黏彈性表面活性劑吸附滯留特性研究

時冠蘭，余曉玲，張 鑫

中國石化江蘇油田分公司石油工程技術研究院，江蘇揚州225009

在化學驅油過程當中，表面活性劑起著重要作用，它能減少油水界面張力、增加毛管數，因此，原油采收率可得到大幅度的提高［1］。表面活性劑的應用非常廣泛，其吸附損失研究得到了關注和重視。在化學驅油過程中，表面活性劑在油藏中大量損失是最難解決的問題之一［2］。

目前在中、高滲油藏已成功推廣應用的聚合物驅［3］，由于其注入壓力高而無法在低滲油藏應用，黏彈性表面活性劑［4-5］具有一般驅油用表面活性劑降低油水界面張力的能力，同時因體系自身的黏彈性起到流度控制的作用，能夠實現驅油劑“一元化”的可能，特別是在低滲油藏驅油中，由于黏彈性表面活性劑具有的剪切變稀和觸變性，可有效保證低滲油藏驅油劑同時兼具易注入和流度控制能力，在低滲油藏具有更大的應用潛力，是一種極有前途的提高采收率方法。黏彈性表面活性劑在不同礦物表面均存在吸附損失，在驅油過程中也會不斷與多孔介質表面發生接觸，進而發生吸附滯留。由于不同表面活性劑吸附、脫附能力不同，其通過多孔介質后的驅油效果也會不同，因此，研究黏彈性表面活性劑在多孔介質中流動狀態下的吸附滯留對于黏彈性表面活性劑驅油具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 材料及儀器

黏彈性表面活性劑VES；150～250 μm 的石英砂、蒙脫土、高嶺土；蒸餾水、移液管、離心管、比色皿、安瓿瓶；模擬地層水，礦化度25 000 mg/Lo

UV 1800 型紫外分光光度計、萬分之一天平、離心機、水浴槽。

1.2 靜態吸附性能研究方法

1.2.1 吸附液固比的確定

按液固比10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1和60∶1（mL/g）準確稱取不同質量的石英砂、蒙脫土和高嶺土10、5、3.333、2.5、2和1.667 g，將其分別置于150 mL 的玻璃瓶中，各加入質量分數0.05%VES 溶液100 mL，將玻璃瓶置于水浴槽中，吸附溫度設置為65 ℃，吸附時間為20 h，取上層清液，用離心機進行離心分離，再用紫外分光光度計測定VES吸附后的吸光度，算出吸附后的溶液濃度，進而得出吸附量。測試VES在不同液固比下吸附量的變化。

1.2.2 吸附平衡時間的確定

按確定液固比準確稱取不同質量的石英砂、蒙脫土和高嶺土各2.5 g，將其分別置于150 mL的玻璃瓶中，各加入質量分數0.05% VES 溶液100 mL。將玻璃瓶置于水浴槽中，吸附溫度設置為65 ℃，每隔5 h 取上層清液，用離心機進行離心分離，再用紫外分光光度計測定VES 吸附后的吸光度，算出吸附后濃度，進而得出吸附量，測試VES在不同吸附時間下吸附量的變化。

1.3 動態滯留實驗方法

1.3.1 巖心準備

選擇外形完整的巖心在烘箱中烘干，稱干質量并測量其外形尺寸，計算氣測滲透率；將干巖心浸泡在鹽水中，放進真空干燥器中抽空飽和鹽水。 當巖心不再冒氣泡、飽和完全后取出稱質量，計算巖心孔隙度。

1.3.2 實驗設備及流程

實驗設備及動態滯留實驗流程如圖1所示。

圖1 動態滯留實驗流程

1.3.3 實驗步驟

①將巖心裝入巖心夾持器，各試劑裝入中間容器，開啟烘箱在65 ℃下恒溫2 h；②用模擬地層水驅替，直到注入壓力穩定為止；③按照實驗計劃注入不同濃度的VES 溶液，注入過程中監測注入壓力的變化，同時在出口端等體積（0.1 PV）連續取樣測定產出液樣品平均濃度和平均黏度隨注入PV 數的變化，直到產出液濃度不再變化為止；④根據流出液中測得的VES 濃度和體積，利用物質平衡原理計算巖心中滯留的VES滯留量。

2 結果與討論

2.1 靜態吸附研究

2.1.1 吸附液固比

研究測試VES 在不同液固比下吸附量的變化，結果如圖2 所示。由圖2 可知：VES 在液固比小于20∶1 的時候，石英砂、高嶺土和蒙脫土的吸附量隨著液固比的增加而逐漸增加；當液固比大于20∶1 以后，石英砂吸附量的變化開始趨于穩定，而蒙脫土和高嶺土在液固比大于30∶1 以后也開始趨于吸附平衡。因此，VES 靜態吸附測試的液固比確定為30∶1以上較合適。

圖2 VES吸附量隨液固比變化

2.1.2 吸附平衡時間

研究測試VES 在不同吸附時間下吸附量的變化，結果如圖3所示。

圖3 VES吸附量隨時間變化

由圖3 可知：VES 在石英砂和高嶺土上吸附15 h 后即可達到吸附平衡，在蒙脫土上吸附20 h后可達到平衡，因此，確定吸附時間均為20 h。

2.1.3 靜態吸附對性能的影響

VES 在礦物表面發生吸附后，其溶液濃度下降，相應地會對其溶液黏度產生影響。研究測試了65 ℃下吸附對VES 溶液黏度的影響，結果如圖4所示。

為研究靜態吸附對界面張力的影響，在65 ℃下測試了不同濃度的VES 溶液在石英砂、蒙脫土和高嶺土表面吸附后的油水界面張力變化，結果如圖5所示。

由圖4 和圖5 可知：隨著VES 濃度的增加，VES 在石英砂表面吸附后黏度損失較小，而在蒙脫土和高嶺土表面吸附后黏度損失幅度大。同時，VES 在不同礦物表面吸附前后的界面張力存在較大差別，其中在石英砂表面吸附后界面張力整體進一步下降或維持同一水平，而在蒙脫土和高嶺土表面吸附后界面張力增大。

圖4 吸附對VES溶液黏度的影響

圖5 吸附對油水界面張力的影響

2.2 動態吸附滯留量的影響

由靜態吸附研究可知，VES 在不同礦物表面均存在吸附損失，VES 在驅油過程中會不斷與多孔介質表面發生接觸，進而發生吸附滯留，研究動態條件下溫度、VES濃度、儲層滲透率、礦化度、注入速度等因素對動態吸附滯留量的影響，為黏彈性表面活性劑的應用提供依據。

2.2.1 濃度的影響

在65 ℃條件下考察不同濃度的VES 以0.5 cm3/min 的注入速度注入巖心（氣測滲透率水平為100 mD）后的動態滯留量變化，結果如圖6所示。

圖6 不同注入濃度VES動態滯留曲線

由圖6 可知：在測試的濃度范圍內，隨注入濃度的增大，注入VES 達到穩定后滯留量整體呈增大趨勢。原因可能是濃度越高，VES 聚集體尺寸越大，結構越穩定，在多孔介質中更容易發生滯留。

2.2.2 滲透率的影響

在其他條件相同的情況下，考察5 000 mg/L的VES以0.5 cm3/min的速度注入不同滲透率巖心且達到穩定后的滯留量，結果如圖7所示。

由圖7 可知：VES 在較低滲透率（50 mD）時滯留量較小，后急劇增大并保持平穩狀態。

圖7 不同滲透率VES動態滯留曲線

2.2.3 礦化度的影響

在其他條件相同的情況下，考察不同礦化度水配制5 000 mg/L 的VES 溶液，以0.5 cm3/min 速度注入相同滲透率水平（氣測100 mD）巖心且達到穩定后的滯留量，結果如圖8所示。

圖8 不同礦化度VES動態滯留曲線

由圖8 可知：隨配制水礦化度增大，VES 在巖心中的平衡滯留量整體呈增加趨勢，其中，礦化度大于5 000 mg/L后滯留量增加幅度較平緩。

2.2.4 注入速度的影響

考察5 000 mg/L 的VES 溶液以不同速度注入相同滲透率水平（氣測100 mD）的巖心且達到穩定后的滯留量，結果如圖9所示。

圖9 不同注入速度VES動態滯留曲線

由圖9 可知：在較低的注入速度（小于0.5 cm3/min）下，VES 滯留量隨注入速度增加較顯著；注入速度進一步增大后滯留量略有下降；當注入速度達到1.0 cm3/min后，滯留量又有所上升。

2.2.5 溫度的影響

考察不同溫度下5 000 mg/L 的VES 以0.5 cm3/min注入速度注入相同滲透率水平巖心（氣測100 mD）后的動態滯留量變化，結果如圖10所示。

圖10 不同溫度VES動態滯留曲線

由圖10 可知：隨溫度升高，VES 在巖石表面的滯留量呈顯著下降趨勢。

3 結論

1）通過實驗確定靜態吸附測試的液固比為30∶1 以上，吸附時間為20 h。VES 在石英砂表面吸附后黏度損失較小，而在蒙脫土和高嶺土表面吸附后黏度損失較大；在不同礦物表面吸附前后的界面張力存在較大差別。

2）動態條件下，隨注入濃度的增大，注入VES達到穩定后，滯留量整體呈增大趨勢；隨配制水礦化度增大，VES 在巖心中的平衡吸附量整體呈增加趨勢，其中，礦化度大于5 000 mg/L 后，滯留量增加幅度較平緩；在較低的注入速度（小于0.5 cm3/min）下，VES 滯留量隨注入速度增加較顯著，注入速度進一步增大后滯留量略有下降；不同滲透率巖心中的滯留量表現為在較低滲透率（50 mD）時滯留量較小，后急劇增大并保持平穩狀態；隨溫度升高，VES 在巖石表面的滯留量呈顯著下降趨勢。