烷基糖苷與重烷基苯磺酸鹽復(fù)配體系性能研究＊

姜漢橋 孫傳宗

（1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； 2.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院）

在三次采油中，油水關(guān)系非常復(fù)雜，采用單一結(jié)構(gòu)的表面活性劑往往很難獲得超低界面張力和較好的抗鹽、耐高溫特性。因此，需要利用表面活性劑的協(xié)同效應(yīng)，即用不同類型的表面活性劑進(jìn)行復(fù)配來優(yōu)化完善體系性質(zhì)。烷基糖苷（簡稱APG）是一種新型綠色表面活性劑，兼具非離子與陰離子表面活性劑的很多優(yōu)點(diǎn)，不僅界面張力低、活性高，而且生物降解好、無毒、復(fù)配性好，對環(huán)境無污染［1］。近年來，國外已有將APG產(chǎn)品應(yīng)用于油田化學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)報道［2－3］，但國內(nèi) APG 的生產(chǎn)剛剛起步，有關(guān)該產(chǎn)品在油田化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用性研究很少見報道［4］。本文以烷基糖苷和重烷基苯磺酸鹽復(fù)配物與部分水解聚丙烯酰胺組成了一種新型的二元復(fù)合驅(qū)油體系，并對此二元復(fù)合體系進(jìn)行了人造巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)和可視化微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明該二元復(fù)合體系性能較好，在水驅(qū)后能進(jìn)一步提高采收率，在聚驅(qū)后能進(jìn)一步啟動和驅(qū)替殘余油。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

（1）實(shí)驗(yàn)材料

原油：大慶油田采油四廠的脫氣脫水原油，密度為0.879 7g/cm3（45℃），粘度為20.54 mPa·s（45℃）。

驅(qū)油實(shí)驗(yàn)用水：礦化度為4 700.10 mg/L的模擬鹽水。

表面活性劑：中國日用化學(xué)工業(yè)研究院的烷基糖苷（APG），有效含量80%；大慶化工集團(tuán)東昊投資有限公司的重烷基苯磺酸鹽，有效含量50%。

聚合物：大慶煉化公司的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），分子量1 500萬。

二元復(fù)合體系：HPAM 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%，APG和重烷基苯磺酸鹽組成的表面活性劑復(fù)配體系質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%，其中APG和重烷基苯磺酸鹽的質(zhì)量比為1∶1。

人造巖心：二維均質(zhì)圓柱模型，長度為10 cm，直徑為2.5 cm，由石英砂和環(huán)氧樹脂膠結(jié)而成。

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備

微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置：微量驅(qū)替泵（最小流量0.001 m L/min）、高精度活塞容器、微觀仿真模型、體視顯微鏡（可視范圍4 cm×4 cm）、數(shù)碼攝像頭（有效像素300萬）、計算機(jī)以及彩色圖像處理軟件等。

界面張力測試儀：美國德克薩斯大學(xué)Model500型懸滴界面張力測定儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）界面張力測試

利用界面張力測試儀進(jìn)行了不同溫度、礦化度、二價離子濃度條件下二元復(fù)合體系與原油間界面張力的測試，溶液中表面活性劑濃度均以活性物中的有效物計算。界面張力穩(wěn)定值實(shí)驗(yàn)均在45℃條件下進(jìn)行，測試時間為120 min。

（2）在人造巖心上進(jìn)行驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)

首先將巖心抽真空，飽和水，用油驅(qū)水至含水飽和度為束縛水飽和度，并將巖心在45℃條件下老化10h；然后用水驅(qū)油至含水率為98%。為了對比聚合物驅(qū)和二元復(fù)合驅(qū)的驅(qū)油效果，水驅(qū)過后，分別注入0.3 PV的HPAM和二元復(fù)合體系，再后續(xù)水驅(qū)至出口端不出油，計算采收率。實(shí)驗(yàn)中的流體注入速度為0.3 m L/min，實(shí)驗(yàn)溫度為45℃。

（3）利用玻璃刻蝕模型進(jìn)行微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

通過圖像采集系統(tǒng)將驅(qū)油過程的圖像轉(zhuǎn)化為計算機(jī)的數(shù)值信號，并采用圖像分析技術(shù)研究不同驅(qū)油體系對驅(qū)油效果的影響。微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)設(shè)備、流程及步驟見文獻(xiàn)［5－6］。其中，微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)用油為利用大慶油田的脫氣脫水原油配制的模擬油，該模擬油在實(shí)驗(yàn)溫度30℃下的粘度為10 mPa·s。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對二元復(fù)合體系界面張力的影響

圖1為二元復(fù)合體系的界面張力隨溫度的變化曲線，可以看出，溫度從45℃升高到80℃，二元復(fù)合體系的界面張力值始終保持在超低值的范圍內(nèi)。由此說明，該二元復(fù)合體系具有較好的耐溫性能。

圖1 二元復(fù)合體系在不同溫度下的界面張力

2.2 礦化度和二價離子對復(fù)合體系界面張力的影響

圖2、3是礦化度和二價離子質(zhì)量濃度對二元復(fù)合體系界面張力的影響圖，可以看出，在NaCl質(zhì)量濃度為2 000～10 000 mg/L、二價離子質(zhì)量濃度為50～300 mg/L范圍內(nèi)時，該二元復(fù)合體系的界面張力值變化都很小，始終保持在超低狀態(tài)。由此說明，此二元復(fù)合體系具有較好的抗鹽和抗二價離子的性能。

圖2 礦化度對二元復(fù)合體系界面張力的影響

圖3 二價離子質(zhì)量濃度對二元復(fù)合體系界面張力的影響

2.3 人造巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

人造巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，可以看出，在對人造巖心進(jìn)行一次水驅(qū)后采用二元復(fù)合體系驅(qū)油的采收率要高于聚合物驅(qū)的。聚合物驅(qū)的主要作用是提高波及效率，改善微觀驅(qū)油效率特別是降低毛管力的作用并不明顯；而二元復(fù)合體系不僅能提高波及效率，還能增加毛管數(shù)，提高微觀驅(qū)油效率，這些都有利于采收率的提高。這說明，本實(shí)驗(yàn)中由APG和重烷基苯磺酸鹽復(fù)配并與聚合物組成的二元復(fù)合體系具有較優(yōu)良的界面性能，采收率比聚合物驅(qū)有進(jìn)一步的提高。

表1 人造巖心二元復(fù)合體系驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了觀察微觀孔喉中殘余油的啟動情況，在玻璃刻蝕均質(zhì)模型的驅(qū)替主流線附近選取一個觀察點(diǎn)（A點(diǎn)），如圖4所示。圖5顯示的是通過微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)得到的二元復(fù)合體系驅(qū)油過程中孔喉內(nèi)剩余油的啟動情況及驅(qū)油效果。從圖5可以看出：水驅(qū)后（圖5b）的殘余油主要是簇狀、柱狀、盲端和孤島狀；與水驅(qū)相比，聚驅(qū)后（圖5c）連通性好的柱狀、簇狀和孤島狀殘余油被啟動，剩余油和殘余油明顯減少；由于微觀模型的孔隙體積較小，與模型的孔隙體積相比，聚合物注入過程中的注入量較大，因此后續(xù)水驅(qū)（圖5d）的效果不明顯，一些殘余油仍然沒有被啟動；后續(xù)水驅(qū)過后的二元復(fù)合驅(qū)（圖5e）對殘余油的作用要比聚合物驅(qū)明顯（以圖5中B處毛細(xì)管中的殘余油為例，聚驅(qū)并沒有將其啟動，而二元復(fù)合體系注入以后，毛細(xì)管中的殘余油基本消失了），這說明本實(shí)驗(yàn)中所用表面活性劑復(fù)配體系具有很好的界面活性，能夠在一定程度上克服毛管力，將毛細(xì)管中的殘余油啟動并且驅(qū)出。

3 結(jié)論

（1）本文研制的烷基糖苷和重烷基苯磺酸鹽的復(fù)配物與部分水解聚丙烯酰胺組成的新型二元復(fù)合驅(qū)油體系，具有較好的耐溫、抗鹽和抗二價離子的性能。

（2）人造巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明，此二元復(fù)合體系在水驅(qū)后能進(jìn)一步提高采收率，而且采收率要高于聚驅(qū)；利用玻璃刻蝕模型進(jìn)行的微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，此二元復(fù)合體系啟動和驅(qū)替殘余油的能力要優(yōu)于單一聚合物。

［1］ 李忠實(shí)，劉平芹，徐明新.表面活性劑合成與工藝［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，1995：204－210.

［2］ 于光遠(yuǎn)，曾青林，楊錦宗.烷基糖苷的制備與應(yīng)用［J］.化學(xué)與黏合，1994，（1）：41－43.

［3］ NICORA L P，MCGREGOR W M.Biodegradable surfacents for cosmetics find application in drilling fluids［C］.SPE 39375，1998.

［4］ 劉慶旺，唐萬麗.烷基糖苷在油田化學(xué)應(yīng)用上的性能評價［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2010，11（12）：31－33.

［5］ 夏惠芬，王德民，王剛.聚合物溶液在驅(qū)油過程中對盲端類殘余油的彈性作用［J］.石油學(xué)報，2006，27（2）：72－76.

［6］ 夏惠芬，王德民，劉中春.黏彈性聚合物溶液提高微觀驅(qū)油效率的機(jī)理研究［J］.石油學(xué)報，2001，22（4）：60－65.