耐温抗盐阴－非离子表面活性剂SH乳化性能研究

2014-03-03代士郁中石化江汉油田分公司勘探开发研究院湖北武汉430223

石油天然气学报 2014年4期

代士郁（中石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北武汉 430223）

表面活性剂在油田三次采油中起着重要作用，主要通过降低油水界面张力，改变油藏岩石润湿性，乳化原油达到提高原油采收率的目的［1，2］。对于普通的油藏而言，表面活性剂的应用比较成功，应用效果也比较理想；但对于高温高盐油藏，传统表面活性剂如石油磺酸盐、石油羧酸盐、烷基苯磺酸盐等不能很好地与地层水配伍且容易沉淀析出［3］，无法实现提高原油采收率的目的。针对高温高盐油藏的需要，研究了阴－非离子表面活性剂SH，该表面活性剂引入特征官能团兼具有多种性能［4～6］，消除了因表面活性剂复配体系引起的 “色谱分离效应”。

1 试验部分

1.1 材料与仪器

1）试验仪器 JSM－35CF扫描电子显微镜；Multisizer3粒度分析仪；UV2802型紫外可见分光光度计；KA4000icontrol恒温摇床；多功能物理模拟装置；电子天平等。

2）试验材料阴－非离子表面活性剂SH；阴－非离子表面活性剂CTAB；天然岩心；某油田原油；某油田地层水和注入水（水质分析见表1）。

表1 某油田水质分析结果表

1.2 试验方法

在10mL具塞刻度试管中取5mL原油，分别加入不同质量浓度的SH溶液，盖上试管塞子，放入恒温（85℃）摇床上各均匀振荡100次。将振荡后的试管立即垂直放在试管架上，同时开始计时，每隔一段时间记录试管中析出水的体积，计算析水率。观察试验现象，采用电子显微镜考察乳状液的稳定性；采用粒径分析仪分析稀释后乳状液的粒径。

2 结果与讨论

2.1 矿化度对乳化能力的影响

将注入水和原始地层水按照一定比例混合（见表2），得到不同矿化度的配制水。考察SH （质量分数为0.3%）在不同矿化度下对原油的乳化能力，结果见图1。

如图1所示，SH在不同矿化度条件下都能对该油田原油快速乳化。当配制水为地层水时，SH的析水率随着时间延长迅速增加；在其他矿化度下，SH的析水率随着时间延长有着相似的趋势，随时间延长析水率相对缓慢地增加。整体上看，随着时间增加，析水率增加的速度较快，随矿化度的增加乳化稳定性稍有降低。

表2 不同配制水的矿化度

2.2 不同搅拌时间和温度对原油乳化性能的影响

原油中加入1000mg/L的SH，考察不同搅拌时间和温度对乳状液的影响，如图2所示。图2（a）与图2（b）比较可知，在相同的温度下，搅拌时间延长后，下层水相的颜色加深，说明有更多的原油转入水相中，SH的乳化作用更加明显。图2（a）与图2（c）比较可知，当搅拌时间相同，温度升高（50℃升到85℃）后，水相中原油体积分数上升，说明高温更利于原油乳状液的形成。

图1 不同矿化度条件对原油析水率的影响

图2 不同搅拌时间和温度对乳化性能的影响

2.3 不同质量浓度的SH对原油乳状液稳定性的影响

在温度85℃条件下，考察了500、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000mg/L共8个不同质量浓度的SH对原油析水率的影响，见图3。从图3可以看出，SH与原油能快速乳化，随着时间的增加，不同质量浓度的SH均使原油析水率迅速增加，在极短时间内析水率达到100%，表明SH有乳化稳定性不强的特点。

图4为不同质量浓度的SH对原油乳状液形态的影响。可以看出，混合液分为3层，最上层为较纯的原油，水的体积分数极少，颜色最深；中间层为油包水的乳状液，颜色较深；最下层为水包油的乳状液，这一部分集中了油水体系中绝大部分的水，颜色最浅。

随着SH质量浓度的增大，最上层的原油厚度逐渐变小，中间层的油包水型乳状液厚度逐渐增加，而最下层的水包油型乳状液的厚度基本维持不变，但颜色逐渐变深。这说明当SH的质量浓度增大时，会有更多的含水极少的原油转入油包水和水包油两相中。因为油包水型乳状液以原油为主体，故该层厚度随着原油的转入逐渐增加；而水包油型乳状液以水为主体，且在静置沉降过程中，水相基本都已全部转出，故该层厚度基本维持不变，而颜色随着转入原油量的增加而变深。

在不同质量浓度SH原油乳状液中，分别取中间层与底层的液体，制成薄片在显微镜下放大100倍进行观察并分析，结果见图5、6。由图5可以看出，中间层液体随着SH质量浓度的增加，油包水型乳状液中的水珠数量急剧增加，且越来越细；当SH质量浓度达到10000mg/L时，未出现乳状液类型的改变，此时水珠以极细的状态分散在油相中，乳状液具有很好的稳定性。

图3 不同质量浓度的SH对原油析水率的影响

图4 加入不同质量浓度SH的原油乳状液形态

图5 加入SH后中间层液体显微镜照相

由图6可以看出，在底层液体中当SH质量浓度为1000mg/L时，乳状液的类型由水包油型向油包水型转变；当质量浓度达到10000mg/L时，乳状液类型已经完全转变为油包水型，且水珠以极细小的状态分散于油相中。这说明SH更倾向于油溶性，其非极性链段是主要的作用端。

2.4 SH对岩心封堵能力的影响

2.4.1 SH乳状液粒径研究

试验考察了原油加入SH和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）乳化后乳状液粒径大小。由乳状液显微镜照片（图7）可以看出，加入SH后乳状液溶液粒径明显大于CTAB乳状液溶液粒径。

图8、9分别为原油中加入SH和CTAB乳状液粒径分布曲线对比，SH乳状液粒径分布频数大于50%的为4～10μm，而CTAB乳状液粒径分布频数大于50%的为2～4μm。可以看出，SH形成的乳状液粒径较CTAB形成的乳状液粒径大。

图6 加入SH后底层液体显微镜照相

图7 乳状液显微镜照片

2.4.2 SH驱油压力研究

为了证明原油乳化对驱油的作用，研究了SH和CTAB驱油体系在岩心中的驱替压力。试验过程先分别用水和油饱和岩心，水驱至含水率98%，然后转入表面活性剂驱。注入速度设定为0.1mL/min，监测注入压力变化。从注入压力曲线（图10）可以看出，注入表面活性剂溶液后，SH注入压力高于CTAB的注入压力。说明SH形成的乳状液粒径比较大，有一定的封堵高渗层调剖作用。