表面活性劑對低滲透油藏滲吸的影響

王小香，吳金橋，吳付洋，楊 江

（1. 西安石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065；2. 延長石油公司 研究院，陜西 西安 710065；3. 長慶油田分公司 第一采氣廠，陜西 西安 710065）

隨著常規(guī)油氣資源的減少，非常規(guī)油氣如頁巖油、頁巖氣等的開發(fā)日益受到重視［1-2］。非常規(guī)油氣藏孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜（低孔低滲），采用常規(guī)注水法很難獲得較好的開發(fā)效果［3］。自發(fā)滲吸是非常規(guī)油藏提高采收率的一項重要手段，表面活性劑對于提高油藏的自發(fā)滲吸效率有很大作用［4］。國內(nèi)外學(xué)者對表面活性劑改善滲吸作用的機理進行了大量研究，大部分研究認為表面活性劑是通過降低界面張力和接觸角來提高滲吸效果；但滲吸采出程度并不是隨界面張力的降低而單調(diào)遞增，界面張力過低時，采出程度反而下降［5-11］。李愛芬等［10］研究了界面張力對低滲親水儲層自發(fā)滲吸的影響，實驗結(jié)果表明，界面張力對滲吸采出程度的影響是非線性的，不同體系的壓裂液都存在一個最佳界面張力值。

本工作以表面活性劑為壓裂液前置液添加劑，研究了在低滲親水砂巖巖心中的自發(fā)滲吸，分析了有利于滲吸進行的接觸角和最佳界面張力范圍，為非常規(guī)油藏的滲吸采油提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

Amott Cell體積法滲析瓶：禹道玻璃儀器廠；JC 2000DS型接觸角測量儀：北京商德通科技有限公司；SVT 20型旋轉(zhuǎn)滴張力儀：德國Dataphysics公司。

1.2 實驗材料

實驗用油為長慶油田采出輕質(zhì)油，常溫下黏度為1.683 mPa·s；實驗用水為1%（w）KCl溶液；實驗巖心為人造砂巖巖心，大慶油思科技有限責(zé)任公司，成分為石英砂90%（w）和環(huán)氧樹脂。表1為巖心物性參數(shù)及表面活性劑類型。共采用16種表面活性劑，有效濃度為0.2%（w）。

1.3 實驗方法

將巖心烘干24 h后測量記錄巖心尺寸，放入真空干燥皿中抽真空3 h，再將準備好的原油通過漏斗緩慢注入裝有巖心的燒杯中，真空狀態(tài)下飽和原油24 h后釋放真空，用濾紙吸干巖心表面的浮油，并稱量入巖心的飽和原油質(zhì)量。將飽和原油的巖心放入Amott Cell體積法滲吸瓶中，記錄析出的油滴體積隨時間的變化。

配制有效濃度為0.2%（w）的表面活性劑溶液，用旋轉(zhuǎn)滴張力儀測量原油與表面活性劑溶液在室溫下的油水界面張力，界面張力的測試標準為SY/T 5370—2018［12］。

滲吸結(jié)束后的巖心中同時含有原油和表面活性劑溶液，更能反映油水同時存在時表面活性劑對巖心潤濕性的改善效果，因此將滲吸結(jié)束后的巖心切成1 cm左右的薄片，并將表面打磨光滑。用接觸角測量儀測量接觸角。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑在低滲透巖心中的滲吸

16種表面活性劑溶液中最終有JY-4B（陰離子型）、YIB（陰離子型）、YJ-14（陽離子型）和CTAB（陽離子型）4種溶液能夠滲析出原油。圖1為表面活性劑滲吸效果。由圖1可知，最終采出程度由大到小順序為：JY-4B>YIB>YJ-14>CTAB。

圖1 表面活性劑滲吸效果Fig.1 Experimental phenomenons of surfactants imbibition.

圖2為采出程度和采出速率隨時間變化關(guān)系。由圖2可知，JY-4B出油速度很快，滲吸速度也較快，原油主要集中在巖心上表面，為大油滴，這說明JY-4B主要是重力主導(dǎo)下的順向滲吸。YIB出油較慢，72 h后才有小油滴析出，主要集中在巖心上表面，滲吸方式為順向滲吸。YJ-14的滲吸速度較慢，但滲吸時間持續(xù)較長，這是由于YJ-14的界面張力極低，滲吸的動力弱，水的吸入速度較慢，因此滲吸速度慢；滲吸后期油滴主要以小油滴的形式分布在側(cè)表面，說明YJ-14在滲吸后期以逆向滲吸為主。CTAB在滲吸進行5 min即有小油滴析出，主要集中在頂面，說明滲吸前期主要發(fā)生順向滲吸。滲吸后期側(cè)面也有部分油滴析出，順向滲吸和逆向滲吸同時發(fā)生。其中陰離子型表面活性劑JY-4B的采出程度最高，滲吸速度也最快；而采出程度最低的是陽離子型表面活性劑CTAB。因此，陰離子型表面活性劑的滲吸效果優(yōu)于陽離子型表面活性劑。韓冬等［6］在對水濕砂巖的滲吸研究中發(fā)現(xiàn)，與其他類型的表面活性劑相比，陰離子型表面活性劑的滲吸效果較好，與本工作的研究結(jié)果一致。

2.2 表面活性劑對巖石潤濕性的影響

不同表面活性劑改善后的巖心接觸角平均值分別為：陰離子型表面活性劑66.5°，陽離子型表面活性劑81.78°，兩性表面活性劑94.25°，非離子表面活性劑88.73°，可以看出，陰離子型表面活性劑改善潤濕性的效果好于其他類型的表面活性劑［13］。表2為16種不同表面活性劑溶液及鹽水的接觸角、界面張力及滲吸采出程度。由表2可知，陰離子型表面活性劑改善潤濕性的效果要略好于陽離子型表面活性劑和其他類型的表面活性劑。砂巖地層巖石帶負電荷，原油中帶正電的堿性成分吸附在巖石表面，陰離子型表面活性劑分子帶負電荷的一端和原油分子中帶正電荷的一端相互作用，形成離子對，使巖石表面的油膜解吸，因疏水性而運移到油相中。而陽離子型表面活性劑則是通過吸附作用與油分子的尾基吸附，使?jié)櫇裥愿淖儭Ｒ虼耍谏皫r中陰離子型表面活性劑改變潤濕性的能力較強。對于碳酸鹽巖儲層，情況則相反。

表2 不同表面活性劑溶液的接觸角、界面張力及滲吸采出程度Table 2 Contact angle，interfacial tension and recovery ratio of different surfactants

2.3 表面活性劑對油水界面張力的影響

不同溶液的油水界面張力見表2。由表2可知，鹽水的界面張力為15.955 3 mN/m，加入表面活性劑后，油水界面張力降低。陰離子型表面活性劑中效果最好的JY-4B能使界面張力降低至0.166 0 mN/m，陽離子型表面活性劑中效果最好的YJ-14能使界面張力降低至0.044 9 mN/m。非離子型表面活性劑降低界面張力的能力相對較差。

2.4 自發(fā)滲吸的有利條件

界面張力及接觸角的測量結(jié)果見表2。由表2可知，接觸角大于70°的巖心均無油滴析出。這說明巖心的潤濕性是決定滲吸能否發(fā)生的重要因素，只有達到一定的潤濕程度時，滲吸才能發(fā)生。而界面張力決定著滲吸效率并存在一個最佳的范圍，在本工作中界面張力的最佳值為10-1mN/m。在此范圍內(nèi)，接觸角越小滲吸效果越好。當界面張力低于10-1mN/m時，由于過低的界面張力降低了毛細管力，使?jié)B吸的動力減弱，巖心吸水的速度減慢，因此滲吸效果較差。界面張力較大時，油滴的變形能力較差，不易從巖心表面析出。4種表面活性劑中，JY-4B的最終采出程度最高，其次為YIB。YJ-14由于具有過低的界面張力，使毛細管力過低，滲吸的動力減弱，因此滲吸效果不如JY-4B和YIB。YJ-14的界面張力為0.044 9 mN/m，在出油的4種表面活性劑中界面張力值最低，且出油時間最長，說明低界面張力導(dǎo)致了滲吸的滯后效應(yīng)。C18 VES雖然界面張力也較低，但由于接觸角為103.12°，毛細管力是滲吸的阻力，因此沒有油滴析出。因此，在進行表面活性劑的篩選時，要綜合考慮界面張力和接觸角對滲吸的影響。

3 結(jié)論

1）表面活性劑能夠改善巖石潤濕性和降低油水界面張力，有助于自發(fā)滲吸采油。陰離子型表面活性劑和部分陽離子型表面活性劑的滲吸效果較好。最終采出程度由大到小順序為：JY-4B>YIB>YJ-14>CTAB。

2）對于原始潤濕性為水濕的人造巖心，接觸角的大小對滲吸能否發(fā)生起著決定性作用，接觸角小于70°時滲吸才能發(fā)生。界面張力對滲吸速度和最終采出程度有很大的影響，對于滲透率為1 mD的親水巖心，最佳界面張力為10-1mN/m，界面張力過大或過小都不利于滲吸的進行。因此，在進行表面活性劑滲吸時不能追求超低的界面張力，應(yīng)研究與目標油藏匹配的最佳界面張力范圍，以獲得最高的采收率。