一種乳液型油田解堵洗油劑的研制及其性能評價*

張麗平，鄒 劍，張 璐，符揚洋，高 尚，劉長龍，楊紅斌

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300459；2.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島266580）

渤海油田S 區塊采油井普遍存在結垢堵塞現象。在水驅油井開發中后期，綜合含水率升高，地層水與注入水不配伍，地層水與注入水在油層混合時往往產生懸浮固體；注入水中含有一定懸浮固體，也會形成無機垢［1］；此外，由于地層溫度、壓力等變化，原油中的石蠟、膠質和瀝青質會析出并吸附在無機垢上形成含油堵塞物［2］，導致采油井采收率降低［3-4］。通過對渤海油田S 區塊采油井堵塞物成分分析發現，該堵塞物多為高含油垢，垢中吸附著膠質瀝青質以及重質原油。對于這種堵塞物，通常采用單一洗油劑進行處理，但其處理效果有限［5-6］。現在常用的油污清洗劑是表面活性劑和萃取劑，表面活性劑有較好的乳化能力和界面活性，但洗油效果較差；常用萃取劑為油溶性，洗油效果好，但使用不安全且成本高［7-8］。基于此，本文提出使用低濃度萃取劑和表面活性劑復配形成一種乳液型洗油劑，測試其配伍性、穩定性以及洗油效率，并分析其洗油機理。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

十二烷基硫酸鈉，化學純，國藥集團化學試劑有限公司；十二烷基磺酸鈉、油酸鈉、芥酸酰胺丙基羥磺基甜菜堿、十六烷基二甲基甜菜堿、十六烷基三甲基溴化銨，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；癸基葡萄糖苷、月桂基葡糖苷，分析純，山東優索化工科技化工有限公司；甲醇、石油醚、二甲苯、丙三醇、正丁烷、異丙醇、乙醇、正庚烷、丙酮、正丁醇，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；聚氧乙烯辛基苯酚醚-10（OP-10，99%），分析純，山東萊陽市雙雙化工有限公司；蒸餾水，實驗室自制；石英砂，100 目，鞏義市旭宏凈水材料有限公司；原油，取自渤海油田S區塊，黏度112 mPa·s（60℃）。

JZHY-180表面張力儀，承德鼎盛試驗機檢測設備有限公司；TX-500 界面張力儀，美國科諾公司；SL200KS接觸角 ＆ 界面張力儀，美國科諾公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 界面張力測試

在60℃下，采用TX-500 界面張力儀測定表面活性劑溶液與原油間的界面張力。當連續3次讀數之差在10-3mN/m 之內時，即可認為測定的體系已經達到平衡狀態［9］，記錄最終的界面張力。

1.2.2 接觸角測定

利用SL200KS 接觸角 ＆ 界面張力儀，首先測試蒸餾水在不同巖心表面的接觸角；然后將巖心分別在25℃和60℃下用待測溶液浸泡24 h，取出巖心烘干，再次測試蒸餾水在巖心表面的接觸角［10］。

1.2.3 模擬油砂制作

將原油與石英砂按照質量比為1∶5攪拌均勻制備油砂，放入60℃烘箱中熟化24 h，取出密封備用，模擬油井堵塞物。

1.2.4 洗油效率測定

將30 mL的質量分數10%的待測溶液倒入塑料試管中，放入2 g 的油砂（初始油砂含油量為0.33 g），均勻震蕩5 次后，放入60℃烘箱靜置，24 h 后取出油砂，并用蒸餾水過濾洗滌3次，烘干后稱油砂質量m1，根據式（1）計算洗油效率f。

1.2.5 配伍性測定

將待測溶液充分震蕩后放置在60℃的烘箱中，定期觀察溶液是否有雜質析出，若無雜質析出則配伍性良好。

2 結果與討論

2.1 表面活性劑的篩選

通過測量不同表面活性劑的界面活性、洗油性能以及潤濕性，優選出性能較好的表面活性劑。

2.1.1 界面活性

界面張力是衡量表面活性劑洗油能力的重要指標之一。一般情況下，油水界面張力越小，地層原油越容易被驅替出來。研究表明，洗油性能較好的表面活性劑溶液與原油間的界面張力大多可降至超低界面張力（10-3mN/m）［11-12］。

圖1為60℃下質量分數2%的癸基葡糖苷溶液與原油之間界面張力。可以看出，在5數15 min內，界面張力隨時間變化較大；20 min后，油水界面張力趨于平穩，最終維持在10-3mN/m左右。60℃時，質量分數為2%的不同表面活性劑溶液與原油之間的平衡界面張力見表1。從表1可以看出，芥酸酰胺丙基羥磺基甜菜堿、十六烷基二甲基甜菜堿、十六烷基三甲基溴化銨、癸基葡糖苷和OP-10 的界面活性較好，溶液與原油間的界面張力在10-3mN/m 的超低數量級。

圖1 質量分數2%的癸基葡糖苷溶液與原油之間界面張力隨時間變化（60℃）

表1 質量分數2%的不同表面活性劑溶液與原油之間的界面張力（60℃）

2.1.2 洗油性能

質量分數2%的不同的表面活性劑溶液對模擬油砂的洗油效率如表2。可以看出，單一表面活性劑對油砂的洗油效率比較低，洗油效率相對較好的表面活性劑有十六烷基三甲基溴化銨、癸基葡糖苷以及OP-10，這3 種表面活性劑對油砂的洗油效率在25%以上，且這3 種表面活性劑溶液與原油間的界面張力很低，因此對這3 種表面活性劑進行潤濕性測試。

表2 60℃時，不同表面活性劑對模擬油砂的洗油效率

2.1.3 潤濕性

表面活性劑吸附到巖心表面可以改變巖心的表面潤濕性［13］。分別在25℃和60℃下測定蒸餾水在經質量分數2%的表面活性劑溶液浸泡處理過的巖心表面的潤濕角，結果見表3。由表3可知，3 種表面活性劑對巖心都具有很好的反轉潤濕性，巖心表面潤濕性由親油性轉變為親水性，有助于堵塞物從地層表面脫離，從而進行油污清洗以及進一步的解除堵塞物。

表3 經不同表面活性劑處理后巖心的潤濕性變化

2.2 萃取劑的篩選

質量分數為10%的不同萃取劑對油砂的洗油效率如表4所示。可以看出，單一萃取劑高于單一表面活性劑的洗油效率，其中洗油效率較高的是石油醚和二甲苯，洗油效率在80%左右。

將二甲苯和石油醚按不同比例進配制成質量分數為10%的溶液，然后進行洗油效率測試，結果見表5。由表5可見，復配萃取劑體系對油砂的洗油效率均達到85%左右，大于單一萃取劑的洗油效率。從成本方面考慮，最終確定萃取劑石油醚、二甲苯的復配比為4∶1。

2.3 乳液型洗油劑的研發及性能評價

在2%二甲苯+8%石油醚的復配萃取劑體系中加入2%的十六烷基三甲基溴化銨、癸基葡糖苷或OP-10配制成乳液型洗油劑，所配制的乳液型洗油劑對油砂的洗油效率分別為95.8%、96.2%和95.5%。

表4 不同萃取劑對油砂的洗油效率（60℃）

表5 復配萃取劑體系對油砂洗油效率（60℃）

2.3.1 乳液型洗油劑的配伍性

洗油劑的配伍性包括洗油劑自身的穩定性、與地層水的配伍性和與地層原油的配伍性［15］。

（1）洗油劑自身的穩定性

按照配方2%二甲苯+8%石油醚+2%十六烷基三甲基溴化銨（或癸基葡糖苷或OP-10）配制的洗油劑體系（以下用表面活性劑命名洗油劑體系），充分震蕩后放置在60℃的烘箱中，觀察發現，十六烷基三甲基溴化銨體系自身穩定性能較差，從第3 d 開始即析出白色沉淀；而癸基葡糖苷和OP-10 兩種體系的自身穩定性良好，均澄清無沉淀。

（2）與地層水的配伍性

將模擬地層水與洗油劑分別按10∶1和1∶10混合，充分震蕩后放入60℃烘箱中，放置24 h，觀察發現，3 種洗油劑體系均無沉淀和分層現象，說明這3種體系與地層水的配伍性良好。

（3）與地層原油的配伍性

將原油與洗油劑按照體積比1∶1 混合，充分震蕩后放在60℃烘箱中，在24 h 內觀察油水分層狀況。通過實驗發現，這3 種體系與原油形成的乳狀液很快分層，但輕微震蕩后會重新形成乳狀液，說明這3種洗油劑與地層原油配伍性良好。

2.3.2 乳液型洗油劑的穩定性

在60℃下，配方為2%二甲苯+8%石油醚+2%十六烷基三甲基溴化銨（或癸基葡糖苷或OP-10）的洗油體系與原油間的界面張力隨測試時間的變化見圖2。可以看出，隨著時間的延長，OP-10 洗油劑體系油水界面張力沒有發生明顯變化，兩周內的油水界面張力均可以保持在10-2mN/m 以下，而癸基葡糖苷和十六烷基三甲基溴化銨洗油體系的油水界面張力明顯增長，說明OP-10 體系的穩定性良好。因此最終乳液型洗油劑的配方確定為：2%二甲苯+8%石油醚+2%OP-10，該體系具有良好的洗油解堵效果，在油田及礦場具有良好的推廣應用價值。

圖2 3種洗油體系與原油間的界面張力隨時間變化（60℃）

2.3.3 乳液型洗油劑的洗油機理分析

在溶液中表面活性劑將萃取劑分子包裹住，親水頭基向外而疏水尾鏈插入到萃取劑分子中，如圖3所示，形成“水包芳烴型乳狀液”。在對含油堵塞物進行解堵時，洗油劑中的表面活性劑可以降低油水界面張力，增加毛管數，并改變潤濕性，使得原油從堵塞物中脫離，增加流體的流動性［14］，而萃取劑可通過相似相溶的原理對油污起到溶解分散作用，兩者復配后表面活性劑可以促進萃取劑更好地進入含油堵塞物內，洗油更徹底。

圖3 洗油劑中的分子結構

3 結論

單一表面活性劑洗油效率較低，均在30%以下；單一萃取劑洗油效率較高，最高可達80%左右。將表面活性劑OP-10 與洗油劑二甲苯、石油醚復配得到的配方為2%二甲苯+8%石油醚+2%OP-10的乳液型洗油劑的配伍性、穩定性良好，對油砂的洗油效率達95.5%。該乳液型洗油劑中的表面活性劑可以促進萃取劑更好地進入堵塞物內，從而使得洗油更徹底。