稠油用聚合物/表面活性劑二元復(fù)合表面活性劑

王新亮，李小瑞，王 磊，馬國(guó)艷，羅 燦

（陜西科技大學(xué) 輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021）

稠油是指膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量高、黏度較大的原油［1-3］。我國(guó)大多數(shù)油田現(xiàn)已處于開(kāi)采后期，輕質(zhì)油儲(chǔ)量不斷減少，稠油儲(chǔ)量豐富但黏度高。稠油在地層中的流動(dòng)阻力大、驅(qū)替效率低且常規(guī)的開(kāi)采方法采收率低［4-6］。稠油所在的地層溫度通常在80℃以上，在該高溫下，常規(guī)的表面活性劑易失去表面活性從而失去降低界面張力的能力；且該地層中Ca2+和Mg2+等二價(jià)離子含量也較高，易發(fā)生結(jié)垢、鹽敏等現(xiàn)象［7-9］。聚合物驅(qū)油劑可改變稠油的流度比和黏度，并改善波及系數(shù)；表面活性劑可降低油水界面張力，并乳化原油、降低摩擦阻力。將聚合物與表面活性劑復(fù)合使用可大幅提高稠油采收率［10-11］。因此，研發(fā)高效的稠油用聚合物/表面活性劑二元復(fù)合表面活性劑具有很大的潛力。

由于稠油黏度高、開(kāi)采難度大，目前市場(chǎng)上用于稠油開(kāi)采的表面活性劑普遍具有用量大（≥5 g/L）、成本高（≥2萬(wàn)元/t）的缺點(diǎn)。本課題組開(kāi)發(fā)的耐溫抗鹽聚合物/表面活性劑二元復(fù)合表面活性劑（wxl-2）即使在wxl-2質(zhì)量濃度為6 g/L時(shí)成本仍低于1.5 萬(wàn)元/t，因此可有效降低采油成本。

本工作利用wxl-2對(duì)中國(guó)石化勝利油田一區(qū)稠油進(jìn)行驅(qū)油，研究了wxl-2溶液與稠油的油水瞬時(shí)界面張力、表面張力、吸附性能、乳化性能及熱穩(wěn)定性，為該區(qū)稠油的開(kāi)采提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

wxl-2：實(shí)驗(yàn)室自制；實(shí)驗(yàn)用水：中國(guó)石化勝利油田勝坨一區(qū)現(xiàn)場(chǎng)采出水；wxl-2用實(shí)驗(yàn)用水配成wxl-2溶液；稠油：中國(guó)石化勝利油田一區(qū)稠油。

TX500C型旋轉(zhuǎn)滴超低界面張力儀：美國(guó)科諾公司；DCAT21型表面張力儀：德國(guó)Dataphysics公司。

1.2 油水界面張力的測(cè)定

將wxl-2溶液加入至稠油中，用旋轉(zhuǎn)滴超低界面張力儀（密度差Δρ=0.1 g/cm3，轉(zhuǎn)速5 000 r/min）測(cè)定油水瞬時(shí)界面張力。

1.3 表面張力的測(cè)定

用表面張力儀測(cè)定wxl-2溶液的表面張力。

1.4 乳化性能的測(cè)試

將wxl-2溶液與稠油按體積比7∶3置于具塞量筒中，振蕩使兩相混合均勻，然后在恒溫箱中于80℃下靜置12 h后觀察，分別量取油水分離后油相與水相的體積，以油水分離后的體積比表征wxl-2對(duì)稠油的乳化性能。

1.5 靜態(tài)吸附損失量的測(cè)定

將石英砂與wxl-2溶液按質(zhì)量比1∶9充分混合并加入到具塞量筒中，在80 ℃下恒溫靜置24 h，待吸附達(dá)到平衡后，快速分出上層清液，然后計(jì)算清液中wxl-2的質(zhì)量濃度。由式（1）計(jì)算wxl-2溶液在石英砂表面的吸附量（Γ，mg/g）。

式中，V為wxl-2溶液的體積，L；m為石英砂的質(zhì)量，g；ρ0，ρ1分別為wxl-2溶液吸附前后的質(zhì)量濃度，g/L。

1.6 吸附穩(wěn)定性的測(cè)試

將天然巖心與4 g/L的wxl-2溶液按質(zhì)量比1∶6混合，在80 ℃恒溫水浴中連續(xù)振蕩5 d，每天取一定量吸附后的溶液，測(cè)定油水瞬時(shí)界面張力。

1.7 熱穩(wěn)定性試驗(yàn)

配制4 g/L的wxl-2溶液并將其在80 ℃（模擬地層溫度）下恒溫密閉保存，然后定期測(cè)定油水瞬時(shí)界面張力，評(píng)價(jià)陳化時(shí)間對(duì)油水瞬時(shí)界面張力的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)量濃度對(duì)油水瞬時(shí)界面張力的影響

wxl-2溶液質(zhì)量濃度對(duì)油水瞬時(shí)界面張力的影響見(jiàn)圖1。由圖1可知，隨wxl-2溶液質(zhì)量濃度的增大，初始油水瞬時(shí)界面張力減小；當(dāng)質(zhì)量濃度為3～6 g/L時(shí)，油水瞬時(shí)界面張力均隨時(shí)間的延長(zhǎng)快速降至10-3mN/m數(shù)量級(jí)，并最終降至10-4mN/m數(shù)量級(jí)，說(shuō)明wxl-2具有較寬的濃度變化范圍。

圖1 wxl-2溶液質(zhì)量濃度對(duì)油水瞬時(shí)界面張力的影響Fig.1 Effects of the concentration of the wxl-2 solution on the oil-water interfacial tension(IFT).Condition：60 ℃.

將wxl-2溶液加入至稠油中，考察了溫度對(duì)油水瞬時(shí)界面張力的影響（見(jiàn)圖2）。由圖2可知，隨溫度的升高，初始瞬時(shí)油水界面張力略有增大；但隨時(shí)間的延長(zhǎng)，油水界面張力均可快速降至10-3mN/m數(shù)量級(jí)，并最終將至10-4～10-5mN/m數(shù)量級(jí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，wxl-2的耐溫性良好。

圖2 溫度對(duì)油水瞬時(shí)界面張力的影響Fig.2 Effects of temperature on the oil-water IFT.Condition：ρ(wxl-2)=4 g/L.

常規(guī)的表面活性劑只能將油水瞬時(shí)界面張力降至10-3mN/m數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)不能達(dá)到稠油的開(kāi)采目標(biāo)。而wxl-2溶液可將油水瞬時(shí)界面張力快速降至10-3mN/m數(shù)量級(jí)，穩(wěn)定后可達(dá)到10-4～10-5mN/m數(shù)量級(jí)，且油滴被拉斷后可繼續(xù)拉伸。因此，wxl-2有利于提高稠油采收率。

2.2 wxl-2溶液的表面張力

表面活性劑在水溶液中的表面張力越低，則其許多應(yīng)用性能（如潤(rùn)濕、起泡、乳化和分散等）越好［12］。因此研究wxl-2溶液表面張力的規(guī)律，不論在理論上還是實(shí)踐上均有重要的意義。wxl-2溶液的質(zhì)量濃度對(duì)其表面張力的影響見(jiàn)圖3。由圖3可知，wxl-2溶液的表面活性高，表面張力較低，且隨其質(zhì)量濃度的增大，表面張力降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，wxl-2溶液具有較強(qiáng)的巖石表面潤(rùn)濕能力，可改變巖石表面的潤(rùn)濕性質(zhì)，使其更易滲透到巖石內(nèi)部，從而提高驅(qū)油效率。

圖3 wxl-2溶液的質(zhì)量濃度對(duì)其表面張力的影響Fig.3 Effects of the concentration of the wxl-2 solution on the surface tension(γ) of wxl-2.Condition：60 ℃.

2.3 wxl-2溶液對(duì)稠油的乳化能力

稠油的黏度大，流動(dòng)性差，水驅(qū)油時(shí)指進(jìn)現(xiàn)象嚴(yán)重，因此適應(yīng)稠油油藏的表面活性劑應(yīng)對(duì)稠油具有較高的乳化能力，以降低原油黏度，改善流度比［2，13］。wxl-2溶液的質(zhì)量濃度對(duì)稠油乳化能力的影響見(jiàn)表1。由表1可看出，均勻的油水混合溶液在靜置的過(guò)程中，油水不斷分離，最終達(dá)到平衡；隨wxl-2溶液質(zhì)量濃度的增大，析水量逐漸減少，當(dāng)wxl-2質(zhì)量濃度為4 g/L時(shí)，油水體積比為8∶2；繼續(xù)增大wxl-2的質(zhì)量濃度，油水體積比變化不大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，wxl-2溶液對(duì)稠油具有較好的乳化能力，適合勝利油田部分高溫地層稠油的開(kāi)采使用。

表1 wxl-2溶液的質(zhì)量濃度對(duì)稠油乳化能力的影響Table 1 Effects of the concentration of the wxl-2 solution on the emulsi fi cation performance of wxl-2 to thick oil

2.4 wxl-2溶液的靜態(tài)吸附性能

表面活性劑的吸附損失是一個(gè)很重要的因素，高的吸附損失量可導(dǎo)致表面活性劑的過(guò)量損耗，降低驅(qū)油效果；同時(shí)表面活性劑中的各組分被選擇性吸附還可導(dǎo)致表面活性劑的色譜分離［14］。wxl-2溶液在石英砂上的吸附損失量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，隨wxl-2溶液質(zhì)量濃度的增大，其在石英砂上的吸附損失量先增大后減小，但吸附損失量總體較小，最大吸附損失量為0.29 mg/g，低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（0.5 mg/g）。因此，wxl-2溶液具有良好的靜態(tài)吸附性能。

表2 wxl-2溶液在石英砂上的吸附損失量Table 2 Adsorptive capacity of the wxl-2 solutions on quartz sand

2.5 wxl-2溶液的吸附穩(wěn)定性

在表面活性劑驅(qū)油過(guò)程中，超低的油水界面張力是提高采收率的必要條件，但表面活性劑經(jīng)地下巖石的強(qiáng)烈吸附滯留損失后，剩余量是否還能將油水界面張力降至超低直接影響其驅(qū)油效果。wxl-2溶液的吸附穩(wěn)定性見(jiàn)圖4。由圖4可知，在巖心對(duì)wxl-2溶液吸附5 d的過(guò)程中，隨吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，wxl-2溶液的初始油水瞬時(shí)界面張力呈增大趨勢(shì)，但最終均可達(dá)到10-4mN/m數(shù)量級(jí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，盡管巖心對(duì)wxl-2溶液有少量吸附，但對(duì)其降低油水界面張力的能力影響不大，即在巖心吸附前wxl-2溶液可將其油水瞬時(shí)界面張力降至超低，巖心吸附后wxl-2溶液仍可將油水瞬時(shí)界面張力降至超低。說(shuō)明wxl-2溶液具有較強(qiáng)的吸附穩(wěn)定性。

圖4 wxl-2溶液的吸附穩(wěn)定性Fig.4 Adsorption stability of the wxl-2 solution.Conditions：ρ(wxl-2)=4 g/L，80 ℃.

2.6 wxl-2溶液的熱穩(wěn)定性

驅(qū)油體系一旦注入油層就將經(jīng)過(guò)數(shù)月甚至數(shù)年才能采出，其在油藏的高溫下能否保持降低界面張力的能力需考察。wxl-2溶液在80 ℃下陳化不同時(shí)間后的熱穩(wěn)定性見(jiàn)圖5。由圖5可知，wxl-2溶液在80 ℃下放置30 d后，油水瞬時(shí)界面張力最終仍可降至10-4mN/m數(shù)量級(jí)，說(shuō)明wxl-2溶液的熱穩(wěn)定性能良好。

圖5 wxl-2溶液陳化不同時(shí)間后的熱穩(wěn)定性Fig.5 Thermal stability of the wxl-2 solutions after aging for different time.

3 結(jié)論

1）wxl-2溶液具有較寬的濃度變化范圍和良好的耐溫性。當(dāng)wxl-2溶液質(zhì)量濃度為3～6 g/L的，均可使油水瞬時(shí)界面張力降至10-4mN/m數(shù)量級(jí)，超低瞬時(shí)界面張力有利于提高稠油采收率。

2）wxl-2溶液的表面張力低、熱穩(wěn)定性良好，且wxl-2溶液對(duì)稠油具有較好的乳化能力，故wxl-2可用于勝利油田部分高溫地層稠油的開(kāi)采應(yīng)用。

3）wxl-2溶液靜態(tài)吸附性能良好，其在石英砂上的吸附損失量低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。wxl-2溶液的吸附穩(wěn)定性好，wxl-2溶液被巖心吸附5 d后，仍可將油水瞬時(shí)界面張力降至10-4mN/m數(shù)量級(jí)。wxl-2溶液的熱穩(wěn)定性能良好，80 ℃下放置30 d后，油水瞬時(shí)界面張力最終仍可降至10-4mN/m數(shù)量級(jí)。

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