稠油用聚合物/表面活性劑二元復合表面活性劑

王新亮，李小瑞，王 磊，馬國艷，羅 燦

（陜西科技大學 輕化工助劑化學與技術教育部重點實驗室，陜西 西安 710021）

稠油是指膠質和瀝青質含量高、黏度較大的原油［1-3］。我國大多數油田現已處于開采后期，輕質油儲量不斷減少，稠油儲量豐富但黏度高。稠油在地層中的流動阻力大、驅替效率低且常規的開采方法采收率低［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+等二價離子含量也較高，易發生結垢、鹽敏等現象［7-9］。聚合物驅油劑可改變稠油的流度比和黏度，并改善波及系數；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合使用可大幅提高稠油采收率［10-11］。因此，研發高效的稠油用聚合物/表面活性劑二元復合表面活性劑具有很大的潛力。

由于稠油黏度高、開采難度大，目前市場上用于稠油開采的表面活性劑普遍具有用量大（≥5 g/L）、成本高（≥2萬元/t）的缺點。本課題組開發的耐溫抗鹽聚合物/表面活性劑二元復合表面活性劑（wxl-2）即使在wxl-2質量濃度為6 g/L時成本仍低于1.5 萬元/t，因此可有效降低采油成本。

本工作利用wxl-2對中國石化勝利油田一區稠油進行驅油，研究了wxl-2溶液與稠油的油水瞬時界面張力、表面張力、吸附性能、乳化性能及熱穩定性，為該區稠油的開采提供理論依據和技術支持。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

wxl-2：實驗室自制；實驗用水：中國石化勝利油田勝坨一區現場采出水；wxl-2用實驗用水配成wxl-2溶液；稠油：中國石化勝利油田一區稠油。

TX500C型旋轉滴超低界面張力儀：美國科諾公司；DCAT21型表面張力儀：德國Dataphysics公司。

1.2 油水界面張力的測定

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

1.3 表面張力的測定

用表面張力儀測定wxl-2溶液的表面張力。

1.4 乳化性能的測試

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對稠油的乳化性能。

1.5 靜態吸附損失量的測定

將石英砂與wxl-2溶液按質量比1∶9充分混合并加入到具塞量筒中，在80 ℃下恒溫靜置24 h，待吸附達到平衡后，快速分出上層清液，然后計算清液中wxl-2的質量濃度。由式（1）計算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為石英砂的質量，g；ρ0，ρ1分別為wxl-2溶液吸附前后的質量濃度，g/L。

1.6 吸附穩定性的測試

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

1.7 熱穩定性試驗

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，然后定期測定油水瞬時界面張力，評價陳化時間對油水瞬時界面張力的影響。

2 結果與討論

2.1 質量濃度對油水瞬時界面張力的影響

wxl-2溶液質量濃度對油水瞬時界面張力的影響見圖1。由圖1可知，隨wxl-2溶液質量濃度的增大，初始油水瞬時界面張力減??；當質量濃度為3～6 g/L時，油水瞬時界面張力均隨時間的延長快速降至10-3mN/m數量級，并最終降至10-4mN/m數量級，說明wxl-2具有較寬的濃度變化范圍。

圖1 wxl-2溶液質量濃度對油水瞬時界面張力的影響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，考察了溫度對油水瞬時界面張力的影響（見圖2）。由圖2可知，隨溫度的升高，初始瞬時油水界面張力略有增大；但隨時間的延長，油水界面張力均可快速降至10-3mN/m數量級，并最終將至10-4～10-5mN/m數量級。實驗結果表明，wxl-2的耐溫性良好。

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

常規的表面活性劑只能將油水瞬時界面張力降至10-3mN/m數量級，遠不能達到稠油的開采目標。而wxl-2溶液可將油水瞬時界面張力快速降至10-3mN/m數量級，穩定后可達到10-4～10-5mN/m數量級，且油滴被拉斷后可繼續拉伸。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，則其許多應用性能（如潤濕、起泡、乳化和分散等）越好［12］。因此研究wxl-2溶液表面張力的規律，不論在理論上還是實踐上均有重要的意義。wxl-2溶液的質量濃度對其表面張力的影響見圖3。由圖3可知，wxl-2溶液的表面活性高，表面張力較低，且隨其質量濃度的增大，表面張力降低。實驗結果表明，wxl-2溶液具有較強的巖石表面潤濕能力，可改變巖石表面的潤濕性質，使其更易滲透到巖石內部，從而提高驅油效率。

圖3 wxl-2溶液的質量濃度對其表面張力的影響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溶液對稠油的乳化能力

稠油的黏度大，流動性差，水驅油時指進現象嚴重，因此適應稠油油藏的表面活性劑應對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溶液的質量濃度對稠油乳化能力的影響見表1。由表1可看出，均勻的油水混合溶液在靜置的過程中，油水不斷分離，最終達到平衡；隨wxl-2溶液質量濃度的增大，析水量逐漸減少，當wxl-2質量濃度為4 g/L時，油水體積比為8∶2；繼續增大wxl-2的質量濃度，油水體積比變化不大。實驗結果表明，wxl-2溶液對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采使用。

表1 wxl-2溶液的質量濃度對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溶液的靜態吸附性能

表面活性劑的吸附損失是一個很重要的因素，高的吸附損失量可導致表面活性劑的過量損耗，降低驅油效果；同時表面活性劑中的各組分被選擇性吸附還可導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試結果見表2。由表2可知，隨wxl-2溶液質量濃度的增大，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，低于行業標準（0.5 mg/g）。因此，wxl-2溶液具有良好的靜態吸附性能。

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溶液的吸附穩定性

在表面活性劑驅油過程中，超低的油水界面張力是提高采收率的必要條件，但表面活性劑經地下巖石的強烈吸附滯留損失后，剩余量是否還能將油水界面張力降至超低直接影響其驅油效果。wxl-2溶液的吸附穩定性見圖4。由圖4可知，在巖心對wxl-2溶液吸附5 d的過程中，隨吸附時間的延長，wxl-2溶液的初始油水瞬時界面張力呈增大趨勢，但最終均可達到10-4mN/m數量級。實驗結果表明，盡管巖心對wxl-2溶液有少量吸附，但對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界面張力降至超低，巖心吸附后wxl-2溶液仍可將油水瞬時界面張力降至超低。說明wxl-2溶液具有較強的吸附穩定性。

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

2.6 wxl-2溶液的熱穩定性

驅油體系一旦注入油層就將經過數月甚至數年才能采出，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 ℃下陳化不同時間后的熱穩定性見圖5。由圖5可知，wxl-2溶液在80 ℃下放置30 d后，油水瞬時界面張力最終仍可降至10-4mN/m數量級，說明wxl-2溶液的熱穩定性能良好。

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

3 結論

1）wxl-2溶液具有較寬的濃度變化范圍和良好的耐溫性。當wxl-2溶液質量濃度為3～6 g/L的，均可使油水瞬時界面張力降至10-4mN/m數量級，超低瞬時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、熱穩定性良好，且wxl-2溶液對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采應用。

3）wxl-2溶液靜態吸附性能良好，其在石英砂上的吸附損失量低于行業標準。wxl-2溶液的吸附穩定性好，wxl-2溶液被巖心吸附5 d后，仍可將油水瞬時界面張力降至10-4mN/m數量級。wxl-2溶液的熱穩定性能良好，80 ℃下放置30 d后，油水瞬時界面張力最終仍可降至10-4mN/m數量級。

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