聚/表二元體系室內實驗研究

王 兵，安 鵬

（1.大港油田公司第一采油廠，天津 300280；2.大港油田公司第四采油廠，天津 300280）

1 室內體系實驗條件

1.1 實驗用水

港西三區油藏溫度為53 ℃，注入污水的總礦化度為6 726 mg/L，鈣鎂離子含量為53 mg/L，具體參數（見表1）。

表1 港西污水水質參數表

1.2 原油性質（見表2）

表2 港西三區原油參數表

1.3 表面活性劑收集

根據以上條件及前期室內研究基礎，通過廣泛收集表面活性劑，最終確定選擇十四種候選表面活性劑進行篩選評價研究，分別是：TD-01、ROS、DWS-1、DWS-2、DWS-3、DQ-01、YHZ-20、DG-1、DG-2、G3609、ZS-7、ZS-14、ZS-15 及BHS-01。

1.4 聚/表二元驅所用聚合物

聚合物/表面活性劑二元體系中的聚合物采用現場實驗中在用的HTPW-112（相對分子質量2 500萬），其一般性能指標（見表3）。

表3 聚合物一般性能指標

2 聚合物體系深化研究

2.1 殺菌劑優選

通過對11 種化學殺菌劑初步篩選，其中7 種與港西三區目前在用聚合物配伍性良好，經比較，優選了性價比較好的兩種殺菌劑，分別為HD-A-02 及HD-A-03，開展殺菌效果及與聚合物的配伍性實驗（見表4、表5）。

表4 不同殺菌劑殺菌效果評價

表5 不同殺菌劑與聚合物的配伍性

從表4 可以看出，HD-A-02 殺菌劑的殺菌效果優于HD-A-03，加入50 mg/L 的殺菌劑就可將污水中細菌降至25 個/毫升以下。

2.2 聚合物穩定性實驗

室內開展了除氧條件下，加入穩定劑100 mg/L 和未加穩定劑的熱穩定性對比實驗（見圖1）。

圖1 穩定劑對體系黏度的影響

綜合以上兩種添加劑的實驗結果表明：在聚合物溶液中加入適量的殺菌劑50 mg/L 和穩定劑100 mg/L后，可有效抑制污水中微生物對聚合物的降解，提高聚合物溶液的穩定性。因此，進一步優化出適合港西三區聚/表二元驅的聚合物體系為：應用目前在用的HTPW-112 聚合物（相對分子質量2 500 萬），現場污水配聚時需加入殺菌劑50 mg/L 及聚合物穩定劑100 mg/L。

3 表面活性劑篩選

3.1 不同類型表面活性劑理化指標分析

3.1.1 常規指標 表面活性劑常規指標評價主要內容為：有效物質含量、溶解性、pH 值、流動性四項指標。

（1）有效物含量：14 種表面活性劑中除ZS-7、ZS-14 及ZS-15 有效物含量為35%，其余均為40%以上，有效物含量越低，運輸成本將相應增加，但對聚/表二元驅開發指標沒有影響；

（2）溶解性：14 種表面活性劑均具有良好的溶解性，經短時間攪拌后可均勻溶解于水中，滿足現場實施要求；

（3）pH 值：現場實施要求表面活性劑pH 值為中性或弱堿性，酸性或強堿性易對設備造成腐蝕，且強堿性將嚴重影響采出液的處理，14 種表面活性劑除DG-1、DG-2 及G3609 不符合標準，其余均滿足現場實施要求；

（4）流動性：現場實施過程中，從驅油劑運輸的角度考慮，要求表面活性劑具有良好的流動性，常溫下，14 種表面活性劑均易于流動，但為防止溫度過低時表面活性劑產生凝固，現場儲存裝置需進行保溫處理，保證溫度在20 ℃以上。

表面活性劑驅油體系與原油間能否形成超低界面張力（約10-3mN/m 數量級）是評價驅油用表面活性劑性能的重要指標，因此通常利用對油水界面張力的評價作為篩選驅油表面活性劑的首要條件。

4 表面活性劑單劑的乳化效果評價[1]

4.1 實驗準備

分別配制濃度為0.05%、0.1%、0.2%、0.3%及0.5%的TD-01、DWS-3 和BHS-01 表面活性劑溶液，取所需數量的具塞刻度試管，按1:3 的油/表面活性劑體積比，配制20 mL 溶液于試管中，放在53 ℃恒溫箱中，每天搖動2～3 次，待平衡后觀察表面活性劑與原油的乳化情況。

通過對比實驗發現，剪切后的表面活性劑與原油發生了較為明顯的乳化現象。體系與原油乳化后大部分形成了O/W 型乳狀液，其直徑平均為0.1～2 μm，對于港西三區的油藏條件而言，有利于驅油效率的提高。

5 表面活性劑與聚合物的配伍性實驗

根據以上表面活性劑的篩選評價結果，確定應用聚合物HTPW-112 與表面活性劑TD-01、DWS-3 和BHS-01 開展配伍性實驗研究。適宜的聚/表二元驅體系應不但具有一定的降低油水界面張力能力，而且需有較好的流度控制能力，因此室內實驗重點考察了表面活性劑對聚/表二元體系黏度的影響、聚合物對體系界面張力的影響、聚/表體系的流變性、黏彈性及其乳化性能等，實驗結果如下。

5.1 表面活性劑對體系黏度的影響

固定聚合物濃度分別為750 mg/L、1 000 mg/L 及1 500 mg/L，在53 ℃的條件下，測定不同濃度的表面活性劑對聚/表二元體系黏度的影響：（1）聚合物濃度為1 500 mg/L 時，兩種體系黏度值均最高，且TD-01 表面活性劑濃度的增加使得體系黏度略有增加；（2）對于其他同一聚合物濃度的聚/表體系，隨著表面活性劑濃度的增加，體系黏度值基本沒有變化。

5.2 聚合物對體系界面張力的影響

二元體系聚合物溶液濃度為500 mg/L、750 mg/L、1 000 mg/L、1 200 mg/L 及1 500 mg/L 時，分別加入濃度為0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的表面活性劑，界面張力儀在53 ℃條件下，測試二元體系與原油的界面張力。由于聚合物使水相黏度增加，影響表面活性劑在界面上的吸附平衡時間，從而對界面張力有影響（見圖2），且表面活性劑濃度越低，這種影響越顯著。

圖2 不同聚/表體系界面張力的變化曲線

5.3 聚/表二元體系的流變性及黏彈性

流變性是指在外力作用下介質發生流動或形變的一種特性。作用在介質上的力主要分為兩種力：一種是拉伸，另一種是剪切。經過實驗測定聚/表二元體系所呈現出的特性表明其為非牛頓流體，在多孔介質中，這種非牛頓流體的流動同時受到剪切和拉伸力作用，因而存在剪切流動和拉伸流動。

配制聚合物溶液濃度1 000 mg/L 及1 500 mg/L，加入濃度為0.1%和0.3%的表面活性劑，室內利用HAAKE RS600 流變儀，采用同軸圓筒測量系統測定53 ℃下的該體系表觀黏度、剪切應力與剪切速率的關系；采用椎板測量系統測定其彈性模量、儲能模量與頻率之間的關系。通過這些靜態實驗分析聚/表二元體系的流變性及黏彈性，從而有助于研究體系的滲流特性、注入特性及運移特性。測量結果如下：不同表面活性劑、聚合物濃度的聚/表體系，隨剪切速率的增加，其表觀黏度先較快下降后保持一定，而其剪切應力一直隨之非線性增加，這和單純聚合物具有相同的流變特性，同屬于擬塑性非牛頓流體。

擬塑性非牛頓流體通過多孔介質時，在較高流速下會出現膨脹流變特性是聚合物的黏彈性引起的。因此有必要考察表面活性劑對體系黏彈性的影響。

（1）隨著頻率的增加，聚/表體系的儲能模量G'和耗能模量G''呈上升趨勢，且G''明顯大于G'，表明在一定聚合物濃度、頻率范圍內，聚/表體系為黏彈性體，且其流變特性以黏性為主，表明體系的內摩擦阻力較大，在多孔介質中的附著力越強，可增加阻力系數；

（2）隨著表面活性劑濃度的增加，同一聚合物濃度的聚/表體系G'和G''均有所增加，表明其黏彈性增加；

（3）相同條件下，應用BHS-01 表面活性劑配制的聚/表體系黏彈性最佳。

6 二元聚/表體系的巖心驅油實驗[2，3]

6.1 實驗條件

（1）模擬油黏度：18 mPa·s，巖心水測滲透率：1.8 D；（2）聚合物驅濃度：1 500 mg/L；（3）二元組成為聚合物1 000 mg/L+表面活性劑（0.2%），黏度：36.2 mPa·s；（4）實驗溫度：53 ℃。

6.2 實驗結果

先水驅2 PV，再進行0.2 PV 的聚合物驅，最后進行0.2 PV 的聚/表二元驅（見圖3），對比水驅和聚合物驅結果：0.4 PV 聚合物驅提高采收率為11.4%；0.2 PV聚合物驅+0.2 PV 二元驅提高采收率為19.8%。

圖3 不同驅油方式采收率對比圖

7 結論

實驗結果，可得出聚/表二元體系，室內將開展殺菌劑與表面活性劑的配伍性研究。室內開展了單純表面活性劑與原油配伍性的實驗研究，篩選出性能較佳的表面活性劑，同時殺菌劑的加入對聚/表二元體系的界面張力影響不大，略有增加，但仍能保持在超低值10-3mN/m 數量級，且殺菌劑對該體系的影響更小，因而表明聚/表體系與殺菌劑的配伍性較好。油水界面張力整體呈現下降趨勢最低可降至10-4mN/m，尤其是乳化效果最佳，在通過巖石孔喉時，將產生一定的滲流阻力，可有效擴大波及體積。