低滲透油藏驅油用表面活性劑的性能評價

(長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州434023）

由于低滲透油藏普遍存在著孔喉細小、非達西滲流和啟動壓力高的特點，表面分子力和毛細管力作用強烈，只有存在較大的驅替壓力時液體才能流動。降低油水界面張力是迫使滯留在多孔介質中的剩余油流動的重要方式之一。研究表明，用超低界面張力的活性水驅油能有效地降低油水界面張力，是提高低滲透油層采收率的重要途徑[1-2]。目前，常規活性劑在高礦化度低滲油藏下有不配伍、波及系數低、驅油效率差、吸附損失較為嚴重、活性劑用量大和成本高等缺點[3-4]。為此，筆者進行了低滲透油藏驅油用表面活性劑的性能評價。

1 試驗部分

1．1 主要藥品和儀器

1）主要藥品 烷基銨、甲醛、甲酸和烷基磺酸鹽(均為分析純）。

2）主要儀器 TX500C型界面張力儀(美國科諾公司），JK99B型全自動張力儀(上海中晨，）SHB-3型循環水式真空泵(予華儀器設備有限公司），多功能巖心流動試驗儀(荊州現代石油科技發展公司），高速臺式離心機GT16-3（北京時代北利有限公司）等。

1．2 表面活性劑的合成

在裝有攪拌器、回流冷凝管和溫度計的三口燒瓶中加入一定量的烷基銨，以比例加入甲醛和甲酸，在適當溫度下進行反應，反應方程式如下：

將上述反應產物與烷基磺酸鹽反應生成表面活性劑，其反應方程式如下：

表面活性劑中R1的作用是影響表面活性劑的臨界膠束濃度值，由于鏈長增加，使臨界膠束濃度降低[4]；R3為調節表面活性劑的親水親油平衡值，以利于表面活性劑分子在油水界面的平衡；—SO3M為抗鹽性基團，可以提高表面活性劑對二價陽離子(Ca2＋，Mg2＋等）的適應性，從而增強其抗鹽性。

2 結果與分析

2．1 臨界膠束濃度的測定

當表面活性劑的濃度為臨界膠束濃度時，表面活性劑的單個分子或離子開始締和成膠團，增加溶液濃度也不能再使單個分子或離子的濃度增加，此時溶液表面吸附量也不會再增加，表面活性劑分子吸附達到飽和[4]。

在25℃的條件下測定不同濃度表面活性劑的表面張力[5]，得到所合成表面活性劑的濃度與表面張力的關系圖(見圖1）。由圖1可知，當表面活性劑的表面張力達到32．78mN／m后不再發生變化，此時其對數濃度100mg／L，因此，表面活性劑的臨界膠束濃度為100mg／L。

2．2 不同價態鹽對表面張力的影響

用蒸餾水配制0．2%的表面活性劑，加入10000～90000mg／L的無機鹽，分別考慮了一價鹽（NaCl）和二價鹽(CaCl2）對表面活性劑表面張力的影響，結果如圖2所示。

圖1 表面活性劑濃度與表面張力關系圖

圖2 不同價態無機鹽對表面活性劑表面張力影響關系圖

由圖2可以看出，在無機鹽相同的溶液中，鹽濃度提高，一價鹽和二價鹽的表面張力均略有下降，當電解質濃度增大到一定程度后，表面張力不再變化。因為加入鹽后會產生離子效應，離子間的電性相互作用，壓縮聚合物離子霧厚度，易于吸附表面形成膠團，降低溶液的表面張力。對于一價鹽來說，表面活性劑的臨界鹽濃度為70000mg／L，對于二價鹽而言，表面活性劑的臨界鹽濃度為60000mg／L。

2．3 界面張力測定

采用TX500C型界面張力儀測定表面活性劑降低油樣和水樣界面張力的能力，表面活性劑的添加量為0．05%，試驗溫度為65℃。表面活性劑界面張力與時間關系圖如圖3所示。由圖3可以看出，體系界面張力隨著時間增加而下降，在50min后界面張力達到最低值(0．04664mN／m）并達到穩定狀態，屬于10-2mN／m數量級，因而可以有效降低油水界面張力。

圖3 表面活性劑界面張力與時間關系圖

圖4 表面活性劑平衡濃度與吸附量關系圖

2．4 油砂吸附量測定

準確配制一系列濃度的表面活性劑溶液，此時濃度為平衡濃度。按砂液比1∶10分別稱取5g油砂和50g溶液，水溫控制在65℃，振蕩24h，然后，用離心機在1000r／min條件下離心15min，取上層清液，測定吸附后的濃度，做出表面活性劑在油砂上吸附等溫線圖(見圖4）。由圖4可以看出，隨著平衡濃度的上升，吸附量隨之上升，當達到一定濃度后，吸附量不再增大，此時最大吸附量為0．93mg／g。

2．5 巖心試驗

室內試驗模擬對象為某低滲油層巖心，物性分析平均孔隙度18．96%，平均滲透率為1．02×10-3μm2，地層水礦化度為97543mg／L。試驗所用原油為油田生產井口脫氣原油，需要濾除其雜質微粒并脫水，再與煤油以一定比例混合。具體試驗步驟如下：①將巖心抽真空飽和地層水，測量巖心孔隙體積；②用地層水驅替，計算巖心原始滲透率；③在65℃條件下飽和模擬油(以下試驗均在65℃條件下進行），計算含油飽和度；④地層水驅油，記錄驅替不同孔隙體積倍數的驅替壓力，至含水100%，記錄穩定壓力；⑤注入1．0倍孔隙體積的0．05%的表面活性劑，評價表面活性劑驅油效果，巖心試驗驅替速度均為0．2ml／min。

巖心驅替效率曲線如圖5。由圖5可以看出，開始注水階段含水率為0，采出程度不斷上升；隨著注水注入倍數不斷增大，含水率不斷增大高達80%以上，采出程度上升幅度變小，趨于穩定；最后，注入水驅采出程度為42．91%。含水率為100%時，注入0．05%表面活性劑。隨著表面活性劑的注入，巖心表面潤濕性發生改變，親油性轉變為親水性，導致含水率下降，累計采出程度上升，最終采出程度提高到47．43%，說明在表面活性劑體系驅替1．0倍孔隙體積之后采收率提高達4．52%。此外，在巖心試驗過程中，注入壓力為6．04MPa，注入表面活性劑以后，注入壓力降至5．32MPa，降壓幅度為11．92%。注入活性劑以后，不但能提高采收率，同時水相相對滲透率上升，使注水壓力下降。

圖5 巖心驅替效率曲線圖

3 結 論

1）合成的表面活性劑的臨界膠束濃度為100mg／L，此時表面張力32．78mN／m(25℃）。

2）無機鹽(NaCl、CaCl2）對表面活性劑表面張力有影響，無機鹽濃度越高，活性劑溶液表面張力值越小。

3）油水界面張力為10-2mN／m數量級(65℃），表明表面活性劑可以有效降低油水界面張力。

4）油砂對表面活性劑的吸附量較小，最大吸附量只有0．93mg／g。

5）表面活性劑能有效提高高礦化度低滲透油田的采收率，室內巖心試驗表明采收率提高達4．52%。

[1]楊華，金貴孝，榮春龍．低滲透油氣田研究與實踐 [M]．北京：石油工業出版社，2001．

[2]李道品．低滲透砂巖油田開發 [M]．北京：石油工業出版社，1997．

[3]張繼芬，趙明國．提高石油采收率基礎 [M]．北京：石油工業出版社，2007．

[4]楊承志，韓大匡．化學驅油理論與實踐 [M]．北京：石油工業出版社，1996．

[5]GB-T22237-2008，表面活性劑表面張力的測定 [S]．