陰-陽離子表面活性劑潤濕性能研究

張 磊，梁 偉，宋志東，宋 菲，馮雷雷

（中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營 257000）

表面活性劑驅是油田化學驅[1，2]的一個方法，由于陰-陽離子表面活性劑復配[3，4]時其水溶液容易形成沉淀，從而導致陰陽離子表面活性劑混合體系不僅在應用中成為配伍禁忌，而且相關理論研究也比較滯后，因此陰陽離子表面活性劑在油田化學驅中的應用報道較少。近年來的研究發現，陰陽離子表面活性劑混合體系水溶液具有很多異常性質，如由于陰陽離子表面活性劑在水溶液中存在著強烈的靜電作用和疏水性碳鏈間的相互作用[5，6]，促進了兩種帶不同電荷表面活性劑離子間的締合，在溶液中很容易形成膠束，產生比單一表面活性劑更高的表面活性。此外，陰陽離子表面活性劑混合體系可明顯降低陽離子表面活性劑在巖心上的吸附損耗，從而可顯著降低陽離子表面活性劑的固有缺陷。Shell 的Scott L.Wellington 研究了陰離子-陽離子表面活性劑的驅油性能。印度Dibrugarh 大學的Gogoi教授研究了陽離子表面活性劑雙十二烷基溴化胺與陰離子表面活性劑木質素磺酸鈉復配體系的驅油性能。但是目前關于陰-陽離子表面活性劑微乳體系對原油增溶性能的研究較少。本文通過室內實驗自制的雙親水頭基，雙聚醚官能團的陰非離子表面活性劑，并與含有陽離子的表面活性劑進行復配，克服了陰、陽離子表面活性劑復配時容易生成沉淀、液晶等缺點。本文研制的用于強化采油的陰陽離子復合表面活性劑，在使用濃度極低的條件下，既可實現微乳驅的作用，現場實驗證明具有良好的降壓增注效果。

1 實驗部分

1.1 主要材料和儀器

聚醚羧酸鹽磺酸鹽[7，8]，實驗室自制；雙十八烷基二甲基氯化銨，蘇州源泰潤化工有限公司；巖心薄片，勝利油田純41 沙四段巖心；原油，勝利油田純41 塊沙四段；注入水，勝利油田純8 注水站注入水；接觸角測定儀，常州泰勒儀器科技有限公司；氣相色譜質譜聯用分析儀，江蘇天瑞儀器股份有限公司；激光粒度儀，HORIBA；凝固點測定儀，山東盛泰儀器有限公司；磁力加熱攪拌器，常州金壇良友儀器有限公司；真空干燥箱，上海坤天實驗室儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 陰-陽離子表面活性劑SL-YYH-1 的制備 把聚醚羧酸鹽磺酸鹽、雙十八烷基二甲基氯化銨、水、溶劑按1:1:90:8 的比例配比加入攪拌器，加熱攪拌混合均勻后放入烘箱，蒸除溶劑及水后得到陰-陽離子表面活性劑。

1.2.2 潤濕性改變性能測試實驗 表面活性劑對巖石潤濕性的改變，是降低驅替液的注入壓力，提高低滲透油藏采收率的關鍵作用之一。潤濕性的測定方法有自吸法、離心法、接觸角法等多種，本文采用的是接觸角測量法：將巖心薄片浸入油或水中，然后在巖石薄片表面上滴上一滴油或水，利用接觸角測定儀測出接觸角，詳細步驟參考標準SY/T 5153-2017《油藏巖石潤濕性測定》中第5 章的規定和方法。

1.2.3 降壓物模實驗

（1）用精濾后的注入水飽和經洗油、烘干處理好的巖心（要飽和較長時間，每隔2 h 抽0.5 h，飽和48 h以上，以保證巖心全部水濕）；

（2）裝巖心，打環壓；

（3）容器內裝煤油，放空，建立束縛水飽和度。具體實驗過程為：干凈的巖心樣品—多次（抽空—飽和地層水）—油驅水—直至連續一段時間（1 h 以上）沒有水出來為止。實驗開始時采用較低的速度驅替，然后逐漸提高驅替速度，確保建立起真正的束縛水飽和度；

（4）自檢、校零，用精濾注入水正向測定滲透率，記錄壓力；

（5）反通表活劑溶液4 PV，停3 d，然后用注入水正測滲透率，記錄壓力。

根據上述實驗過程，室內開展了微乳降壓物模實驗（見圖1）。

2 結果與討論

2.1 潤濕性能改變實驗結果與討論

圖1 降壓模擬實驗裝置圖Fig.1 Depressurization simulation test device diagram

2.1.1 室溫下油田注入水和0.5 %的SL-YYH-1 溶液在原油飽和巖心表面的接觸角 室溫條件下，取原油飽和巖心切片置于接觸角測量儀的測量臺中，向切片表面滴加5 μL 油田注入水，測得水滴與切片表面的接觸角為77.07°（見圖2）。

圖2 注入水滴與原油飽和巖心切片的接觸角Fig.2 Contact angle between injected water drop and saturated core slice of crude oil

室溫條件下，取原油飽和巖心切片置于接觸角測量儀的測量臺中，向切片表面滴加5 μL 濃度0.5 %的SL-YYH-1 溶液，檢測得液滴與切片表面的接觸角為22.29°（見圖3）。

圖3 液滴與原油飽和巖心切片的接觸角Fig.3 Contact angle between droplet and saturated core slice of crude oil

注入水與飽和巖心切片的接觸角數據證明，原油飽和巖心切片模擬的長期采油過程中的巖心孔道表面的潤濕性為油濕型。在油田開采中，原油在長期運移過程中在巖心表面不斷吸附、滲透，最終造成巖心表面由水濕型轉變為油濕型。原油和其他有機堵塞物會聚集、黏附于油濕型的巖心表面，造成地層巖心孔道的堵塞。0.5 %的SL-YYH-1 溶液與飽和巖心切片的接觸角數據證明，陰陽離子表面活性劑體系具有一定的親油性，在油濕型的巖心表面迅速地鋪展開來，有利于表面活性劑體系在地層巖心孔道表面發揮作用，從而進一步發揮表面活性劑體系和微乳液體系的解堵性能。

圖4 注入水中油滴與原油飽和巖心切片的接觸角Fig.4 Contact angle between oil drop in injection water and saturated core slice of crude oil

2.1.2 室溫下原油在注入水和0.5 %的SL-YYH-1 溶液中與原油飽和巖心表面的接觸角 室溫條件下，取原油飽和巖心切片置于接觸角測量儀石英檢測池中，向切片表面滴加5 μL 原油，向檢測池中注入10 mL現場注入水，檢測得在注入水中油滴與切片表面的接觸角為27.39°（見圖4）。

室溫條件下，取原油飽和巖心切片置于接觸角測量儀石英檢測池中，向切片表面滴加5 μL 原油，向檢測池中注入10 mL 的0.5 % 的SL-YYH-1 溶液，測得在表面活性劑溶液中油滴與切片表面的接觸角為34.47°（見圖5）。

圖5 SL-YYH-1 溶液中油滴與原油飽和巖心切片的接觸角Fig.5 Contact angle between oil drop in SL-YYH-1 solution and saturated core slice of crude oil

注入水中油滴與飽和巖心切片的接觸角數據進一步證明，巖心表面為油濕型，原油與巖心表面的接觸角小，在運移過程中易于黏附于固體表面。而表面活性劑溶液中油滴與巖心表面的接觸角相較于水中已有一定程度的增大，說明在僅室溫條件下，表面活性劑體系已經對巖心的表面潤濕性產生了一定的影響與改變。

2.1.3 90 ℃下原油在注入水和0.5 %SL-YYH-1 溶液中與原油飽和巖心表面的接觸角 取原油飽和巖心切片置于接觸角測量儀石英檢測池中，向切片表面滴加5 μL 油田原油，向檢測池中注入10 mL 的90 ℃恒溫30 min 的現場注入水，檢測得在高溫注入水中油滴與切片表面的接觸角為30.77°（見圖6）。

圖6 高溫注入水中油滴與原油飽和巖心切片的接觸角Fig.6 Contact angle between oil drop in high temperature injection water and saturated core slice of crude oil

接觸角數據表明，在高溫注入水條件下，油滴與巖心的接觸角相較于常溫條件有一定程度的增大，但是增大程度有限。這能在一定程度說明高溫條件下巖心表面的油濕程度能夠得到很小幅度的緩解，但是依然不能改變巖心表面油濕型的本質。取原油飽和巖心切片置于接觸角測量儀石英檢測池中，向切片表面滴加5 μL 原油，向檢測池中注入10 mL 90 ℃恒溫30 min的0.5 %降壓增注化學劑，結果顯示在高溫表面活性劑溶液中油滴迅速從巖心表面剝離并增溶至表面活性劑溶液中（見圖7）。

油滴在高溫表面活性劑溶液中從巖心表面剝離并增溶至體相中的現象說明，SL-YYH-1 體系能夠很好地改善巖心表面的油濕性，極大程度地促進原油從巖心表面脫離，同時該表面活性劑體系對原油有著極佳的增溶能力。

圖7 高溫下表面活性劑溶液中油滴在原油飽和巖心切片上的增溶情況Fig.7 Solubilization of oil droplets in surfactant solution on saturated core section of crude oil at high temperature

表1 降壓前后滲透率、壓力對比表Tab.1 Comparison of permeability and pressure before and after depressurization

2.2 降壓物模實驗結果與討論

降壓物模實驗結果（見表1）。由表1 實驗結果可以看出，微乳液可以起到明顯的降壓效果，降壓率可達30 %以上。

3 結論

（1）通過聚醚羧酸鹽磺酸鹽和雙十八烷基二甲基氯化銨研制的陰-陽離子表面活性劑體系，具有良好的潤濕改變能力。

（2）油滴在高溫表面活性劑溶液中從巖心表面剝離并增溶至體相中的現象說明，SL-YYH-1 體系能夠很好地改善巖心表面的油濕性，極大程度 地促進原油從巖心表面脫離，同時該表面活性劑體系對原油有著極佳的增溶能力。

（3）物模實驗顯示，使用陰-陽離子表面活性劑體系驅替巖心，對巖石滲透率提高率超過20 %，對注水降壓率超過30 %。