蒸汽驅用表面活性劑的室內實驗*

時光 耿志剛 趙法軍

蒸汽驅用表面活性劑的室內實驗*

董龍1；2劉永建1時光1耿志剛1趙法軍1

1東北石油大學石油工程學院；2大慶師范學院化學化工學院

稠油熱采添加劑是在蒸汽的協同作用下進入油藏，改善油藏巖石的濕潤性及界面張力，使巖石表面變親水，有效溶解膠質和瀝青質，從而提高注蒸汽熱采效果。取質量分數為5%的木質素磺酸鹽表面活性劑CRF溶液，根據GB11278—89測定（20℃）表面張力。表面活性劑溶液的表面張力為30.2mN/m。由三管驅油實驗結果可知：高、中、低3個填砂模型的剩余油飽和度分別降低了2.5%、4%和6%，總采收率達到65.7%，提高了6.7個百分點。由此可以看出，木質素磺酸鹽表面活性劑能提高巖心的采收率。

表面活性劑；蒸汽驅；采收率；稠油；實驗

我國稠油資源豐富，勝利、遼河及新疆等油田都存在著大量的稠油油藏。稠油的黏度高，可達幾萬到十幾萬毫帕秒，瀝青質、膠質含量大[1]。蒸汽驅是蒸汽吞吐后提高原油采收率的重要技術，在國內外油田已大規模應用[2]。稠油熱采添加劑可在蒸汽的協同作用下進入油藏，改善油藏巖石的濕潤性及界面張力[3]，使巖石表面變親水，有效溶解膠質和瀝青質，從而提高注蒸汽熱采效果。

1 實驗過程

將蘆葦造紙黑液溶于水，過濾，除去雜質，用10%的硫酸調節pH值為2，靜置、沉淀、離心分離，在50℃下真空干燥，研磨粉末，得到木質素樣品，保存備用。用10%的NaOH溶液溶解一定質量的木質素，置于0.3L的高壓反應釜中，使之與O2、H2O2進行反應。反應后冷卻至室溫，經抽濾、干燥后提純得樣品。取部分樣品與亞硫酸鈉、甲醛和壬基酚溶解，加入密閉耐壓反應釜中，開始攪拌并升溫到40～60℃，反應結束后冷卻至室溫。將上述反應物過濾收集獲得沉淀物，將沉淀物在50℃下進行真空干燥，可得到棕色固體粉末，即為實驗室自制驅油劑CRF木質素磺酸鹽表面活性劑。

表面張力的測定：取質量分數為5%的木質素磺酸鹽表面活性劑CRF溶液，根據GB11278—89測定（20℃）表面張力。

開展單管模型驅替實驗和三管并聯一維管式模型實驗。

2 結果與討論

2.1 木質素磺酸鹽表面活性劑表面張力測定

在實驗中，由于反應溫度較高，并且在木質素溶液中含有重金屬離子，因而有利于OH·的生成。采用氧化斷鏈的方法使木質素發生羥基化和木質素芳香環的開環反應等，分子量降低并發生均一化，通過側鏈引入壬基酚的方法，能夠使木質素表面張力降低[4]。從表面活性劑溶液表面張力曲線可以看出，質量分數為5%的木質素磺酸鹽表面活性劑CRF溶液的表面張力最低為30.2mN/m。

2.2 蒸汽+表面活性劑提高采收率實驗

單管模型實驗的巖心滲透率為4.89μm2，用于蒸汽和蒸汽+表面活性劑CRF的填砂管的含油飽和度分別為65.3%和65.5%。單管實驗表明，蒸汽驅的巖心剩余油飽和度為14.37%，采收率為78%；蒸汽+表面活性劑CRF的巖心剩余油飽和度為11.13%，采收率達到83%，比單純蒸汽驅高出5%。

將處理過的砂粒按不同粒徑依照行業標準制作成滲透率為高、中、低3個級別的填砂巖心來模擬油層的非均質性，實驗均在等溫（200℃）條件下進行。

從三管填砂巖心驅油效率結果可以看出，三管實驗中單一使用蒸汽驅時的低、中、高填砂模型的剩余油飽和度分別為42.1%、22.6%和12.1%，總體采收率為59.0%；而添加表面活性劑之后的低、中、高個填砂模型的剩余油飽和度分別為36.1%、18.6%和9.6%，總采收率達到65.7%。由此可見，在非均質油藏蒸汽驅過程中，合成的木質素磺酸鹽表面活性劑能夠顯著改善低巖心的波及效果，提高低滲透巖心的驅油效率，使總體采收率提高6.7%。

2.3 蒸汽/蒸汽+木質素表面活性劑巖心兩端壓差

從蒸汽/蒸汽+木質素表面活性劑巖心兩端壓差曲線圖可以看出：注入表面活性劑CRF后，在驅替的中后期填砂巖心兩端的壓差逐漸增大，蒸汽明顯發生了轉向，說明木質素表面活性劑CRF在稠油油藏蒸汽驅過程中具有改善蒸汽波及效率和提高驅油效率的雙重作用。

3 結論

（1）采用氧化斷鏈的方法使木質素發生羥基化和木質素芳香環的開環反應，分子量降低并發生均一化，再通過磺化、側鏈引入壬基酚的方法，可以合成改性的木質素磺酸鹽表面活性劑。質量分數為5%木質素磺酸鹽表面活性劑溶液的表面張力為30.2mN/m。

（2）由三管驅油實驗結果可知：高、中、低填砂模型的剩余油飽和度分別降低了2.5%、4%和6%，總采收率達到65.7%。提高了6.7個百分點。由此可以看出，木質素磺酸鹽表面活性劑能提高巖心的采收率。

（3）通過注入和產出端的壓差曲線可以看出，在蒸汽驅過程中注入表面活性劑CRF后，在驅替的中后期填砂巖心兩端的壓差逐漸增大，說明表面活性劑CRF能夠提高蒸汽波及效率。

[1]張凱，李陽，王琳娜，等．稠油流變性實驗研究[J]．油氣地質與采收率，2007，14（5）：91-94.

[2]劉其成．火燒油層室內實驗及驅油機理研究[D]．大慶．東北石油大學，2011.

[3]蔡文斌，謝志勤．勝利王莊油田火燒驅油試驗研究[J]．石油天然氣學報（江漢石油學院學報），2005，27（2）：397-398．

[4]任承霞，李忠正．木質素氧化制取表面活性劑的適宜條件[J]．南京林業大學學報，2001，25（3）：73-75.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.028

基金論文：國家科技重大專項（2011ZX05012—003）、國家自然科學基金（21046002）和黑龍江省青年科學基項目（QC2012C128）資助。