。滲吸增效劑非離子表活劑APG1214潤濕性改變能力要弱于陰離子表活劑AES和陰-非離子滲吸增效劑SXJ，其中陰-非離子滲吸增效劑SXJ效果最優(yōu)。

（2）相對于地層水而言，滲吸劑溶液與原油能夠發(fā)生一定乳化作用形成乳狀液且穩(wěn)定性較差，但優(yōu)于地層水與原油間乳化效果，對滲吸效果具有一定促進(jìn)作用。

（3）隨著滲吸劑濃度的增加，滲吸采收率和滲吸速率提升，當(dāng)滲吸劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.3%時，滲吸劑采收率和滲吸速率提升幅度減緩。綜合考慮滲吸采收率、滲吸速率和經(jīng)濟成本影響，滲吸劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選0.3%。

（4）隨著老化時間的延長，滲吸劑的潤濕性改變能力雖然有所降低，但滲吸劑不僅仍具備將油試巖心片反轉(zhuǎn)為水濕能力，而且水濕巖心片更加親水?？梢?，在老化不同時間下，滲吸劑SXJ仍然具有好的潤濕性改變能力。