界面張力與潤濕性對化學滲吸的影響
——以延長油田杏子川低滲油藏為例

劉 凱，趙 洋，王維波，楊 紅

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710065；2.陜西省二氧化碳封存與提高采收率重點實驗室，陜西西安 710065)

低滲油藏儲層致密、裂縫發育，生產開發中單純靠加壓驅替的方法很難采出基質油，滲吸采油是該類油藏基質出油的一種重要方法[1-6]。在水驅的基礎上強化滲吸采油是提高低滲油藏開發效果的一種方式，如延長油田[7]提出的“適度溫和注水”，通過合理的注入速度達到滲吸和驅替的平衡，在保證驅替的前提下使注入水的滲吸效果最大化；另一種利用滲吸采油的方式是化學滲吸[8-10]，通過表面活性劑改變滲吸液的化學性質從而提高滲吸采收率。化學滲吸是一個復雜的物理化學過程，國內外學者針對油藏條件、儲層原油物性、注入水的水質等對滲吸效果的影響進行了大量研究[11-12]，但以往的研究多集中于某一個方面，難以有效指導現場應用。

延長油田杏子川某油區主力開發層系為長2和長6儲層，儲層滲透率0.19×10-3～12.18×10-3μm2，屬于典型的低滲透油藏，儲層致密、裂縫發育，水驅采收率低。文中以提升延長油田低滲油藏滲吸采收率為目的，研究不同界面張力-潤濕性組合的滲吸液體系對于滲吸效果的影響規律，篩選出最佳的化學滲吸體系，為礦場應用提供技術支撐。

1 實驗部分

1.1 儀器及材料

(1)實驗儀器為TX500C旋轉滴表界面張力儀、JC2000D4M型接觸角測量儀、恒溫箱、巖心驅替裝置；

(2)實驗用滲吸瓶為定制amott瓶，最小刻度為0.01 mL；

(3)實驗用表面活性劑如下：A為椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，非離子型；B為聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物，非離子型；C為脂肪醇聚氧乙烯醚，非離子型；實驗用水根據油田礦場地層水組成配置，其中，Ca2+和Mg2+離子濃度8 352 mg/L，Na+離子濃度 25 942 mg/L，總礦化度94 109 mg/L。

(4)實驗用油為延長油田杏子川采油廠某油區長6脫氣原油與航空煤油12混合而成，黏度6.06 mPa·s，與儲層原油黏度相近；

(5)實驗溫度為油藏溫度42 ℃；

(6)實驗用巖心為天然巖心，長度4.8～5.1 cm，直徑2.5 cm，孔隙度為9.03%～12.30%，平均為10.83%；滲透率為7.80×10-3～11.70×10-3μm2，平均為9.16×10-3μm2。采用油驅水造束縛水的方式飽和油，飽和油后在油藏溫度下置于實驗用油中老化30 d以上，平均含油飽和度32%。

1.2 實驗方法

(1)界面張力與潤濕性測量。界面張力使用界面張力儀進行測量，潤濕性使用接觸角測量儀測量。

(2)靜態滲吸實驗，采用amott瓶自吸法進行實驗，步驟如下：①滲吸瓶預先用洗液浸泡12 h，使其內表面為強親水，使用蒸餾水清洗烘干，待用；②采用實驗用水配置滲吸液，烘箱中放置24 h，排出溶解氣；③將巖心表面浮油擦凈后放入滲吸瓶中，加滿滲吸液，密封滲吸瓶；④將滲吸瓶放入恒溫箱中，定時記錄出油量，直到出油量不變為止。

2 結果與討論

2.1 滲吸液配制

根據國內外學者的研究[10-14]，滲吸液對滲吸的影響主要是改變油水界面張力、潤濕性、乳化性和pH值。乳化性[14]主要是通過乳化分散，從而增強油滴在巖心孔道內的流動能力；pH值[13]則主要是影響滲吸液的乳化能力。本次實驗采取靜態滲吸的方式，乳化性的作用相對較小，故滲吸液配制指標為界面張力與潤濕性。

滲吸過程中，界面張力主要起動力的作用，因此太小的界面張力不利于自發滲吸；潤濕性則決定了自發滲吸能否發生[9]。化學滲吸中，表面活性劑的加入會同時改變油水界面張力與巖石潤濕性，以往的單因素實驗存在較大誤差。因此，本實驗采取不同配方、不同濃度表面活性劑復配的方式，篩選出不同的界面張力-潤濕性組合，考察不同性質組合的滲吸能力，優選出最佳的滲吸液體系。基于此思路，復配19組滲吸液進行靜態滲吸實驗，配方及實驗結果如表1所示。

2.2 滲吸效果評價

2.2.1 靜態滲吸采收率

從表1可以看出，單純的地層水滲吸采收率僅為1.80%，19組不同表面活性劑體系滲吸采收率最低為2.50%、最高為50.00%，計算平均值為17.68%。可見，表面活性劑的加入可以促進自發滲吸的發生，化學滲吸的效果要好于地層水滲吸。不同滲吸液體系提高采收率效果差別較大，說明靜態滲吸采收率受到滲吸液體系參數的綜合影響，其中編號為10、11、12、14和18的實驗提高采收率幅度高達32%～50%。

2.2.2 界面張力與潤濕性

根據表1實驗結果，分別繪制界面張力與靜態滲吸采收率、潤濕性與靜態滲吸采收率關系圖(圖1、圖2)，分析不同滲吸液配方滲吸效果差別較大的原因以及界面張力和潤濕性分別對靜態滲吸采收率的影響規律。

表1 靜態滲吸實驗參數

從圖1中可以看出，高界面張力值更有利于靜態滲吸，當界面張力小于0.01 mN·m-1時，靜態滲吸采收率最高只能達到14.29%，平均為7.22%。當界面張力為0.01～0.10 mN·m-1時，通過計算可以得到，靜態滲吸采收率平均值為26.84%；當界面張力為0.1～1.0 mN·m-1時，通過計算可以得到，靜態滲吸采收率平均值為21.6%，滲吸采收率相差不大，滲吸采收率高點集中在0.1 mN·m-1附近。由于在滲吸過程中界面張力為滲吸的動力，所以較低的界面張力不利于滲吸過程的進行，與實驗結果相吻合。

從圖1可以看出，當界面張力小于0.01 mN·m-1時，潤濕性的改變不會顯著影響靜態滲吸采收率，說明此范圍內界面張力是制約靜態滲吸采收率的主要因素；當界面張力大于0.01 mN·m-1時，界面張力與靜態滲吸采收率之間沒有明顯規律，說明此范圍內滲吸采收率受到界面張力和潤濕性的共同影響。

圖1 界面張力-靜態滲吸采收率關系

從圖2中可以看出，表面活性劑的加入可以顯著提高滲吸液的潤濕性，從弱親油轉變為親水，實驗條件下接觸角最多可以降低到19.3°，接觸角對靜態滲吸采收率的影響沒有明顯規律，低接觸角不一定帶來高的靜態滲吸采收率，說明潤濕性的影響主要使滲吸能夠自發進行，由于不涉及油膜脫落等過程，潤濕性改變黏附功的機理在靜態滲吸當中作用很小。

圖2 潤濕性-靜態滲吸采收率關系

從圖1可知，界面張力大于0.01 mN·m-1時，高接觸角時反而滲吸采收率整體更高。當接觸角小于30°時，靜態滲吸采收率最高為26.67%，平均為10.66%；當接觸角大于30°時，靜態滲吸采收率最高為50%，平均為33.15%。從圖2、表1可知，當接觸角大于30°時，滲吸液的界面張力平均為0.096 mN·m-1；當接觸角小于30°時，界面張力則減小到0.043 mN·m-1，這是由于低的接觸角需要更高的表面活性劑濃度(接觸角小于30°時，表面活性劑濃度平均為0.259%；接觸角大于30°時，表面活性劑濃度平均為0.190%)，從而導致界面張力降低。因此，化學滲吸時若使用表面活性劑類潤濕劑，應使用合適的濃度，避免為了追求低接觸角導致界面張力過小。

2.2.3 滲吸最佳體系參數

從界面張力和潤濕性對靜態滲吸采收率的影響可以看出，靜態滲吸采收率主要受到滲吸液綜合性質的影響，單一因素不存在明顯規律。為了表征每一個因素對靜態滲吸采收率的影響程度，使用SPSS數據分析軟件進行貢獻度分析，研究各因素對于靜態滲吸采收率的貢獻大小。結果表明，界面張力貢獻度為72.3%，潤濕性貢獻度為27.7%，即在實驗條件下，界面張力對靜態滲吸采收率的貢獻程度要遠遠大于潤濕性，與前面的分析相吻合。

根據實驗結果，繪制界面張力-潤濕性-靜態滲吸采收率關系圖(圖3)，研究滲吸液最優性質組合。從圖中可以看出(綠色虛線框內)，實驗條件下，界面張力為0.05～0.20 mN·m-1、潤濕角為27.1°～52.1°時，靜態滲吸效果較好，滲吸采收率為14.29%～50.00%，平均為35.65%。通過分析靜態滲吸采收率大于20% 的滲吸液體系(表1)，杏子川低滲油藏化學滲吸最佳體系為椰子油脂肪酸二乙醇酰胺與脂肪醇聚氧乙烯醚復配體系。其中，當椰子油脂肪酸二乙醇酰胺質量分數為0.075%～0.200%、脂肪醇聚氧乙烯醚質量分數為0.025%～0.150%時，復配體系的室內靜態滲吸采收率大于30%。

圖3 界面張力-潤濕性-靜態滲吸采收率關系

3 結論

(1)化學滲吸效果受界面張力和潤濕性雙重控制，在實驗條件下，界面張力、潤濕性對靜態滲吸采收率的貢獻程度分別為72.30%和27.70%。靜態滲吸過程中，界面張力為滲吸作用的主要動力，潤濕性控制著滲吸作用的自發進行，因此，滲吸劑篩選不必過于追求超低界面張力，否則會影響滲吸效果及增加成本。

(2)杏子川油田滲吸液體系界面張力為0.05～0.20 mN·m-1、潤濕角為27.1°～52.1°時，靜態滲吸效果較好。

(3)礦場應用的表活劑體系建議為椰子油脂肪酸二乙醇酰胺與脂肪醇聚氧乙烯醚復配體系，其中椰子油脂肪酸二乙醇酰胺質量分數為0.075%～0.200%，脂肪醇聚氧乙烯醚質量分數為0.025%～0.150%，室內靜態滲吸采收率大于30%。