酸化壓裂液用高效復合型表面活性劑GZP-06 的性能研究

劉彥鋒，雷珂，任穎，陳強

(1.陜西省石油化工研究設計院，陜西 西安 710054;2.延長石油集團有限責任公司 油田化驗中心，陜西 永坪 717208)

油水井酸化處理是油水井的有效增產、增注措施［1］。酸化處理可以除去近井地帶的堵塞物(如氧化鐵、硫化亞鐵、粘土)，恢復地層的滲透率，還可以溶解地層的巖石，擴大空隙結構的喉部，提高地層的滲透率。酸化處理會對地層和設備產生相當大的危害，為了提高酸化的效果以及經濟效益，減少地層中的殘酸量，就必須將地層中的殘酸盡可能的排出。目前人工的方法有:抽汲排液法、氣舉排液法以及其它各種排液法(添加助排劑法等)［2］。在酸化壓裂生產中，人們常常采用添加助排劑的方法;另外，酸液造成的腐蝕危害也是非常的大，人們通常采用添加緩蝕劑的方法來減少或者降低酸液對設備和井筒的腐蝕。目前，助排劑和緩蝕劑的研究已經比較成熟［3-4］，但是國內關于一種化學產品同時兼有助排劑和緩蝕劑功能的研究甚少。本研究開發的高效復合型表面活性劑GZP-06，不僅滿足酸化壓裂助排劑的要求，而且具有很好的緩蝕效果，實現了一劑多用的功能，符合行業節能減排的要求。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

高效復合型表面活性劑GZP-06，自制;濃鹽酸(≥31%)，工業級;煤油(中性煤油);氯化鉀、氫氟酸均為分析純;石英砂(粒度0.180 ～0.280 mm);胍膠粉(符合SY/T 5764—2007 中的二級品的要求);N80 鋼試片(50 mm×25 mm×3 mm)。

OCA20 接觸角測儀;WY-2B 吳茵混調器;LT-5烘箱;HH-W600 恒溫水浴。

1.2 實驗方法

1.2.1 助排性能測試 參照中國石油化工集團公司頒布的標準Q/SH 0054—2007 執行。

1.2.2 腐蝕性能測試 參照石油天然氣行業標準SY/T 5405—1996 執行［5］。

1.2.3 潤濕性的測定 參照石油天然氣行業標準SY/T 5153—2007 中的接觸角法執行。

2 結果與討論

2.1 表面張力與界面張力

20%的鹽酸介質中，溫度25 ℃，高效表面活性劑GZP-06 不同濃度下的表面張力和界面張力測定結果見表1。

表1 高效表面活性劑GZP-06 濃度對表面張力和界面張力的影響Table 1 Effect of additive amount of high efficient surfactant GZP-06 on surface tension and interfacial tension

由表1 可知，表面活性劑GZP-06 的濃度≥0.1% 時，其表 面 張 力29. 75 mN/m，界 面 張力2.83 mN/m，可以滿足行業標準規定(表面張力≤30 mN/m，界面張力≤3 mN/m)的技術要求，濃度≥0.3%時，其表面張力與界面張力的變化趨于平緩，說明該產品具有很好的表面活性。表面活性劑GZP-06 的使用濃度為0.3%。

2.2 潤濕性能

表面活性劑GZP-06 濃度0，0. 1%，0. 3%，0.5%，溫度70 ℃，實驗采用磨光石英礦片模擬砂巖油藏巖石，介質為20%的鹽酸，油為中性煤油，測定結果見表2。

表2 表面活性劑GZP-06 濃度對酸液潤濕性的影響Table 2 Effect of surfactant GZP-06 on wettability

由表2 可知，在20%鹽酸中，表面活性劑GZP-06 濃度對粘度的影響不大，但可以使接觸角明顯增加，當表面活性劑的濃度小于0.5%時，其潤濕角小于75°，其潤濕類型為親水型，即水潤濕，滿足標準Q/SH 0054—2007 中潤濕性的技術要求。

2.3 熱穩定性

0.3%表面活性劑GZP-06 溶液500 mL 置于燒杯中，攪拌均勻，放入耐溫耐壓容器中，放入烘箱中，調整溫度150 ℃，分別恒溫0，1，2，3 d 后取出，冷卻至室溫。在25 ℃下測定溶液的表面張力和界面張力，結果見表3。

表3 高效表面活性劑GZP-06在高溫下對表面張力和界面張力的影響Table 3 The effect of the effective surfactant GZP-06 on surface tension and interfacial tension at high temperature

由表3 可知，在150 ℃，隨著恒溫時間的延長，表面張力與界面張力都有所增加，但變化不大，仍然滿足標準中表面張力≤32 mN/m 和界面張力≤5 mN/m的技術要求，說明該表面活性劑GZP-06具有很好的熱穩定性。

2.4 返排性能

返排性能的測試方法參照標準SY/T 5755—1995 中關于返排率的測試方法執行。在20%的鹽酸中加入0.1%，0.3%的表面活性劑GZP-06 溶液，測定溶液的返排率，結果見表4。

表4 表面活性劑GZP-06 濃度對返排率的影響Table 4 Effect of surfactant GZP-06 on flowback rate

由表4 可知，隨表面活性劑GZP-06 濃度的增加，返排率明顯提高，返排性能提高率達到78.8%，說明該表面活性劑具有很好的助排性能，可以滿足壓裂酸化的施工要求。

2.5 抗礦化性能

在0.3%表面活性劑GZP-06 +15% HCl 的溶液中，分別加入不同濃度的CaCl2溶液、MgCl2溶液，在25 ℃下測試溶液的表面張力和界面張力，結果見圖1。

由圖1、圖2 可知，隨著鈣離子與鎂離子濃度的增加，酸化液的表面張力與界面張力稍有變化，但變化幅度不大，說明鈣離子與鎂離子對表面活性劑GZP-06 的表面活性影響不大，即鈣離子與鎂離子濃度達到1 000 mg/L 的狀況下，酸化液的表面張力與界面張力仍然可以滿足酸化壓裂的技術要求，因而說明表面活性劑GZP-06 具有很好的抗鹽(耐礦化度)性能。

圖1 氯化鈣濃度對表面張力和界面張力的影響Fig.1 Effect of different concentration of calcium chloride in acid on the surface tension and interfacial tension

圖2 氯化鎂濃度對表面張力和界面張力的影響Fig.2 Effect of the concentration of magnesium chloride on surface tension and interfacial tension

2.6 緩蝕性能

20%HCl 溶液，溫度(60 ±2)℃，掛片時間6 h，材質N80 鋼，靜態，表面活性劑GZP-06 添加量對緩蝕性能的影響，見表5。

表5 表面活性劑GZP-06 的緩蝕性能Table 5 The corrosion inhibition performance of surfactant GZP-06

由表5 可知，隨著表面活性劑GZP-06 濃度的增加，腐蝕速率變小，濃度≥0.1%時，腐蝕速率可滿足低溫油田酸化用緩蝕劑性能［2 ～3 g/(m2·h)］的要 求;濃 度 ≥0. 3% 時，腐 蝕 速 率 小 于0.8 g/(m2·h)，變化趨于平緩，遠小于標準中的技術要求，說明該表面活性劑在抑制腐蝕方面具有很好的緩蝕性能，具有添加量小、一劑多用的性能。

2.7 配伍性能

2.7.1 與壓裂液的配伍性 500 mL 蒸餾水倒入吳茵混調器中，低速啟動，緩慢倒入3.00 g 瓜膠粉，調電壓至50 ～55 V，攪拌5 min，將溶液倒入燒杯中，加蓋，置于30 ℃水浴中恒溫4 h，使溶液趨于穩定。取溶液100 mL，加入10 mL 新配制的質量分數為0.3%的表面活性劑GZP-06，快速攪拌，靜置3 min。溶液沒有出現分層、沉淀、乳化或懸浮現象，說明該表面活性劑與胍膠壓裂液的配伍性良好。

2.7.2 與酸液的配伍性 12% HCl +3% HF 溶液100 mL，加入10 mL 新配制的質量分數為0.3%的表面活性劑GZP-06，快速攪拌，靜置3 min。溶液沒有出現分層、沉淀、乳化或懸浮現象，說明該表面活性劑與酸液的配伍性良好。

3 結論

(1)依據行業標準對高效復合型表面活性劑GZP-06 的性能進行了評價。結果表明，使用濃度≥0.3%，其表面張力為25. 69 mN/m，界面張力為1.3 mN/m，返排性能提高率可達78.8%，具有很好的配伍性、熱穩定性、抗礦化度能力，可以滿足行業標準規定的技術指標要求。

(2)復合型表面活性劑GZP-06 的濃度≥0.1%時，在20%HCl 介質溶液，溫度(60 ±2)℃，掛片時間6 h，材質N80 鋼，靜態的狀況下，滿足在低溫油田酸化用緩蝕劑性能［2 ～3 g/(m2·h)］的技術要求;濃度≥0.3%時，腐蝕速率變化趨于平緩，均小于0.8 g/(m2·h)，遠小于標準中的技術要求，說明該表面活性劑在抑制腐蝕方面具有很好的緩蝕性能，添加量小，不用添加腐蝕抑制劑，就可以減少酸液對壓裂設備以及井筒的腐蝕，具有一劑多用的功效，降低酸化壓裂的成本。

［1］ 趙福麟. 油田化學［M］. 東營:石油大學出版社，2007:177.

［2］ 陳大鈞，陳馥. 油氣田應用化學［M］. 北京:石油工業出版社，2006:178.

［3］ 陳蘭，張貴才.酸化助排劑研究現狀與應用進展［J］.油田化學，2007，24(4):375-378.

［4］ 張天勝.緩蝕劑［M］.北京:化學工業出版社，2001.

［5］ 楊永飛，姚軍，趙修太，等.酸化緩蝕劑對N80 鋼在鹽酸溶液中的緩蝕性能［J］. 石油化工高等學校學報，2009，22(2):26-29.