表面活性劑驅(qū)室內(nèi)評價實驗研究

廖茂林，付銘，戴峰

（長江大學 石油工程學院， 湖北 武漢 430100）

表面活性劑驅(qū)室內(nèi)評價實驗研究

廖茂林，付銘，戴峰

（長江大學 石油工程學院， 湖北 武漢 430100）

三次采油是油藏水驅(qū)開發(fā)之后提高原油采收率的重要途徑，表面活性劑驅(qū)是三次采油技術(shù)中的重要組成部分，對提高高溫高鹽油藏采收率起到了較好的效果；表面活性劑通過降低油水界面張力或改變儲層巖石潤濕性來提高洗油效率，表面活性劑溶液的濃度、注入倍數(shù)、注入時機直接影響原油最終采收率，結(jié)合實際區(qū)塊巖石，通過室內(nèi)表面活性劑驅(qū)替實驗優(yōu)選出表面活性劑以及相應的注入?yún)?shù)，應用于該油田區(qū)塊，原油遞減趨勢明顯變緩，增油效果很好。

三次采油；表面活性劑；界面張力；驅(qū)油效率

Abstract:The tertiary oil recovery is an important way to improve the oil recovery after the waterflooding of reservoir.The surfactant flooding is an important part of the tertiary oil recovery technology and has good effect on improving the recovery of high temperature and high salt reservoirs. The concentration, injection factor and injection time of surfactant solution directly affect the final recovery of crude oil. In this paper, combined with the actual block rock,through the indoor surfactant displacement experiment, suitable surfactants and corresponding injection parameters were screened out. And they were applied in a block of the oilfield, the decreasing trend of crude oil production was slowed down and the stimulation effect was good.

Key words:Tertiary oil recovery; Surfactant; Interfacial tension; Oil displacement efficiency

我國大部分油田是通過注水開發(fā)方式進行開發(fā)的，隨著幾十年的注水開發(fā)，部分油田已經(jīng)進入高含水期，油田穩(wěn)產(chǎn)難度越來越大，采出程度也很低。為了提高油田采出程度，達到控水穩(wěn)油的效果，三次采油技術(shù)［1］中的表面活性劑驅(qū)［2-8］是很好提高采收率方法，表面活性劑驅(qū)對儲層的傷害相對其他三采技術(shù)較低，能夠顯著降低油水界面張力或改變儲層巖石的潤濕性，從而將一些剩余油從儲層巖石中驅(qū)替出來，達到提高原油采收率［9-13］的效果。表面活性劑主要有陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、兩性表面活性劑，我國很多油田是高鹽高礦化度雙高［14-17］的情況，對表面活性劑提出了較高的要求，上個世紀60年代，大慶油田和勝利油田開展了表面活性劑驅(qū)先導性試驗，為我國表面活性劑驅(qū)積累了相關(guān)經(jīng)驗。通過對江漢油田某區(qū)塊儲層巖石進行表面活性劑驅(qū)替實驗，確定了表面活性劑型號、濃度、注入倍數(shù)以及注入時機，現(xiàn)場實際應用取得了很好的增油效果，提高了驅(qū)油效率，區(qū)塊開發(fā)狀態(tài)得到了改善。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器

表面活性劑有如下三種：YD-G1(非離子表面活性劑和離子表面活性劑復配),有效含量為 45%；YC-3［18,19］（磺酸鹽類、陰陽離子共存的雙子型表面活性劑），有效含量為50%；TX-30（非離子表面活性劑，工業(yè)品）,有效含量為55%。

實驗用水為江漢油田某區(qū)塊現(xiàn)場注入水，其礦化度為126 700 mg/L,鈣離子和鎂離子濃度為3 800 mg/L和390 mg/L，密度為1.1 g/cm3。

實驗用油為江漢油田某區(qū)塊產(chǎn)出脫氣原油，70℃時的粘度為20 mPa·s。

實驗所用的巖心是該實際區(qū)塊儲層巖心，規(guī)格為∶直徑25 mm,長度為800 mm。

實驗儀器如下：Texas-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀、微量計量泵、六通閥、水儲罐、LPS儲罐、巖心夾持器、恒溫箱、燒杯、壓力傳感器、環(huán)壓泵、壓力顯示儀、計算機等。

1.2 實驗過程

第一步（油水界面張力評價）：使用江漢油田現(xiàn)場實際區(qū)塊注入水配置不同質(zhì)量分數(shù)的表面活性劑溶液，采用美國產(chǎn)Texas-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測定溫度在70 ℃條件下YD-G1、YC-3、TX-30這三種表面活性劑（優(yōu)選出的適合該油藏環(huán)境的三種表面活性劑）與區(qū)塊脫氣原油間的界面張力。

第二步（表面活性劑耐溫抗鹽性能評價）：用現(xiàn)場注入水配置質(zhì)量分數(shù)為0.4%的YD-G1、YC-3溶液，溫度為 70 ℃條件下測定其與現(xiàn)場脫氣原油的界面張力，將表面活性劑溶液在100 ℃密封恒溫箱中，放置一個月之后取出，測試油水界面張力。

第三步（驅(qū)油效率評價）：①用現(xiàn)場脫氣原油飽和巖心，計算含油飽和度；②注水驅(qū)替至含水率達到98%時，注入0.4 PV質(zhì)量分數(shù)為0.4%的表面活性劑，后續(xù)注水驅(qū)替，當含水率達到98%截止，整個驅(qū)替過程保持70 ℃恒溫環(huán)境。

第四步（注入?yún)?shù)優(yōu)化）：注入體積倍數(shù)優(yōu)化，①用現(xiàn)場脫氣原油飽和巖心，計算含油飽和度；②注水驅(qū)替至含水率達到98%時，注入0.2、0.4、0.6、0.8、1.0體積倍數(shù)的質(zhì)量分數(shù)為 0.4%的 YC-3，后續(xù)注水驅(qū)替，當含水率達到98%截止，整個驅(qū)替過程保持70 ℃恒溫環(huán)境。

第五步（注入時機優(yōu)選）：當含水率為0%、10%、30%、50%、70%、80%、90%、98%時（溫度為70℃）注入0.4PV的質(zhì)量分數(shù)為0.4%的YC-3表面活性劑溶液，分別記錄最終采出程度。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 評價油水界面張力

表面活性劑擴散至油水界面，可以降低油水界面張力，由圖1可知：TX-30溶液的油水界面張力處于 10-1mN/m 數(shù)量級,為低界面張力，YD-G1和YC-3溶液界面張力處于10-3mN/m數(shù)量級，達到了超低界面張力［20-25］，因此YD-G1和YC-3溶液更加適用于該區(qū)塊的表面活性劑驅(qū)溶液。

表面活性劑 YD-G1和 YC-3質(zhì)量分數(shù)超過0.4%以后，界面張力有所上升，主要是因為油水界面張力達到最低值的時候油水界面聚集了大量的表面活性劑分子，水、油以及油水界面的分子作用力處于動態(tài)平衡狀態(tài)，當繼續(xù)添加表面活性劑時，動態(tài)穩(wěn)定體系將被打破，造成油水界面張力上升，直到達到新的動態(tài)平衡。

圖1 三種表面活性劑與原油間的油水界面張力Fig.1 The interfacial tension between three surfactants and crude oil

2.2 評價耐溫抗鹽性能

表面活性劑的耐溫抗鹽性能實驗非常重要，表面活性劑溶液在一定條件下能夠達到很好的降低油水界面張力的效果，有些表面活性劑溶液在溫度（特別是在高溫的條件下）有所上升后性能有所降低，為了優(yōu)選出抗高溫高鹽的表面活性劑，我們將表面活性劑溶液在該高溫高鹽環(huán)境中保存一段時間之后在測定其性能是否下降。

由圖2可知，YD-G1和YC-3溶液（質(zhì)量分數(shù)為 0.4%）放入 100 ℃恒溫環(huán)境以前，油水界面張力均達到10-3mN/m超低界面張力，YD-G1和YC-3溶液（質(zhì)量分數(shù)為 0.4%）放入 100 ℃恒溫環(huán)境一個月之后，由Texas-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測定的油水界面張力，50 min以后油水界面張力也達到了10-3mN/m超低界面張力，說明了YD-G1和YC-3溶液均具有較強的耐溫抗鹽特性，表明 YD-G1和YC-3表面活性劑溶液可以適應高溫高鹽油藏環(huán)境。

圖2 YD-G1和YC-3溶液抗鹽耐溫關(guān)系曲線Fig.2 Heat resistance and salt tolerance curves of YD-G1 and YC-3 solution

2.3 驅(qū)油效率對比

YD-G1和YC-3表面活性劑溶液驅(qū)油效率如圖3、4所示，注入0.4倍孔隙體積之后，含水率有所下降，注入YC-3表面活性劑溶液后含水率波動性較大。根據(jù)表1可知，注入YC-3溶液之后，原油采出程度提高了14.3%，而注入YD-G1溶液后，原油采出程度提高了8.2%，說明了YC-3溶液更加有利于驅(qū)替出更多原油，驅(qū)油效果最佳，所以優(yōu)選出的表面活性劑是YC-3。

圖3 YD-G1溶液驅(qū)油效率Fig.3 Oil displacement efficiency of YD-G1 solution

圖4 YC-3溶液驅(qū)油效率Fig.4 Oil displacement efficiency of YC-3 solution

表1 YC-3、YD-G1表面活性劑驅(qū)油效率Table 1 YC-3, YD-G1 surfactant displacement efficiency

2.4 優(yōu)化表面活性劑YC-3注入?yún)?shù)

注入 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 PV 質(zhì)量分數(shù)為 0.4%的YC-3溶液，相比較于純注水驅(qū)替采出程度增加值分別為5.6%、14.3%、15.1%、15.5%，在注入0.4倍孔隙體積之后，采出程度增幅顯著降低，增加0.6 PV，采出程度僅增加1.2%，從0.2 PV增加到0.4 PV，采出程度增幅達8.7%，綜合考慮，優(yōu)選最佳注入的孔隙體積倍數(shù)為0.4 PV；在其他條件不變的情況之下，含水率為0%、10%、30%、50%、70%、80%、90%、98%時，最終采出程度分別為73.5%、73.3%、73.2%、73.0%、72.8%、72.6%、71.5%、70.7%，在含水率達到80%以上時，最終采出程度下降幅度較大，所以優(yōu)選出的注入時機是在含水率低于80%，最佳的注入時機是開發(fā)初期就注入表面活性劑溶液，但是油田基本上是在含水率較高時采取三采技術(shù)進行提高油田采收率，所以建議該區(qū)快在含水率低于80%時注入驅(qū)油效果更佳。

該實際區(qū)塊某井組（該井組綜合含水率達到了75%）進行注表面活性劑 YC-3溶液（質(zhì)量分數(shù)為0.4%，注入孔隙體積倍數(shù)為0.4 PV，含水率在80%以下時注入）試驗，注水井周圍油井增油量明顯，油量增幅介于30%～70%之間，洗油效果較好，在注入該表面活性劑溶液一段時間之后，含水率出現(xiàn)較為明顯的波形，與實驗室驅(qū)替實驗的含水率變化趨勢較為接近，全區(qū)含水率下降明顯。通過對現(xiàn)場實際區(qū)塊巖石做表面活性劑驅(qū)替實驗，優(yōu)選出適合該區(qū)塊最佳的表面活性劑以及該表面活性劑的質(zhì)量分數(shù)、注入孔隙體積倍數(shù)、注入時機等參數(shù)，現(xiàn)場實際運用效果很好，驅(qū)油效率較高，到達了一定的控水穩(wěn)油成效，為其他可以進行表面活性劑驅(qū)提高采收率的油田提供了思路。

3 結(jié) 論

（1）在江漢油田實際區(qū)塊高溫高礦化度環(huán)境下，表面活性劑YC-3 、YD-G1溶液在質(zhì)量分數(shù)為0.2%～0.8%時，油水界面張力達到10-3mN/m數(shù)量級超低界面張力，并且耐溫抗鹽效果很好。

（2）YD-G1、 YC-3 、TX-30三種表面活性劑中，YC-3表面活性劑溶液在江漢油田該實際區(qū)塊巖石驅(qū)替實驗中的驅(qū)油效果最佳。

（3）現(xiàn)場井組試驗表明，注入體積倍數(shù)為0.4 PV質(zhì)量分數(shù)為0.4%的表面活性劑YC-3溶液，優(yōu)化的注入時機是含水率低于80%時注入，井組增油量明顯，驅(qū)油效果很好。

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Experimental Study on Indoor Evaluation of Surfactant Flooding

LIAO Mao-lin , FU Ming, DAI Feng

（College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China）

TE 357

A

1671-0460（2017）09-1779-03

2017-07-07

廖茂林（1991-），男，湖北省武漢市人，碩士研究生，2015年畢業(yè)于長江大學石油工程學院，研究方向：從事于油氣田開發(fā)、油藏井間連通性以及提高采收率方面的研究。E-mail：m18062792757@163.com。