界面張力對普通稠油驅油效率的影響研究

王東方

(中國石化勝利油田分公司勘探開發研究院，山東東營 257015)

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界面張力對普通稠油驅油效率的影響研究

王東方

(中國石化勝利油田分公司勘探開發研究院，山東東營 257015)

測量不同礦化度下的單純陰離子-非離子表面活性劑9AS-3-0與樁106-15-×18井普通稠油原油之間的界面張力，發現單純表面活性劑的動態界面張力平衡值與動態平衡界面張力最低值基本相同；通過驅油實驗發現，在實驗條件下，選取了兩種不同界面張力的表面活性劑體系，當界面張力較大(0.25 mN/m)時，水驅后不能提高采收率，而在界面張力較小(0.02 mN/m)的情況下，能夠提高水驅后采收率4.31%，進一步驗證了低界面張力是表面活性劑驅提高采收率的最基本的機理，界面張力的降低有利于洗油效率的增大，同時被洗下來的油滴堵塞流動通道，也增加了波及面積。

陰離子-非離子表面活性劑；界面張力；驅油實驗

1 研究背景

表面活性劑驅作為一種日益成熟的提高采收率的技術，越來越得到中老油田的青睞，其主要的提高采收率機理就是低界面張力。界面張力與驅油效率之間存在著一定的聯系，Uren和Fahry[1]早在1927 年就指出, 在原油開采中, 注水驅油的效率與驅替液的表面張力成反比。1966年, Wagner等人[2]的實驗結果表明, 界面張力必須低于0.07 mN /m才能提高驅油效率, 進一步降低界面張力能夠大幅度提高驅油效率；賈忠偉等指出較低的平衡和瞬間界面張力有利于三元復合體系提高采收率，其機理是三元復合體系的低界面張力有利于水驅后剩余油的啟動和運移[3]。唐鋼等人表明，在滲透率相同的條件下, 驅油體系與原油之間的界面張力越低, 驅油效率越高；在驅油體系相同的條件下, 具有中等滲透率巖心的驅油效率更高一些，超低界面張力并不是絕對必要的[4]。李華斌等人指出油水動態界面張力最低值是影響驅油效果的重要因素，而不是平衡界面張力[5]。

驅油用的表面活性劑主要有陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑和兩性表面活性劑。陰離子表面活性劑界面活性高,耐溫性能好,但耐鹽性差；非離子表面活性劑的耐鹽、耐多價陽離子的性能好,但在地層中穩定性差,吸附量比陰離子表面活性劑高,而且不耐高溫,價格高；兩性表面活性劑可用于高礦化度、較高溫度的油層,且能大大降低非離子型與陰離子型活性劑復配時的色譜分離效應，其優點越來越得到研究者的重視[6]。本文研究了單純陰離子-非離子表面活性劑在不同的礦化度下的界面張力，并通過驅油實驗對其提高采收率的機理進行了討論。

2 實驗內容

2.1 實驗藥品及儀器

藥品：9AS-3-0(實驗室合成)，氯化鈉(淄博臨淄天德精細化工研究所生產)，分析純等。

9AS-3-0分子結構如下：

其中,M代表陰離子基團。

原油：樁106-15-×18井原油(55 ℃下，密度0.930 2 g/cm3，黏度1 450 mPa·s)。

水：5 000 mg/L的NaCl溶液。

儀器：巖心驅替實驗裝置(巖心夾持器，中間容器以及恒溫箱)(海安縣石油科研儀器廠)，平流泵(北京衛星制造廠)， Texa-500界面張力儀(美國德州大學)，Wzs-1型阿貝折光儀(上海光學儀器廠)，石油密度計(沈陽市金城玻璃儀器廠)，KTS-822電脫水儀(海安縣石油科研儀器廠)，天平(瑞士METRLER公司)，秒表(深圳市惠波工貿有限公司)等。

2.2 原油脫水

根據SY/2051-77標準，將實驗油樣裝入電脫水儀中(原油占儀器容積2/3左右)，擰緊蓋子密封，通電，在150 ℃下恒溫脫水5小時，冷卻，放去脫出水，取出原油，待用。

2.3 界面張力的測量

配置不同礦化度下質量分數為0.1%的表面活性劑溶液，在55 ℃條件下，利用Texas-500旋轉滴界面張力儀測量原油與化學劑溶液的界面張力。測定時首先用石油密度計測量原油與化學劑溶液的密度，用Wzs-1型阿貝折光儀測量化學劑溶液的折光率，然后通過界面張力儀測量油珠在化學劑溶液中的拉伸長度及直徑，并利用自主開發的軟件進行圖像采集和分析，從而計算出油水界面張力。

2.4 實驗巖心

驅油物理模擬實驗在人造巖心上進行。人造巖心為二維均質圓柱模型, 長度15 cm, 直徑2.54 cm, 由石英砂和環氧樹脂膠結而成。

2.5 實驗步驟

(1) 將人造巖心在干燥器中抽空2小時, 飽和蒸餾水,繼續抽真空5小時，靜置12小時，測孔隙體積；

(2) 室溫下測巖心滲透率；

(3) 恒溫箱中55 ℃條件下油驅至出口不出水，計算原始含油飽和度；

(4) 水驅油至出口含水98%以上，然后注入0.5 PV驅油體系，繼續水驅至出口無油,然后再更換注入另一種驅油體系0.5 PV，水驅至出口無油，計算采收率。驅油裝置圖見圖1。

圖1 驅油裝置

3 實驗結果與分析

3.1 界面張力實驗測定結果

為了選擇合適界面張力體系來進行驅油實驗，實驗室內配置了礦化度分別為1，5，25，50，100 g/L，質量分數為0.2%的9AS-3-0溶液，并對其與原油之間的界面張力進行了測量。實驗結果見圖2。

圖2 9AS-3-0在不同礦化度下的界面張力情況

由圖2看出，對于不同礦化度下的9AS-3-0體系與原油之間的界面張力的最低值和動態值基本上一致，而且，隨著礦化度的變大，界面張力逐漸減小。為達到較好的驅油效果，選取礦化度為25 g/L(平衡界面張力為0.25 mN/m)和礦化度為100 g/L(平衡界面張力為0.02 mN/m)的表面活性劑體系進行驅油實驗。

3.2 驅油實驗結果

實驗先用5 000 mg/L的鹽水將巖心驅至殘余油飽和度，然后轉注礦化度為25 g/L的表面活性劑0.5 PV，隨后繼續轉注鹽水至不出油。接著注入礦化度為100 g/L的表面活性劑0.5 PV，再轉注鹽水至不出油，停止驅油實驗。結果見表1和表2。

表1 巖心參數

表2 表面活性劑驅油實驗結果

3.3 實驗結果分析

由表面活性劑驅油實驗結果可以看出, 界面張力為0.25 mN/m情況下的活性劑9AS-3-0不能提高水驅后的原油的采收率，而在超低界面張力的情況下卻能夠提高采收率。從驅替壓力差的變化角度可以解釋出現這種現象的原因。驅替壓力差與注入表面活性劑體系的孔隙體積倍數之間的關系如圖3所示。

圖3 驅替壓力差與注入孔隙體積倍數關系

可以看出，對于界面張力較高的表面活性劑體系(2.5%NaCl+0.2%9AS-3-0)，驅替壓力差在注入過程中是一直下降的；而對于界面張力較低的表面活性劑體系(10%NaCl+0.2%9AS-3-0)，驅替壓力差在注入過程中是先上升，升到一定值后又開始下降。當注入表面活性劑的量都為0.53 PV時，2.5%NaCl+0.2%9AS-3-0體系的驅替壓力差為0.001 MPa，而10%NaCl+0.2%9AS-3-0體系在注入相同的PV時，驅替壓力差為0.001 5 MPa。

出現這種現象的原因可通過黏附功與潤混角和油水界面張力的關系[7]來解釋。

W黏附=σ油水(1+cosθ)

式中：W黏附——黏附功；σ油水——油水界面張力；θ——潤濕角。

水驅后期，在巖心內部形成了水流動通道，流體沿著該通道流動。在注入表面活性劑體系(2.5%NaCl+0.2%9AS-3-0)后，由于該活性劑體系與原油之間的界面張力較高，油滴在巖心中的黏附功較大，不易被該活性劑從巖心表面上洗下來，流動通道越沖越大，流體流動阻力減小，驅替壓力差隨著注入量的增大逐漸變小。而當注入界面張力較低的活性劑體系(10%NaCl+0.2%9AS-3-0)后，黏附功得到降低，使得活性劑具有較高的洗油效率，同時，洗下來的油滴，將流動通道堵塞，增加了流動阻力的同時也增大了表面活性劑溶液波及面積，驅替壓力上升，在壓力增大到一定值后，被洗下來的油滴被乳

化成小的油珠(可以通過產出液的油水情況得到判斷)，開始流動，并隨著活性劑一塊驅出。通過提高洗油效率和波及系數兩方面來提高采收率。同時，由于流動通道的油滴被洗下來了一部分，流動阻力減小，導致注界面張力較低的表面活性劑后期驅替壓力差要比界面張力較高的驅替壓力小。

4 結論

(1)通過測量不同礦化度下的陰離子-非離子表面活性劑9AS-3-0與樁西原油之間的界面張力，發現單純表面活性劑的動態界面張力平衡值與動態界面張力最低值基本相同。

(2)實驗條件下，在界面張力較大時(0.25 mN/m)，水驅后提高采收率效果不明顯，而界面張力較小(0.02 mN/m)的情況下，水驅后能夠提高采收率4.31%。

(3)進一步驗證了低界面張力是表面活性劑驅提高驅油效率的基本機理，界面張力的降低有利于洗油效率的增強，同時被洗下來的油滴堵塞流動通道，也增加了波及面積，最終提高了采收率。

[1] Uren L C, Fahry E H. Petroleum Division[R].AME, 1927:318-330．

[2] O R wager, R O Leach. Effect of interfacial tention on displacement efficiency[R].SPE 16200,1996:335-344．

[3] 賈忠偉，楊清彥，侯戰捷，等. 油水界面張力對三元復合驅驅油效果影響的實驗研究[J].大慶石油地質與開發，2005，24(5)：79-81.

[4] 唐鋼，李華斌，蘇敏. 復合驅界面張力與驅油效率的關系研究[J].大慶石油地質與開發，2005，24(3)：81-83.

[5] 李華斌，陳中華. 界面張力特征對三元復合驅油效率影響的實驗研究[J].石油學報，2006，27(5)：96-98.

[6] 趙福麟. 羧甲基型的非離子- 陰離子兩性表面活性劑與石油磺酸鹽的混合[J].石油大學學報,1996,20(4)：52-55.

[7] 賈瑞仕，宋輝輝. 界面張力對提高原油采收率的影響[J].石油知識， 2006，30(1)：16-18.

編輯：王金旗

1673-8217(2016)06-0115-03

2016-06-20

王東方，工程師，碩士，1983年生，2009年畢業于中國石油大學(華東)油氣田開發工程專業，現從事油田提高采收率方向技術研究。

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