三次采油用新型兩性離子表面活性劑性能評價及應用

張 娟，鄭立偉，趙立陽，魏會軍，吳 娜，高 軍

(1長慶油田分公司第六采油廠采油工藝研究所 2陜西省寶雞市石油機械有限責任公司研究院 3陜西弘大眾為石油科技有限公司 4玉門油田分公司老君廟采油廠 5玉門油田分公司青西采油廠)

三次采油主要的方式有化學驅、熱力驅、微生物驅等[1-3]，其中化學驅的應用較為廣泛。而化學驅又可以分為表面活性劑驅、堿驅、聚合物驅以及二元復合驅和三元復合驅[4-8]。目前，三元復合驅技術的發(fā)展較為成熟，其綜合了表面活性劑、堿以及聚合物的眾多優(yōu)點，能夠大大提高原油在水驅后的采收率。三元復合驅中表面活性劑直接影響著驅油體系的界面張力和驅油效率[9-12]。目前國內(nèi)外主要采用石油磺酸類、石油羧酸鹽、烷基苯磺酸鹽等作為ASP三元復合驅的表面活性劑，以上表面活性劑在高溫高鹽油藏中應用時存在著配伍性差、驅油效率低等問題。為此，筆者結合高溫高礦化度油藏的特點，研究開發(fā)出新型兩性離子表面活性劑DS-115，并在實驗室內(nèi)評價了其界面活性、耐溫抗鹽性、吸附性能、與堿和聚合物的復配性能以及驅油效率，為三次采油技術的發(fā)展提供一定的技術支持。

一、實驗部分

1.主要試劑與儀器

新型兩性離子表面活性劑DS-115，實驗室自制；聚丙烯酰胺HPAM，湖南樂鎂化工有限公司；NaOH、NaCl、CaCl2，均為分析純，國藥集團；實驗用水為陸上某油田地層水；實驗用油為陸上某油田儲層原油；實驗用巖心為儲層天然巖心；陸上某油田儲層鉆屑。

TX-500A型旋轉滴界面張力儀，美國科諾公司；HOC-ZJ型恒溫干燥箱，湖北儀宇科技有限公司；多功能巖心驅替實驗裝置；江蘇海安石油儀器有限公司；721型紫外分光光度計，天津天光化學儀器有限公司；DTI-12型電動離心機，常州市金壇區(qū)環(huán)宇科學儀器廠。

2.實驗方法

2.1 界面張力測定

常溫下使用TX-500A型旋轉滴界面張力儀測定DS-115溶液表面張力和油水界面張力值。

2.2 耐溫抗鹽性能評價

測定0.3%的表面活性劑DS-115溶液油水界面張力值的變化情況，評價其耐溫、抗鹽性能。

2.3 吸附性能評價

使用地層水配制濃度為3 000 mg/L的表面活性劑DS-115溶液，采用紫外分光光度法測定表面活性劑DS-115在儲層鉆屑上的吸附量[13]。

2.4 與聚合物復配性能評價

使用TX-500A型旋轉滴界面張力儀測定不同時間的油水界面張力值，評價表面活性劑與聚合物的復配性能。

2.5 ASP復配體系穩(wěn)定性能評價

使用TX-500A型旋轉滴界面張力儀測定油水界面張力值，評價表面活性劑與堿和聚合物復配體系的穩(wěn)定性能。

2.6 驅油效率評價

將天然巖心洗油、烘干、稱重、測定氣測滲透率和孔隙度后，抽真空飽和地層水；再將巖心飽和儲層原油，在80℃下靜置24 h；使用地層水驅替至無油產(chǎn)出，計算水驅采收率；注入不同PV濃度為0.3%的DS-115溶液，80℃下關井24 h；繼續(xù)使用地層水驅替至含水率達98%以上為止，計算最終采收率；評價表面活性劑DS-115的驅油效率。

二、結果與討論

1.界面活性

表1為不同濃度DS-115溶液的表面張力和油水界面張力值。由表1看出，隨著表面活性劑DS-115濃度的增大，溶液表面張力和油水界面張力值均逐漸下降，當DS-115加量為0.3%時，表面張力值降低至25 mN/m以下，油水界面張力值可達到10-3mN/m數(shù)量級，說明表面活性劑DS-115具有良好的界面活性，可作為化學驅油劑使用。

表1 不同濃度DS-115溶液的界面活性

2.溫度對油水界面張力值的變化影響

圖1為溫度對DS-115溶液油水界面張力值的影響結果。由圖1看出，隨著溫度的升高，表面活性劑溶液的油水界面張力值先降低后升高，當溫度達到80℃時，油水界面張力值達到最低點，當溫度達到100℃時，界面張力值仍維持在10-3mN/m數(shù)量級，說明表面活性劑DS-115具有良好的抗溫能力。

圖1 溫度對油水界面張力的影響

圖2為礦化度對DS-115溶液油水界面張力值的影響結果，由圖2看出，隨著礦化度的升高，表面活性劑溶液的油水界面張力值先降低后升高，當?shù)V化度達到30 000 mg/L時，油水界面張力值達到最低點，當?shù)V化度繼續(xù)升高至50 000 mg/L時，油水界面張力值仍維持在10-3mN/m數(shù)量級，說明表面活性劑DS-115具有良好的抗鹽能力。

圖2 礦化度對油水界面張力的影響

3.吸附性能

作為三次采油表面活性劑，注入地層時，不可避免地會被地層礦物吸附一定的量，造成表面活性劑的損耗，在一定程度上會影響現(xiàn)場驅油的效果。按照吸附性能評價實驗方法，對新型兩性離子表面活性劑DS-115的吸附性能進行了評價，見圖3。

圖3 表面活性劑吸附量實驗結果

由圖3結果可知，隨著吸附時間的增加，表面活性劑DS-115在儲層鉆屑上的吸附量呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，但吸附量整體偏小，在12 h內(nèi)吸附量均小于1 mg/g。另外，吸附前后界面張力測試表面，隨著反應時間的增加，表面活性劑DS-115在儲層鉆屑上吸附后的界面張力稍微大于吸附前，說明儲層鉆屑對表面活性劑產(chǎn)生了一定量的吸附，但對其界面活性影響不大，表面活性劑溶液吸附后的界面張力仍能達到10-3mN/m數(shù)量級。

4.與聚合物的復配性能

在油田現(xiàn)場應用過程中，為了增大驅油劑的波及效率，表面活性劑驅油體系中經(jīng)常需要加入聚合物。表2為DS-115與聚丙烯酰胺復配時的油水界面張力值變化情況。由表2看出，加入聚丙烯酰胺后，驅油體系的初始油水界面張力較高，這是由于聚合物使體系的黏度增大，導致表面活性劑分子在油水界面的分布速度減弱；隨著時間的延長，加入聚丙烯酰胺的驅油體系界面張力值逐漸下降，可以達到10-3mN/m數(shù)量級，與未加聚合物的體系相當。說明表面活性劑DS-115與聚合物具有良好的配伍性，在化學驅油過程中可以與聚合物復配使用。

表2 與聚合物復配對界面張力的影響

5.ASP復配體系性能

隨著國內(nèi)各大油田相繼進入高含水、高采出程度階段，為了保障油田的正常開發(fā)，需要在二元復合驅的基礎上，進行三元復合驅(ASP)技術研究，即使用表面活性劑、堿和聚合物復配來提高驅油效率。圖4為ASP三元復配體系在80℃下老化不同時間后的油水界面張力值變化情況。

由圖4可以看出，隨著老化時間的延長，ASP三元復配體系的油水界面張力值變化幅度較小，放置30 d后界面張力仍能維持在10-3mN/m數(shù)量級。另外，復配體系在80℃下長時間放置后無沉淀、分層、渾濁等現(xiàn)象，說明DS-115能夠與堿、聚合物達到良好的配伍效果，并且熱穩(wěn)定性較好，可以作為三元復合驅用的表面活性劑。

圖4 三元復配體系油水界面張力變化情況

6.驅油效率

表3為表面活性劑DS-115的巖心驅油實驗結果。由表3可以看出，三塊巖心使用地層水驅替的采收率在40%左右，注入不同PV的表面活性劑DS-115后，采收率呈現(xiàn)出不同程度的升高，當注入量為0.3 PV時，表面活性劑驅提高采收率可以達到10%以上，說明新型表面活性劑DS-115能夠顯著提高水驅后的采收率，具有較好的驅油效果。

表3 巖心驅油實驗結果

三、礦場應用

該新型兩性離子表面活性劑從2016～2019年底，在長慶油田、玉門油田、延長油田等的表面活性劑驅、二元復合驅、三元復合驅中得到應用，取得了顯著的驅油效果。

以CF井為例，2016年6月1日實施驅油試驗，至2017年1月31日，累計注入驅油劑3.6 t，累計增油186 t，效果良好。

四、結論

(1)新型兩性離子表面活性劑DS-115具有較高的界面活性，在加量為0.3%時，能使表面張力值降低至25 mN/m以下，油水界面張力值可以達到10-3mN/m數(shù)量級。

(2)DS-115具有良好的耐溫抗鹽性能，當溫度達到100℃、NaCl濃度達到50 000 mg/L時，油水界面張力值仍能維持在10-3mN/m數(shù)量級。另外，表面活性劑DS-115在儲層鉆屑上的吸附量較小。

(3)DS-115與堿、聚合物具有良好的配伍性，在二元復配和三元復配體系中均能保持良好的降低油水界面張力的能力。

(4)巖心驅油實驗結果表明，當注入0.3 PV的0.3%DS-115溶液后，能夠使巖心水驅后的采收率提高10%以上，起到了良好的驅油效果。說明新型兩性離子表面活性劑DS-115能夠作為三次采油用的驅油劑使用。