耐溫耐鹽增稠型表面活性劑體系的應用

范錫彥

（中國石化 中原油田分公司濮東采油廠，河南 濮陽 457100）

表面活性劑驅、聚合物驅和二元復合驅對90℃以下的高滲、中高滲油藏提高采收率效果明顯［1-6］。中國石化中原油田于1998年在文明寨油田、文中油田開展了聚合物驅和表面活性劑驅先導試驗，并取得成功；2005年在濮城油田開展了二元復合驅技術推廣應用，現場實施效果明顯［7-8］。

隨著表面活性劑驅、聚合物驅和二元復合驅油技術的推廣應用，中原油田東濮凹陷一類和二類油藏儲量已全部動用。以高溫高鹽和低滲透性為特點的三類油藏，對驅油體系的耐溫耐鹽性和可注入性提出了更高的要求。單純應用表面活性劑驅，由于儲層的非均質性，造成表面活性劑竄流嚴重，驅油效率很低［9-10］。在90 ℃以上溫度條件下，聚丙烯酰胺類聚合物存在強烈的熱降解現象，同時低滲油藏對聚合物的剪切作用更加明顯，因此聚合物驅和二元復合驅油技術均不適用于該類油藏［11-13］。而表面疏水改性超細SiO2（CXS）經過改性后具有很好的分散性［14-17］，可作為增稠劑，提高表面活性劑溶液的黏度，同時具有良好的耐溫耐鹽性能［18-19］。

本工作在表面活性劑S10中添加CXS得到增稠型表面活性劑體系S10/CXS，利用黏度、界面張力等測試方法考察了CXS添加量對體系黏度、油水界面張力的影響，評價了S10/CXS體系的耐溫耐鹽性能、封堵性能和提高采收率能力，并通過現場應用驗證了該體系的驅油效果。

1 實驗部分

1.1 主要原料

實驗用水：橋口油田橋口聯注入水，礦化度1.85×105mg/L，氯化鈣型；實驗用油：橋口油田橋21塊脫氣原油，密度0.83 g/cm3，地面原油平均黏度5.35 mPa·s，凝固點平均為34 ℃；表面活性劑S10：陰非離子型，臨沂綠森化工有限公司；CXS：Zeta電位電性為負，絕對值大于32 mV，潤濕角為86.8°，3 000目，濮陽市科洋化工有限公司；部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）：相對分子質量107，水解度32%，河南五江水處理材料有限公司。

Brook fi eld DV-Ⅲ型黏度儀：美國博飛公司；TX-500C型旋轉界面張力儀：上海安德儀器設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 S10/CXS體系的制備與黏度測試

S10/CXS體系的制備方法為：配制S10溶液，將CXS加入S10溶液中，常溫低速攪拌4 h，使溶液混合均勻并充分作用，然后常溫下將懸浮液靜置

24 h，無明顯沉淀、分層時即得目標產品。

用布氏黏度計測試S10/CXS體系懸浮液黏度，并測試不同溫度、不同礦化度下的黏度。

1.2.2 界面張力測試

油水界面張力測試按 SY/T 5370—1999［20］規定的方法進行，將油滴置于充滿表面活性劑溶液的內徑為3 mm的玻璃管中，設置界面張力儀旋轉轉速為6 000 r/min，記錄不同時刻油滴形態變化，計算不同時刻油水界面張力，實驗溫度為50 ℃。

1.2.3 動態驅替實驗

封堵性評價：使用60～200目的石英砂，制作填砂管長60 cm、直徑2.5 cm的巖心模型，包括單管、雙管模型；對所做巖心抽真空、飽和水；首先注入表面活性劑，壓力穩定后再轉注S10/CXS體系，并記錄壓力變化；計算阻力系數和殘余阻力系數。

驅油性評價：繼續進行水驅或其他動態驅替實驗，并記錄壓力變化和產量變化。

驅油效率的測試方法：使用60～200目的石英砂，制作均質單管模型和非均質三管模型，對所做模型抽真空、飽和油；先水驅至含水率達到98%，記錄采油量并計算采收率；再表面活性劑驅至含水率達到98%，記錄采油量并計算采收率；最后轉注S10/CXS體系，記錄采油量并計算采收率。1.2.4 混合液超低界面張力臨界濃度測定實驗

配制一定質量分數的S10溶液，該溶液油水界面張力可達超低（10-3mN/m）級別，向該溶液添加CXS直至混合液油水界面張力恰好可達超低級別，記錄該臨界點的CXS質量分數為S10溶液所能容納的CXS最大質量分數。

2 結果與討論

2.1 CXS添加量對S10/CXS體系黏度的影響

不同CXS添加量對0.5%S10/CXS（百分數表示質量分數，下同）體系黏度的影響見圖1。從圖1可看出，當CXS質量分數為0.5%～6.0%時，體系黏度隨CXS質量分數的增大而迅速增大。這是因為，CXS表面的疏水基團發揮作用，提高了CXS的分散性和懸浮穩定性，CXS作為一種“填充料”提高了體系的黏度。當CXS質量分數超過6.0%時，體系的分散能力達到飽和狀態，增稠效果趨于穩定。

圖1 CXS質量分數對S10/CXS體系黏度的影響Fig.1 Effect of modified ultrafine silica(CXS) mass fraction on viscosity of S10/CXS system.

2.2 溫度和礦化度對S10/CXS體系黏度的影響

溫度對不同體系黏度的影響見圖2。從圖2可看出，0.5%S10溶液、0.5%S10/0.5%HPAM體系、0.5%S10/6%CXS體系的黏度均隨溫度的升高而降低。其中，0.5%S10溶液的初始黏度低變化范圍小；0.5%S10/0.5%HPAM體系初始黏度最大，黏度變化范圍最大，當溫度在80～95 ℃時，隨溫度升高，體系黏度平穩下降，當溫度超過95 ℃后，體系黏度急劇下降；而0.5%S10/6.0%CXS體系的初始黏度較高，黏度變化范圍小，最終黏度最大，隨著溫度的升高體系黏度平穩下降，未出現明顯的溫度敏感點。S10具有耐溫性能，所以黏度隨溫度變化小；S10/HPAM體系中HPAM是體系黏度的主要影響因素，HPAM受耐溫性限制，當溫度升高，分子間網絡結構被破壞，黏度降低，當溫度達到95 ℃時，分子降解，黏度急劇下降；而S10/CXS體系受溫度影響較小，高溫條件無法破壞CXS或CXS與液體分子的分子間作用，因此具有良好的耐溫性能。

圖2 溫度對不同體系黏度的影響Fig.2 Effect of temperature on the viscosity of different systems.

不同礦化度模擬鹽水配制的0.5%S10/6.0%CXS體系的黏度見圖3。從圖3可看出，礦化度的升高對體系黏度的變化影響較小，體系穩定無沉淀等現象。這可能是因為，無機離子對CXS或CXS與液體分子的分子間作用影響很小，未造成網絡結構的破壞，說明S10/CXS體系具有良好的耐鹽性能。

2.3 CXS添加量對界面張力的影響

CXS添加量對0.5%S10/CXS體系界面張力的影響見圖4。從圖4可知，0.5%S10與原油的界面張力能達到超低（10-3mN/m）級別；對于0.5%S10/CXS體系，當CXS的質量分數為0.5%～2.0%時， 0.5%S10/CXS體系與原油的界面張力可以達到超低級別；當CXS的質量分數超過3.0%后，0.5%S10/CXS體系與原油的界面張力處在低界面（10-2mN/m）級別，即當CXS用量超過一定值后，隨CXS用量的增大，體系與原油的界面張力增大。

圖3 礦化度對0.5%S10/6.0%CXS體系黏度的影響Fig.3 Effect of salinity on the viscosity of 0.5%S10/6%CXS system.

圖4 CXS添加量對0.5%S10/CXS體系界面張力的影響Fig.4 Effect of CXS addition on interface tension of 0.5%S10/CXS systems.

為了更好地解釋這一現象，進行了混合液超低界面張力臨界濃度測定實驗，為保證S10/CXS體系與原油的界面張力仍可達到超低級別，測定不同S10用量對應的CXS最大允許添加量。結果見圖5。從圖5可看出，當S10質量分數為0.3%和0.4%時，通過添加少量的CXS就可使S10/CXS體系與原油的界面張力達到超低級別；當S10質量分數超過0.5%時，為了使S10/CXS體系與原油的界面張力達到超低級別，允許CXS的最大添加量隨S10用量的增加而增大。這是因為，CXS表面的親水基和疏水基具備表面活性，與S10發揮協同作用，可降低油水界面張力至超低級別；當CXS用量逐漸增大時，SiO2分子與S10分子在油水界面產生競爭吸附，同時SiO2分子造成S10分子的消耗，因此，不同用量的S10容納的CXS的最大添加量不同。

綜合考慮界面張力和黏度，當S10質量分數為0.5%、CXS質量分數為2.3%時，既可起到增稠作用，還可保證S10/CXS體系與原油界面張力達到超低級別，形成增稠型表面活性劑體系。

圖5 保持超低界面張力時不同S10用量對應的CXS最大添加量Fig.5 Max addition of CXS vs. different S10 dosage to maintain ultra-low interface tension.

2.4 S10/CXS體系的注入性

選取0.5%S10/2.3%CXS體系，運用室內單管填砂模型，進行注入性實驗。制作滲透率為3.5 μm2的巖心，測試體系的可注入性，獲得注入壓力隨注入體積的變化情況和采出液中物質含量，測試結果見圖6。

圖6 0.5%S10/2.3%CXS體系注入壓力隨注入量的變化Fig.6 Changes of injection pressure with injection volume of 0.5%S10/2.3%CXS system.

從圖6可看出，隨注入體積的增加，巖心的注入壓力均勻上升直至平穩，且當注入量為1.6 PV時產出液中出現固相，說明0.5%S10/2.3%CXS體系的可注入性能好。

2.5 S10/CXS體系的封堵性

選取0.5%S10/2.3%CXS體系，運用室內單管填砂模型，取高、中、低滲三種滲透率的填砂管，進行封堵性實驗，結果見表1。

表1 0.5%S10/2.3%CXS體系的封堵性Table 1 Plugging property of the system of 0.5%S10/2.3%CXS

從表1可看出，0.5%S10/2.3%CXS體系對于高、中、低滲填砂管均具有調驅能力，且隨著巖心滲透率的減小，阻力系數和殘余阻力系數均逐漸增大，調驅特征越來越明顯；對于中、低滲填砂巖心，殘余阻力系數均超過了5，說明0.5%S10/2.3%CXS體系對于中、低滲油藏具有更好的調驅能力。這是因為，0.5%S10/2.3%CXS體系具有更高的黏度，體系流度小，注入壓力更高，產生了阻力效應；復合驅后，超細SiO2殘留在巖心中，起到了一定的封堵能力，所以具備殘余阻力效應；由于超細SiO2的粒徑較小，在高滲巖心中聚集成團形成的封堵較弱，而在中、低滲巖心中可以形成高效的封堵。

2.6 S10/CXS體系的驅油效果

2.6.1 均質單管填砂模型

均質單管巖心的驅油效果見表2。從表2可看出，低滲巖心水驅后的采收率接近50%，注入0.5%S10和0.5%S10/2.3%CXS體系均起到提高采收率的作用。其中，注入0.5%S10提高采收率12.11百分點，注入5%S10/2.3%CXS體系提高采收率21.19百分點；S10/CXS體系的總采收率較S10高出近10百分點。S10/CXS體系較好的提高采收率能力是因為該體系中CXS具有“調”、S10具有“洗”的功能，前者的聚并封堵作用提高了波及體積，后者降低油水界面張力提高了洗油效率。在兩者的協同作用下，S10/CXS體系具有較好的驅油效果。

表2 均質單管巖心的驅油效果Table 2 Homogeneous single-tube core flooding effect

2.6.2 非均質并聯填砂模型

制作三管并聯填砂巖心，進行驅油實驗，結果見表3。由表3可知，水驅后總采收率為39.8%；S10驅后總采收率達到51.3%，采收率較水驅提高了11.5百分點，這是因為注入S10后，高滲巖心含水降低進而提高采收率，同時高滲巖心中產生原油乳化，增加了一定的流動阻力，使得中、低滲巖心得到進一步的動用。

轉注0.5%S10/2.3%CXS體系后，總采收率提高至67.2%，較S10驅提高了15.9百分點，中、低滲巖心得到了較充分的動用，這是由于S10/CXS體系中的CXS聚并成團后有一定的封堵作用，使得非均質并聯填砂模型的高、中、低滲透巖心之間出現滯留封堵，液體在流動過程中產生了微觀到宏觀的液流轉向，起到了深部調剖的作用，增大了中、低滲透率巖心的波及體積，再加上S10/CXS體系中S10具有提高洗油效率的作用，使最終的采收率得到了大幅提高。

表3 非均質并聯填砂管驅油效果Table 3 Heterogeneous parallel-tube core flooding effect

3 現場應用

為提高CXS分散性，利用自吸式射流泵提高配液效率。選取橋口油田橋21塊開展耐溫耐鹽增稠型表面活性劑驅。橋21塊主要含油層位是下第三系沙河街組沙二下亞段，是一套復合型的湖成三角洲砂泥巖沉積，油藏埋深3 370～3 670 m，儲層平均孔隙度19.0%，平均滲透率41.9×10-3μm2，屬于強非均質低滲儲層。地層水的礦化度一般為15×104～23×104mg/L，水型為CaCl2型。該塊含油面積3.4 km2，地質儲量78.0×104t，可采儲量11.72×104t，累計產油6.52×104t，區塊剩余油富集。

目前橋21塊注水井10井次，采油井16井次，自2015年來開展了表面活性劑驅試點項目，2015年12月日增油12.5 t，2016年7月表面活性劑竄流嚴重，效果逐漸變差；2016年12月橋21塊轉注0.5%S10/2.3%CXS體系，2017年3月效果顯現，區塊整體含水下降3百分點，日增油達到5.8 t，2017年8月日增油達到峰值18.9 t，含水下降5.8百分點，截至2018年10月，S10/CXS驅累計增油6 206.8 t。

4 結論

1）將CXS添加進表面活性劑S10溶液中，溶液黏度提高，CXS可以起到較好的增稠作用，形成的S10/CXS體系具有良好的耐溫耐鹽性能。

2）對于0.5%S10/CXS體系，當CXS的質量分數為0.5%～2.0%時，0.5%S10/CXS體系與原油的界面張力可以達到超低（10-3mN/m）級別。當CXS用量超過一定值后，隨CXS用量的增大，S10/CXS體系與原油的界面張力增大。

3）0.5%S10/2.3%CXS體系注入性能好，對于中、低滲油藏具有更好的調驅能力，在中、低滲巖心中可以形成高效的封堵。其中，CXS的聚并封堵作用可提高波及體積，S10可降低油水界面張力從而提高洗油效率。在兩者的協同作用下，S10/CXS體系具有較好的驅油效果。