甜菜堿表面活性劑對低滲透高礦化度油藏的適應(yīng)性評價

劉蕾，杜朝鋒，王麗莉，范偉，徐飛艷

（1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安710018；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安710018）

甜菜堿表面活性劑對低滲透高礦化度油藏的適應(yīng)性評價

劉蕾1，2，杜朝鋒1，2，王麗莉1，2，范偉1，2，徐飛艷1，2

（1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安710018；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安710018）

通過對甜菜堿表面活性劑在北三區(qū)油藏的界面活性、抗鹽性、穩(wěn)定性、吸附性能及驅(qū)油效率的測定，評價該新型甜菜堿表面活性劑在低滲透高礦化度油藏的適應(yīng)性。結(jié)果表明，該表面活性劑在北三區(qū)油藏條件下，具有較好的界面活性，與該區(qū)塊脫水原油的界面張力可以達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級；具有良好的抗鹽性和長期穩(wěn)定性；在北三區(qū)油砂中可以經(jīng)歷三次靜態(tài)吸附仍然保持超低界面張力。驅(qū)油試驗結(jié)果表明，1 500 mg/L表面活性劑溶液可比水驅(qū)提高驅(qū)油效率13個百分點。研究認(rèn)為，該表面活性劑可以滿足低滲高礦化度油藏驅(qū)油用表面活性劑的技術(shù)要求。

甜菜堿；表面活性劑；界面張力；高礦化度；驅(qū)油效率

表面活性劑提高采收率的原理主要是表活劑大大降低油水界面張力，提高毛細(xì)管數(shù)，有效地啟動水驅(qū)殘余油，提高驅(qū)油效率，從而較大幅度地提高油田最終采收率。在驅(qū)油用表面活性劑研究領(lǐng)域，我國對石油磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、石油羧酸鹽、來源于動植物油下腳料的羧酸鹽類以及非離子表面活性劑等不同類型的表面活性劑進(jìn)行了廣泛研究，各類表面活性劑在大慶、勝利、新疆、吉林等油田均有不同程度的應(yīng)用［1-6］。HSB表面活性劑是中石油勘探開發(fā)研究院研發(fā)的新型無堿甜菜堿表面活性劑，本文針對馬嶺北三區(qū)油藏進(jìn)行了表面活性劑室內(nèi)評價試驗，考察了新型甜菜堿表面活性劑對低滲透高礦度油藏的適應(yīng)性。

1　實驗部分

1.1實驗材料與儀器

實驗用油為試驗區(qū)生產(chǎn)井口取樣原油，原油粘度6.3 mPa·s（50℃），脫水后用于界面性能評價。實驗用水為北三區(qū)注入水以及木檢14-11井地層水，注入水礦化度4 560 mg/L，地層水礦化度17 700 mg/L。

HSB表面活性劑，由中石油勘探開發(fā)研究院研發(fā)的新型無堿甜菜堿表面活性劑，活性物含量≥25%。

主要儀器：RS600流變儀（德國HAAKE公司）；SVT20N型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀（德國dataphysics公司）；精密電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；恒溫箱（寧波江南儀器廠）；恒溫振蕩水浴槽（江蘇榮華儀器制造有限公司）；磁力加熱攪拌器（上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司）；巖心驅(qū)替裝置（長慶油田勘探開發(fā)研究院）等。

1.2實驗方法

1.2.1界面張力測定設(shè)定測試溫度為50℃、轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，用SVT20N型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測定油水間的界面張力，取動態(tài)界面張力穩(wěn)定值。

1.2.2穩(wěn)定性評價首先測試配制當(dāng)日表活劑體系的界面張力，然后將表面活性劑體系倒?jié)M試管密封（確保無氧條件）。將試管放入50℃恒溫箱，放置5 d，15 d，30 d，45 d，60 d，75 d，90 d時分別取出1個試管測試界面張力。得到界面張力隨時間變化規(guī)律。

1.2.3吸附性能評價按固液比1：9將60～100目長慶油砂及表活劑溶液加入帶塞的磨口錐形瓶中，搖勻后密封好將帶塞錐形瓶置于（50±0.50）℃（長慶油藏溫度）的恒溫振蕩水浴槽中保持24 h。取出錐形瓶，小心傾倒出溶液，將其振搖均勻后測定界面張力，余下的表活劑溶液繼續(xù)按上述過程用新油砂吸附，如此重復(fù)，直至界面張力不能達(dá)到超低為止，采用靜態(tài)吸附次數(shù)表征體系吸附性能。

1.2.4巖心驅(qū)替試驗選用試驗區(qū)天然巖心，在溫度50℃下進(jìn)行不同方式的驅(qū)替試驗，首先進(jìn)行水驅(qū)，水驅(qū)至含水98%以上進(jìn)行表面活性劑驅(qū)，表活劑驅(qū)至不再出油后再水驅(qū)至含水100%。試驗過程中記錄產(chǎn)出油、水、氣量以及壓力變化。

2　結(jié)果與討論

2.1甜菜堿表面活性劑的界面活性

油水間的界面張力是進(jìn)行表面活性劑性能評價和配方體系篩選的首選技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)前期研究結(jié)果，界面張力對化學(xué)驅(qū)的采出程度影響較大，一般需要達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級才能夠達(dá)到較高的采出程度。采用注入水配制250 mg/L～1 500 mg/L的表面活性劑溶液，測定它們在50℃下與北三區(qū)原油間的界面張力，考察不同濃度表面活性劑降低油水界面張力的能力，實驗結(jié)果（見圖1）。

圖1　不同濃度表面活性劑溶液的界面張力

從圖1中可以看出，在250 mg/L～1 500 mg/L濃度范圍內(nèi)甜菜堿表活劑均能使北三區(qū)油水界面張力降至10-3數(shù)量級，具有優(yōu)良的油水界面活性，在較低濃度下就可以實現(xiàn)超低界面張力。

2.2甜菜堿表面活性劑的抗鹽性

對于高礦化度油藏，要求表面活性劑必須具有良好的抗鹽性才能適應(yīng)油藏條件。表活劑在地面條件下采用清水配液，但到地層后或多或少會接觸到地層水，采用北三區(qū)采出水配制不同濃度的表面活性劑溶液，測定其與原油間的界面張力，考察表活劑對高礦化度地層水的適應(yīng)性，實驗結(jié)果（見圖2）。

從圖2可以看出，在地層水條件下，油水界面張力在50 min左右達(dá)到10-3mN/m，之后略有升高穩(wěn)定在1×10-2左右，與同濃度清水相比，采出水配制表活劑降低油水界面張力的能力略有下降，但依然可以使油水界面張力達(dá)到超低。可見該表面活性劑具有良好的抗鹽性，可以滿足高礦化度油藏的使用要求。

圖2　采出水配制表面活性劑溶液的界面活性

2.3甜菜堿表面活性劑的長期穩(wěn)定性

用注入水配制1 500 mg/L甜菜堿表面活性劑溶液，在50℃下密封保存，考察其在油藏溫度下的長期穩(wěn)定性，試驗結(jié)果（見圖3）。從圖3可以看出，甜菜堿表活劑在地層溫度下靜置90 d后，界面張力仍然可以保持超低，顯示了優(yōu)良的長期穩(wěn)定性。

2.4甜菜堿表面活性劑的抗吸附性

由于油藏巖石對注入表面活性劑的吸附作用，將在一定程度上降低表面活性劑的驅(qū)油效果，因此利用北三區(qū)的油砂，測定甜菜堿表面活性劑的抗吸附性能。吸附試驗結(jié)果（見圖4）。

圖3　界面張力與存放時間關(guān)系曲線

圖4　不同吸附次數(shù)下表面活性劑的界面張力

由圖4可以看出，甜菜堿表面活性劑經(jīng)歷3次靜態(tài)吸附后仍然可以保持超低界面張力，具有優(yōu)異的抗吸附性能，可以滿足北三區(qū)表面活性劑驅(qū)的要求。

2.5甜菜堿表面活性劑的驅(qū)油試驗

選取北三區(qū)58.83 mD、49.38 mD兩塊天然巖心進(jìn)行室內(nèi)驅(qū)油試驗，試驗結(jié)果（見表1）。試驗數(shù)據(jù)表明，在表面活性劑濃度為1 500 mg/L時，和單一水驅(qū)比較，表面活性劑驅(qū)提高驅(qū)油效率平均為13.1%。

表1　表面活性劑提高驅(qū)油效率巖心試驗結(jié)果

3　結(jié)論

（1）該甜菜堿表面活性劑在北三區(qū)油藏條件下具有良好的界面活性。在250 mg/L～1 500 mg/L濃度范圍內(nèi)均能使油水界面張力達(dá)到10-3mN/m超低值；同時該表面活性劑抗鹽性能優(yōu)異，可以滿足高礦化度油藏的使用要求。

（2）該甜菜堿表面活性劑具有優(yōu)良的長期穩(wěn)定性。另外表面活性劑經(jīng)歷3次靜態(tài)吸附后仍然可以保持超低界面張力，抗吸附性能可以滿足北三區(qū)表面活性劑驅(qū)的要求。

（3）表面活性劑濃度為1 500 mg/L時，巖心驅(qū)油實驗表面活性劑驅(qū)可比水驅(qū)提高驅(qū)油效率13.1%。

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［2］劉晨，王業(yè)飛，于海洋，等．低滲透油藏表面活性劑驅(qū)油體系的室內(nèi)研究［J］．石油與天然氣化工，2011，40（5）：486－489.

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［6］郭東紅．聚表善元驅(qū)表面活性劑的研究與應(yīng)用進(jìn)展［J］．精細(xì)石油化工，2012，29（4）：69－72.

Evaluation on adaptability of betaine surfactant to low permeability high salt reservoir

LIU Lei1，2，DU Zhaofeng1，2，WANG Lili1，2，F(xiàn)AN Wei1，2，XU Feiyan1，2
（1.National Engineering Laboratory for Low Permeability Petroleum Exploration and Development，Xi＇an Shanxi 710018，China；2.Petroleum Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi＇an Shanxi 710018，China）

Based on measuring the interfacial tension，salt tolerance，long term stability，adsorption，and oil displacement efficiency of betaine surfactant in Bei 3 district，the adaptability of betaine surfactant in low permeability high salt reservoir is studied in this paper.Research results show that the surfactant has good interfacial activity under Bei 3 district reservoir conditions.Interfacial tension between the agent and the dehydrated crude of the block reaches as low as 10-3mN/m.The surfactant has a perfect salt resistance ability and longterm stability.After adsorbed three times on the core of Bei3 district，the interfacial tension is still below 10-3mN/m.Core displacement experiment shows that recovery can be increased by 13%adding 1 500 mg/L surfactant compared with water flooding.It is regarded that the surface active agent can be used to low permeability high salt reservoir.

betaine；surfactant；interfacial tension；high salt；oil displacement efficiency

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.02.026

TE357.12

A

1673-5285（2015）02-0098-04

2014－11-23

劉蕾，女，工程師，大慶石油學(xué)院化學(xué)工程專業(yè)碩士，現(xiàn)主要從事提高采收率研究工作，郵箱：liulei_cq@petrochina.com.cn。