表面活性剂驱乳化作用对提高采收率的影响

2014-03-06王业飞张国萍王桂杰郭茂雷陈庆国程利民

油气地质与采收率 2014年1期

刘鹏，王业飞*，张国萍，王桂杰，郭茂雷，陈庆国，程利民

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛266580；2.中国石化中原油田分公司采油工程技术研究院，河南濮阳457001；3.中国石油辽河油田分公司茨榆坨采油厂，辽宁沈阳110206）

表面活性剂驱乳化作用对提高采收率的影响

刘鹏1，王业飞1*，张国萍2，王桂杰3，郭茂雷1，陈庆国1，程利民1

表面活性剂驱是高温高盐油藏提高原油采收率的重要技术措施，但其乳化作用对提高采收率的影响并未受到足够重视。为了分析濮城油田高温高盐油藏表面活性剂驱乳化作用对提高采收率的影响，通过对表面活性剂降低油水界面张力的性能评价，优选出2种表面活性剂YD-G1和SHY-1，用高矿化度的濮城油田现场注入水配制质量分数为0.3%的溶液，将其放入120℃恒温箱30 d后，油水界面张力仍能达到10-3mN/m的超低数量级，表明2种表面活性剂均具有良好的耐温抗盐性能。将2种表面活性剂与濮城油田脱水脱气原油配制成乳状液，在同等质量分数下YD-G1乳状液的析水率低于SHY-1，且液滴的平均粒径也更小，表明YD-G1溶液比SHY-1溶液的乳化能力强。驱油实验结果表明，YD-G1溶液比SHY-1溶液的驱油效果更佳，表明乳化作用是提高采收率的关键因素之一。通过室内实验优化设计，确定YD-G1溶液的最佳注入量为0.5倍孔隙体积，最佳注入质量分数为0.3%。

高温高盐表面活性剂驱乳化作用提高采收率界面张力驱油效果

一般认为，表面活性剂降低油水界面张力的作用是表面活性剂驱提高采收率的主要因素［1］，将油水界面张力能否降至超低作为化学驱中筛选表面活性剂的关键标准。近年来有学者通过研究三元复合驱发现，乳化作用是提高采收率的关键因素［2-5］，但对于表面活性剂驱乳化作用对采收率的影响却少有研究，为此，笔者以濮城油田西区沙二段上亚段2+3层为例，研究了表面活性剂驱乳化作用对高温高盐油藏提高采收率的影响。研究区地层平均温度为85℃，地下原油粘度为1.25 mPa·s，原始地层水总矿化度为25.58×104mg/L，其中Ca2+和Mg2+质量浓度分别为4 700和1 000 mg/L。经过30多年的开发，研究区采出程度已接近水驱标定采收率，2004年进入高含水开发后期，综合含水率已超过96%，但剩余储量仍高达600×104t以上。

1 实验材料、仪器及方法

1.1 实验材料和仪器

表面活性剂包括：YD-G1，由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配而成，有效含量为50%；SHY-1，非离子—阴离子型表面活性剂，有效含量为40%；HY105A，两性离子表面活性剂，工业品；TX-50，非离子表面活性剂，工业品。

实验用水为濮城油田现场注入水，其矿化度为125 475 mg/L，Ca2+和Mg2+质量浓度分别为3 273和408 mg/L，密度为1.106 g/cm3。

实验所用岩心的直径和长度分别为25和800 mm，其水测渗透率约为0.35 μm2。

实验仪器包括：LB-30恒流泵、Texas-500型旋转滴界面张力仪、FJ200-SH型数显高速分散均质机、Bettersize2000激光粒度分布仪和DY-Ⅲ型多功能物理模拟装置。

1.2 实验方法

油水界面张力评价用濮城油田现场注入水配制不同质量分数的表面活性剂溶液，应用Texas-500型旋转滴界面张力仪，在85℃条件下，测定YDG1，SHY-1，HY105A和TX-50共4种表面活性剂溶液与濮城油田脱水脱气原油间的界面张力。

耐温抗盐性能评价用高矿化度的濮城油田现场注入水配制质量分数为0.3%的YD-G1和SHY-1表面活性剂溶液，测定在85℃条件下的油水界面张力，密封静置于120℃的恒温箱中，放置30 d后取出，再次测试油水界面张力。

析水率计算取10 mL具塞刻度试管，按体积比为1∶1的比例加入不同质量分数的表面活性剂溶液和濮城油田脱水脱气原油各5 mL，密封试管，并将其静置于85℃恒温箱中20 min，然后取出，将每支试管均匀震荡200次，随后立即垂直放在试管架上并再次置于85℃恒温箱中，同时开始计时，每隔一段时间记录试管中分离出来的水的体积，计算析水率，其公式为

机械自动化指的是将自动化技术应用到实际机械制造中去，生产过程中呈现出自动化和智能化的特点，在很大程度上提升了生产的安全和效率。相比于传统的机械制造行业，自动化技术进行了升级，不仅加强了产品的质量，也缩小了生产的成本，实现了对资源的优化配置。机械自动化技术取代了人力劳动，解放了人们的双手，发挥着人脑和人力的双重作用。自动化设备在一些生产环节上取代了人力，生产过程中受到的干扰因素较小，因而生产也变得更加快捷，更能保障产品质量的稳定。机械自动化技术有着很强的综合性，分为程序单元、传感单元、控制单元等5个单元。

式中：Ed为析水率，%；Vw为析水量，mL；V为制备乳状液时的水相体积，mL。

粒径分析取50 mL小烧杯，按体积比为1∶1的比例加入质量分数为0.3%的表面活性剂和濮城油田脱水脱气原油，应用FJ200-SH型数显高速分散均质机，在7 000 r/min的转速下乳化10 min，配制成2种乳状液，然后在常温下应用Bettersize2000激光粒度分布仪，测定乳状液液滴的粒径分布。

驱油效果评价实验步骤包括：①人工填制填砂管模型，抽真空，饱和地层水，计算孔隙体积和渗透率；②饱和濮城油田模拟原油，计算含油饱和度；③水驱到含水率为98%时，注入0.5倍孔隙体积质量分数为0.3%的表面活性剂，后续水驱到含水率为98%为止。驱油过程均在85℃的恒温箱中进行。

段塞优化段塞优化包括注入量优化和注入质量分数优化，其中的驱油过程均在85℃的恒温箱中进行。注入量优化的步骤包括：①用200～300目的石英砂制作5根渗透率大致相同的填砂管，抽真空，饱和地层水，计算孔隙体积和渗透率；②饱和濮城油田模拟原油，计算含油饱和度；③驱油至含水率为98%时，分别在每根填砂管注入0.1，0.3，0.5，0.7和1倍孔隙体积且质量分数为0.3%的YD-G1溶液，后续水驱至含水率为98%为止。注入质量分数优化的步骤包括：①用200～300目的石英砂制作3根渗透率大致相同的填砂管，抽真空，饱和地层水，计算孔隙体积和渗透率；②饱和濮城油田模拟原油，计算含油饱和度；③驱油至含水率为98%时，分别在每根填砂管注入0.5倍孔隙体积的质量分数为0.3%，0.6%和1%的YD-G1溶液，后续水驱至含水率为98%为止。

2 实验结果与分析

2.1 油水界面张力评价

吸附于油水界面的表面活性剂可以降低油水界面张力，减少粘附功，增大驱油毛细管数，使原油易从岩石表面被洗下来，驱替水驱后油藏中的残余油，从而增加原油的可采储量，提高驱油效率［6-7］。从图1可以看出，TX-50和HY105A溶液的油水界面张力较大，均在10-1mN/m数量级以上；当YD-G1 和SHY-1溶液的质量分数为0.1%～0.9%时，油水界面张力均可达到10-3mN/m超低数量级，显示出较好的降低油水界面张力的能力，因此，YD-G1和SHY-1溶液更适用于在濮城油田进行表面活性剂驱油。

图1 4种表面活性剂与原油之间油水界面张力的关系

2.2 耐温抗盐性能评价

从图2可以看出，放入恒温箱之前，质量分数为0.3%的YD-G1和SHY-1溶液与原油之间的界面张力均能达到超低。放入120℃恒温箱中静置30 d以后，测定油水界面张力，30 min后均能达10-3mN/m数量级，表明这2种表面活性剂都具有良好的耐温抗盐性能。

图2 2种表面活性剂耐温抗盐性能的评价

2.3 乳化能力评价

2.3.1 析水率

析水率可以反映表面活性剂的乳化能力，即析水率越小，表明待测体系的乳化能力越强；相反，则表明其乳化能力较差。从图3可以看出，当质量分数为0.1%～1%时，随着时间的延长，SHY-1溶液与濮城油田脱水脱气原油形成乳状液的析水率不断增加，乳状液迅速破乳，240 min后析水率就都达到约70%以上；而YD-G1溶液与濮城油田脱水脱气原油形成的乳状液在240 min时析水率仅约为30%，且之后随着时间的延长，析水率趋于平稳。由此可见，YD-G1溶液具有较强的乳化能力，可与濮城油田脱水脱气原油形成较稳定的乳状液；而SHY-1溶液乳化能力较弱，形成的乳状液破乳较快。

图3 不同表面活性剂形成乳状液的析水率随时间的变化

2.3.2 粒径分布

从图4可以看出，与SHY-1溶液相比，YD-G1溶液与濮城油田脱水脱气原油形成乳状液的液滴平均粒径更小。表明YD-G1溶液比SHY-1溶液的乳化能力强，可与濮城油田脱水脱气原油形成稳定性很好的乳状液。

图4 2种表面活性剂溶液与原油形成乳状液的液滴粒径分布

2.4 驱油效果对比

从图5可以看出，水驱至残余油之后，转注SHY-1溶液，注入压力有下降趋势，但变化不大，含水率基本不变；而转注YD-G1溶液时，注入压力明显增大，含水率整体呈下降趋势。其原因是SHY-1溶液的乳化能力弱，在岩心中乳化原油较少，而YD-G1溶液由于乳化能力很强，在岩心中与原油发生了乳化，形成的乳状液一方面由于乳化携带作用提高了洗油效率，另一方面由于在储层中可产生阻力效应［8-12］又能增大波及体积，进而改善驱油效果。从表1可看出，YD-G1溶液提高采收率为13.5%，而SHY-1溶液提高采收率为9.7%，表明YD-G1溶液更适用于高温高盐油藏驱油，且表面活性剂乳化能力越强，提高采收率幅度越大。

图5 2种表面活性剂的驱油效果

表1 不同表面活性剂的驱油效果

2.5 表面活性剂的段塞优化

2.5.1 注入量优化

分别注入0.1，0.3，0.5，0.7和1倍孔隙体积且质量分数为0.3%的YD-G1溶液，总采收率增值依次为6.3%，9.5%，13.5%，14.8%和16.2%，当注入量从0.1倍孔隙体积增到0.5倍孔隙体积时，采收率增值显著增加；当注入量从0.5倍孔隙体积增到1倍孔隙体积时，采收率增值变化很小。由此，确定表面活性剂的最佳注入量为0.5倍孔隙体积。

2.5.2 注入质量分数优化

分别以0.3%，0.6%和1%的质量分数注入0.5倍孔隙体积的YD-G1溶液，总采收率增值分别为13.5%，14.6%和15.9%。随着质量分数增加，采收率逐渐变大，提高采收率幅度也依次增大。表明表面活性剂的质量分数越高，YD-G1溶液在油藏中乳化原油的时间越长，乳化的原油越多，采收率增值就越大。但不同质量分数的表面活性剂的总采收率增值相差不大，从经济效益以及现场实践经验考虑，确定最佳注入质量分数为0.3%。

3 结论

针对濮城油田高温高盐油藏，表面活性剂YDG1溶液和SHY-1溶液在质量分数为0.1%～0.9%时均可使油水界面张力达到10-3mN/m的超低数量级，且具有很好的耐温抗盐性。对表面活性剂形成乳状液的析水率及粒径测试结果表明，在相同质量分数下，YD-G1溶液形成乳状液的析水率低于SHY-1溶液，液滴平均粒径也更小，表明YD-G1溶液比SHY-1溶液的乳化能力强。

室内岩心驱油实验结果表明，乳化能力强的YD-G1溶液驱油效果明显好于乳化能力差的SHY-1溶液，表明在表面活性剂驱中乳化作用对于提高采收率有贡献，乳化能力强的表面活性剂有着更好的驱油效果。室内段塞优化确定YD-G1溶液的最佳注入量为0.5倍孔隙体积，最佳质量分数为0.3%。

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