超低界面张力驱油用表面活性剂的研究及应用
2014-06-27郑力军杨棠英王新亮
郑力军， 杨棠英， 刘 显， 张 荣, 王新亮
(1.中石油长庆油田分公司 油气工艺研究院， 陕西 西安 710018; 2.中石油长庆油田分公司 低渗透油气田勘探国家工程实验室， 陕西 西安 710018; 3.中石油长庆油田分公司 油气工艺技术管理部，陕西 西安 710018; 4.陕西科技大学 教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室， 陕西 西安 710021)
0 引言
在原油开采中,通过一次和二次采油之后,地层中还剩余大约40%～70%左右的原油未能被开采,因而需要三次采油来对部分剩余原油进行再次开采[1-4].优选合适的表面活性剂进行复配，不仅能产生较好的协同效应来降低体系的界面张力，而且还能降低表面活性剂的使用浓度，改善耐温性、耐盐性和吸附量等.
该驱油剂体系选择两性十二烷基甜菜碱/非离子脂肪酸酰胺型表面活性剂进行复配.两性表面活性剂分子结构中同时含有阴离子和阳离子基团，这使其具有良好的配伍性和水溶性[5-8].同时其具有较高的耐温性和较强的耐盐性；非离子表面活性剂优点是水溶性强、协同作用好，具有优越的润湿性[9].
1 实验部分
1.1 药品与仪器
药品：十二烷基甜菜碱/脂肪酸酰胺型表面活性剂;CaCl2、MgCl2、NaCl，分析纯，天津市天力化学试剂有限公司;实验用水：10 000～100 000 mg/L矿化水，自制;实验用油：长庆原油;实验用岩心:天然岩心(Φ2.5 cm×7 cm)，渗透率43.5×10-3～1 150×10-3μm2.
仪器:TX500C旋转滴超低界面张力仪，美国科诺公司；岩心驱替系统，长庆油田采油工艺研究院.
1.2 油水界面张力测定
用TX500C旋转滴超低界面张力仪(密度差Δρ=0.16，转速T=50 000 r/min)分别测定以下内容：
(1)60℃、矿化度50 000 mg/L条件下，不同浓度时CS-6溶液与长庆原油间的界面张力.
(2)60℃、0.4%的CS-6表活剂溶液条件下，不同矿化度时CS-6溶液与原油间的界面张力.
(3)矿化度50 000 mg/L、浓度0.4%的CS-6溶液条件下，不同温度时CS-6溶液与原油间的界面张力.
1.3 乳化性能测试
将1～5 g/L的CS-6溶液分别与长庆原油按体积比7∶3置于试管中，震荡使两相均匀混合后，将其置于60 ℃恒温箱中，并静置24 h，观察，量取油水分离后油相和水相的体积，以其分离后的体积比来表征该驱油剂体系对长庆原油的乳化能力.
1.4 吸附量测定
按质量比2∶8将石英砂与1～5 g/L的CS-6溶液混合，在80 ℃恒温下静置24 h，待表面活性剂吸附达到平衡后，快速检测出表面活性剂的残余浓度.由式(1)计算CS-6在石英砂表面的吸附量Γ.
Γ=(c0-c1)V/m
(1)
式中，V为CS-6溶液的体积，L；m为石英砂质量，g；c0、c1为吸附前后驱油剂溶液的浓度，g/L.
1.5 吸附稳定性测试
按质量比6∶1将4 g/L的CS-6溶液与天然岩心充分混合，在80 ℃恒温水浴中连续振荡5 d，每天测试吸附后的驱油剂溶液与长庆原油间的界面张力.
1.6 驱替实验
采用长庆油田采油工艺研究院的岩心驱替系统，实验温度为90 ℃.驱替步骤:驱替模拟装置升温至90 ℃—矿化水驱替—测量渗透率—原油驱替—水驱至采出液含水率达99%—驱油剂驱至采出液含水率达99%，计算采收率.
2 结果与讨论
2.1 油水界面张力
(1)表面活性剂溶液与原油间的界面张力随时间、浓度的变化关系，测试结果见图1.
图1 不同表面活性剂浓度 对界面张力的影响
由图1可知,该驱油剂体系具有较宽的浓度使用窗口，在60 ℃、50 000矿化度下,0.3%～0.6%的浓度都可以使油水界面张力快速降到10-3mN/m，且随着表面活性剂CS-6浓度的增加，油水界面张力的初始值呈现下降趋势，最终稳定后油水界面张力达到10-4～10-5mN/m.
(2)表面活性剂溶液与原油间的界面张力随时间、矿化度的变化关系，测试结果见图2(a)和(b).
(a)10 000～50 000 mg/L矿化度时油水界面张力的变化
(b)60 000～100 000 mg/L矿化度时油水界面张力的变化图2 60 ℃、0.4%浓度下不同矿化度 对油水界面张力的影响
由图2(a)和(b)可知,60 ℃、0.4%的浓度时10 000～100 000 mg/L矿化度下其油水的瞬时界面张力均可以达到10-3mN/m，最终稳定后油水界面张力达到10-4mN/m，具有很好的抗盐性.
(3)表面活性剂溶液与原油间的界面张力随时间、温度的变化关系，测试结果见图3.
图3 50 000矿化度、0.4%浓度下不同温度 对油水界面张力的影响
由图3可知,0.4%的CS-6表面活性剂溶液与原油的瞬时界面张力在40 ℃～80 ℃时均可快速达到10-3mN/m，最终稳定后油水界面张力达到10-4mN/m.由此可知，该CS-6表面活性剂体系耐温性良好.
2.2 乳化性能
表面活性剂在驱油的过程中，会将岩石表面上的残余油乳化而形成O/W的乳状液剥离下来，进而被采出[10-12].该驱油体系对长庆原油的乳化性能测试结果见表1.
表1 不同浓度CS-6溶液对原油的乳化性能
由表1可知，不同浓度的CS-6体系对原油均有一定的乳化能力,且随着CS-6溶液浓度的增加，乳化能力也随之增强.说明该体系具有较好的乳化性能，适合高温高矿化度油藏开采的使用.
2.3 CS-6的吸附量
表面活性剂的吸附是一个很重要的因素，吸附可以导致段塞中表面活性剂的过量损耗，降低驱油效果，同时表面活性剂被选择性吸附后将导致表面活性剂出现色谱分离现象.不利的相行为还会引起表面活性剂在油藏盐水中溶解性变差而导致沉淀[13,14].因此探讨其在地层砂上的吸附性对驱油机理具有十分重要的意义.吸附量测结果见表2.
表2 不同浓度CS-6溶液在石英砂上的吸附量
由表2可知，CS-6表面活性剂在长庆油砂上的吸附量随着CS-6浓度的增加，呈现先增加后减小的趋势.吸附损失量低于行业标准0.5 mg/g油砂，更低于企业标准1 mg/g油砂.
2.4 CS-6的吸附稳定性
在表面活性剂驱油过程中，超低的油水界面张力是提高采收率的必要条件，但表面活性剂经过岩石的强烈吸附后，剩余量还能否将油水界面张力降至超低将直接影响驱油效果，因此必须测试CS-6表面活性剂的吸附稳定性，测试结果见图4.
图4 表面活性剂界面张力随吸附时间的变化
由图4可知，表面活性剂溶液被岩心吸附5 d后，油水界面张力仍能降至10-4mN/m的超低值.表明该表面活性剂体系抗吸附稳定性强，天然岩心对其吸附损耗量较小，对降低油水界面张力影响不大.
2.5 驱替实验
驱替实验是评价驱油剂优劣的一个重要指标，室内模拟驱油可以为现场施工提供重要的理论依据和技术支持.采用长庆采油工艺研究院岩心驱替系统测试其驱替效果，测试结果见表3.
由表3可以看出，该表面活性剂体系可明显提高中低渗透岩心采收率，且可以有效提高不同渗透率岩心的采收率，最高可达13.9%.
表3 CS-6表面活性剂岩心驱替效率
3 结论
(1)CS-6表面活性剂具有较宽的浓度使用窗口和较高的抗温性和耐盐性.在40 ℃～80 ℃、矿化度10 000～100 000 mg/L、表面活性剂溶液浓度0.3%～0.6%的情况下，油水间的界面张力均可达10-4mN/m 数量级,且热稳定性良好，浊点高.
(2)CS-6表面活性剂的乳化能力和抗吸附性优越.4 g/L的CS-6溶液被岩心吸附5 d后，吸附损耗量较小，对降低油水界面张力影响不大.
(3)该表面活性剂体系驱替效果良好，表面活性剂驱可以使原油采收率提高13.9%，并且主要针对中低渗的油层.
[1] 王云峰.表面活性剂及其在油气田中的应用[M].北京:石油工业出版社,1995:38.
[2] Hirasaki G J,Miller C A,Puerto M. Recent Advances in Surfactant EOR[Z].SPE 115386,2011.
[3] 张逢玉，卢 艳，韩建彬.表面活性剂及其复配体系在三次采油中的应用[J].石油与天然气化工，1999,28(2):130-132.
[4] 刘观军,李小瑞,王 磊,等.一种阴/非离子复合型表面活性剂的性能研究[J].油田化学,2012,29(4):458-460.
[5] 方 云,夏咏梅.两性表面活性剂[J].日用化学工业,2000,6(3):53-55.
[6] 刘 贺.浅谈非离子表面活性剂的特点与应用[J].皮革与化工,2012,29(2):20-26.
[7] 金 羽.驱油剂的研究进展[J].辽宁化工,2008,37(10):706-709.
[8] 隋智慧.驱油用表面活性剂的研究[J].精细石油化工进展,2005,6(1):7-10.
[9] 杨 彪.粘弹性表面活性剂压裂液的研制及现场应用[M].北京:中国石油大学出版社,2008:3-6.
[10] 孙 琳,蒲万芬,吴雅丽,等.表面活性剂高温乳化性能研究[J].油田化学,2011,28(3)275-279.
[11] 李世军,杨振宇,宋考平,等.三元复合驱中乳化作用对提高采收率的影响[J].石油学报,2003,24(5):71-74.
[12] 刘 冰,孙铁民,黄晓丽,等.扶余油田原油乳化特性实验技术研究[J].石油规划设计,2006,17(1):26-29.
[13] 李士奎,刘卫东,张海琴,等.低渗透油藏自发渗吸驱油实验研究[J].石油学报，2007,28(2):109-112.
[14] 翁 蕊,杨普华,罗幼松.阴离子/非离子表面活性剂复配体系的色谱分离研究[J].油田化学，2003,20(2):163-171.
