低滲透油藏驅(qū)油用表面活性劑的性能評價

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

由于低滲透油藏普遍存在著孔喉細(xì)小、非達(dá)西滲流和啟動壓力高的特點，表面分子力和毛細(xì)管力作用強(qiáng)烈，只有存在較大的驅(qū)替壓力時液體才能流動。降低油水界面張力是迫使滯留在多孔介質(zhì)中的剩余油流動的重要方式之一。研究表明，用超低界面張力的活性水驅(qū)油能有效地降低油水界面張力，是提高低滲透油層采收率的重要途徑[1-2]。目前，常規(guī)活性劑在高礦化度低滲油藏下有不配伍、波及系數(shù)低、驅(qū)油效率差、吸附損失較為嚴(yán)重、活性劑用量大和成本高等缺點[3-4]。為此，筆者進(jìn)行了低滲透油藏驅(qū)油用表面活性劑的性能評價。

1 試驗部分

1．1 主要藥品和儀器

1）主要藥品 烷基銨、甲醛、甲酸和烷基磺酸鹽(均為分析純）。

2）主要儀器 TX500C型界面張力儀(美國科諾公司），JK99B型全自動張力儀(上海中晨，）SHB-3型循環(huán)水式真空泵(予華儀器設(shè)備有限公司），多功能巖心流動試驗儀(荊州現(xiàn)代石油科技發(fā)展公司），高速臺式離心機(jī)GT16-3（北京時代北利有限公司）等。

1．2 表面活性劑的合成

在裝有攪拌器、回流冷凝管和溫度計的三口燒瓶中加入一定量的烷基銨，以比例加入甲醛和甲酸，在適當(dāng)溫度下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下：

將上述反應(yīng)產(chǎn)物與烷基磺酸鹽反應(yīng)生成表面活性劑，其反應(yīng)方程式如下：

表面活性劑中R1的作用是影響表面活性劑的臨界膠束濃度值，由于鏈長增加，使臨界膠束濃度降低[4]；R3為調(diào)節(jié)表面活性劑的親水親油平衡值，以利于表面活性劑分子在油水界面的平衡；—SO3M為抗鹽性基團(tuán)，可以提高表面活性劑對二價陽離子(Ca2＋，Mg2＋等）的適應(yīng)性，從而增強(qiáng)其抗鹽性。

2 結(jié)果與分析

2．1 臨界膠束濃度的測定

當(dāng)表面活性劑的濃度為臨界膠束濃度時，表面活性劑的單個分子或離子開始締和成膠團(tuán)，增加溶液濃度也不能再使單個分子或離子的濃度增加，此時溶液表面吸附量也不會再增加，表面活性劑分子吸附達(dá)到飽和[4]。

在25℃的條件下測定不同濃度表面活性劑的表面張力[5]，得到所合成表面活性劑的濃度與表面張力的關(guān)系圖(見圖1）。由圖1可知，當(dāng)表面活性劑的表面張力達(dá)到32．78mN／m后不再發(fā)生變化，此時其對數(shù)濃度100mg／L，因此，表面活性劑的臨界膠束濃度為100mg／L。

2．2 不同價態(tài)鹽對表面張力的影響

用蒸餾水配制0．2%的表面活性劑，加入10000～90000mg／L的無機(jī)鹽，分別考慮了一價鹽（NaCl）和二價鹽(CaCl2）對表面活性劑表面張力的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖1 表面活性劑濃度與表面張力關(guān)系圖

圖2 不同價態(tài)無機(jī)鹽對表面活性劑表面張力影響關(guān)系圖

由圖2可以看出，在無機(jī)鹽相同的溶液中，鹽濃度提高，一價鹽和二價鹽的表面張力均略有下降，當(dāng)電解質(zhì)濃度增大到一定程度后，表面張力不再變化。因為加入鹽后會產(chǎn)生離子效應(yīng)，離子間的電性相互作用，壓縮聚合物離子霧厚度，易于吸附表面形成膠團(tuán)，降低溶液的表面張力。對于一價鹽來說，表面活性劑的臨界鹽濃度為70000mg／L，對于二價鹽而言，表面活性劑的臨界鹽濃度為60000mg／L。

2．3 界面張力測定

采用TX500C型界面張力儀測定表面活性劑降低油樣和水樣界面張力的能力，表面活性劑的添加量為0．05%，試驗溫度為65℃。表面活性劑界面張力與時間關(guān)系圖如圖3所示。由圖3可以看出，體系界面張力隨著時間增加而下降，在50min后界面張力達(dá)到最低值(0．04664mN／m）并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，屬于10-2mN／m數(shù)量級，因而可以有效降低油水界面張力。

圖3 表面活性劑界面張力與時間關(guān)系圖

圖4 表面活性劑平衡濃度與吸附量關(guān)系圖

2．4 油砂吸附量測定

準(zhǔn)確配制一系列濃度的表面活性劑溶液，此時濃度為平衡濃度。按砂液比1∶10分別稱取5g油砂和50g溶液，水溫控制在65℃，振蕩24h，然后，用離心機(jī)在1000r／min條件下離心15min，取上層清液，測定吸附后的濃度，做出表面活性劑在油砂上吸附等溫線圖(見圖4）。由圖4可以看出，隨著平衡濃度的上升，吸附量隨之上升，當(dāng)達(dá)到一定濃度后，吸附量不再增大，此時最大吸附量為0．93mg／g。

2．5 巖心試驗

室內(nèi)試驗?zāi)M對象為某低滲油層巖心，物性分析平均孔隙度18．96%，平均滲透率為1．02×10-3μm2，地層水礦化度為97543mg／L。試驗所用原油為油田生產(chǎn)井口脫氣原油，需要濾除其雜質(zhì)微粒并脫水，再與煤油以一定比例混合。具體試驗步驟如下：①將巖心抽真空飽和地層水，測量巖心孔隙體積；②用地層水驅(qū)替，計算巖心原始滲透率；③在65℃條件下飽和模擬油(以下試驗均在65℃條件下進(jìn)行），計算含油飽和度；④地層水驅(qū)油，記錄驅(qū)替不同孔隙體積倍數(shù)的驅(qū)替壓力，至含水100%，記錄穩(wěn)定壓力；⑤注入1．0倍孔隙體積的0．05%的表面活性劑，評價表面活性劑驅(qū)油效果，巖心試驗驅(qū)替速度均為0．2ml／min。

巖心驅(qū)替效率曲線如圖5。由圖5可以看出，開始注水階段含水率為0，采出程度不斷上升；隨著注水注入倍數(shù)不斷增大，含水率不斷增大高達(dá)80%以上，采出程度上升幅度變小，趨于穩(wěn)定；最后，注入水驅(qū)采出程度為42．91%。含水率為100%時，注入0．05%表面活性劑。隨著表面活性劑的注入，巖心表面潤濕性發(fā)生改變，親油性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，導(dǎo)致含水率下降，累計采出程度上升，最終采出程度提高到47．43%，說明在表面活性劑體系驅(qū)替1．0倍孔隙體積之后采收率提高達(dá)4．52%。此外，在巖心試驗過程中，注入壓力為6．04MPa，注入表面活性劑以后，注入壓力降至5．32MPa，降壓幅度為11．92%。注入活性劑以后，不但能提高采收率，同時水相相對滲透率上升，使注水壓力下降。

圖5 巖心驅(qū)替效率曲線圖

3 結(jié) 論

1）合成的表面活性劑的臨界膠束濃度為100mg／L，此時表面張力32．78mN／m(25℃）。

2）無機(jī)鹽(NaCl、CaCl2）對表面活性劑表面張力有影響，無機(jī)鹽濃度越高，活性劑溶液表面張力值越小。

3）油水界面張力為10-2mN／m數(shù)量級(65℃），表明表面活性劑可以有效降低油水界面張力。

4）油砂對表面活性劑的吸附量較小，最大吸附量只有0．93mg／g。

5）表面活性劑能有效提高高礦化度低滲透油田的采收率，室內(nèi)巖心試驗表明采收率提高達(dá)4．52%。

[1]楊華，金貴孝，榮春龍．低滲透油氣田研究與實踐 [M]．北京：石油工業(yè)出版社，2001．

[2]李道品．低滲透砂巖油田開發(fā) [M]．北京：石油工業(yè)出版社，1997．

[3]張繼芬，趙明國．提高石油采收率基礎(chǔ) [M]．北京：石油工業(yè)出版社，2007．

[4]楊承志，韓大匡．化學(xué)驅(qū)油理論與實踐 [M]．北京：石油工業(yè)出版社，1996．

[5]GB-T22237-2008，表面活性劑表面張力的測定 [S]．