酸化压裂液用高效复合型表面活性剂GZP-06 的性能研究

刘彦锋，雷珂，任颖，陈强

(1.陕西省石油化工研究设计院，陕西 西安 710054;2.延长石油集团有限责任公司 油田化验中心，陕西 永坪 717208)

油水井酸化处理是油水井的有效增产、增注措施［1］。酸化处理可以除去近井地带的堵塞物(如氧化铁、硫化亚铁、粘土)，恢复地层的渗透率，还可以溶解地层的岩石，扩大空隙结构的喉部，提高地层的渗透率。酸化处理会对地层和设备产生相当大的危害，为了提高酸化的效果以及经济效益，减少地层中的残酸量，就必须将地层中的残酸尽可能的排出。目前人工的方法有:抽汲排液法、气举排液法以及其它各种排液法(添加助排剂法等)［2］。在酸化压裂生产中，人们常常采用添加助排剂的方法;另外，酸液造成的腐蚀危害也是非常的大，人们通常采用添加缓蚀剂的方法来减少或者降低酸液对设备和井筒的腐蚀。目前，助排剂和缓蚀剂的研究已经比较成熟［3-4］，但是国内关于一种化学产品同时兼有助排剂和缓蚀剂功能的研究甚少。本研究开发的高效复合型表面活性剂GZP-06，不仅满足酸化压裂助排剂的要求，而且具有很好的缓蚀效果，实现了一剂多用的功能，符合行业节能减排的要求。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

高效复合型表面活性剂GZP-06，自制;浓盐酸(≥31%)，工业级;煤油(中性煤油);氯化钾、氢氟酸均为分析纯;石英砂(粒度0.180 ～0.280 mm);胍胶粉(符合SY/T 5764—2007 中的二级品的要求);N80 钢试片(50 mm×25 mm×3 mm)。

OCA20 接触角测仪;WY-2B 吴茵混调器;LT-5烘箱;HH-W600 恒温水浴。

1.2 实验方法

1.2.1 助排性能测试 参照中国石油化工集团公司颁布的标准Q/SH 0054—2007 执行。

1.2.2 腐蚀性能测试 参照石油天然气行业标准SY/T 5405—1996 执行［5］。

1.2.3 润湿性的测定 参照石油天然气行业标准SY/T 5153—2007 中的接触角法执行。

2 结果与讨论

2.1 表面张力与界面张力

20%的盐酸介质中，温度25 ℃，高效表面活性剂GZP-06 不同浓度下的表面张力和界面张力测定结果见表1。

表1 高效表面活性剂GZP-06 浓度对表面张力和界面张力的影响Table 1 Effect of additive amount of high efficient surfactant GZP-06 on surface tension and interfacial tension

由表1 可知，表面活性剂GZP-06 的浓度≥0.1% 时，其表 面 张 力29. 75 mN/m，界 面 张力2.83 mN/m，可以满足行业标准规定(表面张力≤30 mN/m，界面张力≤3 mN/m)的技术要求，浓度≥0.3%时，其表面张力与界面张力的变化趋于平缓，说明该产品具有很好的表面活性。表面活性剂GZP-06 的使用浓度为0.3%。

2.2 润湿性能

表面活性剂GZP-06 浓度0，0. 1%，0. 3%，0.5%，温度70 ℃，实验采用磨光石英矿片模拟砂岩油藏岩石，介质为20%的盐酸，油为中性煤油，测定结果见表2。

表2 表面活性剂GZP-06 浓度对酸液润湿性的影响Table 2 Effect of surfactant GZP-06 on wettability

由表2 可知，在20%盐酸中，表面活性剂GZP-06 浓度对粘度的影响不大，但可以使接触角明显增加，当表面活性剂的浓度小于0.5%时，其润湿角小于75°，其润湿类型为亲水型，即水润湿，满足标准Q/SH 0054—2007 中润湿性的技术要求。

2.3 热稳定性

0.3%表面活性剂GZP-06 溶液500 mL 置于烧杯中，搅拌均匀，放入耐温耐压容器中，放入烘箱中，调整温度150 ℃，分别恒温0，1，2，3 d 后取出，冷却至室温。在25 ℃下测定溶液的表面张力和界面张力，结果见表3。

表3 高效表面活性剂GZP-06在高温下对表面张力和界面张力的影响Table 3 The effect of the effective surfactant GZP-06 on surface tension and interfacial tension at high temperature

由表3 可知，在150 ℃，随着恒温时间的延长，表面张力与界面张力都有所增加，但变化不大，仍然满足标准中表面张力≤32 mN/m 和界面张力≤5 mN/m的技术要求，说明该表面活性剂GZP-06具有很好的热稳定性。

2.4 返排性能

返排性能的测试方法参照标准SY/T 5755—1995 中关于返排率的测试方法执行。在20%的盐酸中加入0.1%，0.3%的表面活性剂GZP-06 溶液，测定溶液的返排率，结果见表4。

表4 表面活性剂GZP-06 浓度对返排率的影响Table 4 Effect of surfactant GZP-06 on flowback rate

由表4 可知，随表面活性剂GZP-06 浓度的增加，返排率明显提高，返排性能提高率达到78.8%，说明该表面活性剂具有很好的助排性能，可以满足压裂酸化的施工要求。

2.5 抗矿化性能

在0.3%表面活性剂GZP-06 +15% HCl 的溶液中，分别加入不同浓度的CaCl2溶液、MgCl2溶液，在25 ℃下测试溶液的表面张力和界面张力，结果见图1。

由图1、图2 可知，随着钙离子与镁离子浓度的增加，酸化液的表面张力与界面张力稍有变化，但变化幅度不大，说明钙离子与镁离子对表面活性剂GZP-06 的表面活性影响不大，即钙离子与镁离子浓度达到1 000 mg/L 的状况下，酸化液的表面张力与界面张力仍然可以满足酸化压裂的技术要求，因而说明表面活性剂GZP-06 具有很好的抗盐(耐矿化度)性能。

图1 氯化钙浓度对表面张力和界面张力的影响Fig.1 Effect of different concentration of calcium chloride in acid on the surface tension and interfacial tension

图2 氯化镁浓度对表面张力和界面张力的影响Fig.2 Effect of the concentration of magnesium chloride on surface tension and interfacial tension

2.6 缓蚀性能

20%HCl 溶液，温度(60 ±2)℃，挂片时间6 h，材质N80 钢，静态，表面活性剂GZP-06 添加量对缓蚀性能的影响，见表5。

表5 表面活性剂GZP-06 的缓蚀性能Table 5 The corrosion inhibition performance of surfactant GZP-06

由表5 可知，随着表面活性剂GZP-06 浓度的增加，腐蚀速率变小，浓度≥0.1%时，腐蚀速率可满足低温油田酸化用缓蚀剂性能［2 ～3 g/(m2·h)］的要 求;浓 度 ≥0. 3% 时，腐 蚀 速 率 小 于0.8 g/(m2·h)，变化趋于平缓，远小于标准中的技术要求，说明该表面活性剂在抑制腐蚀方面具有很好的缓蚀性能，具有添加量小、一剂多用的性能。

2.7 配伍性能

2.7.1 与压裂液的配伍性 500 mL 蒸馏水倒入吴茵混调器中，低速启动，缓慢倒入3.00 g 瓜胶粉，调电压至50 ～55 V，搅拌5 min，将溶液倒入烧杯中，加盖，置于30 ℃水浴中恒温4 h，使溶液趋于稳定。取溶液100 mL，加入10 mL 新配制的质量分数为0.3%的表面活性剂GZP-06，快速搅拌，静置3 min。溶液没有出现分层、沉淀、乳化或悬浮现象，说明该表面活性剂与胍胶压裂液的配伍性良好。

2.7.2 与酸液的配伍性 12% HCl +3% HF 溶液100 mL，加入10 mL 新配制的质量分数为0.3%的表面活性剂GZP-06，快速搅拌，静置3 min。溶液没有出现分层、沉淀、乳化或悬浮现象，说明该表面活性剂与酸液的配伍性良好。

3 结论

(1)依据行业标准对高效复合型表面活性剂GZP-06 的性能进行了评价。结果表明，使用浓度≥0.3%，其表面张力为25. 69 mN/m，界面张力为1.3 mN/m，返排性能提高率可达78.8%，具有很好的配伍性、热稳定性、抗矿化度能力，可以满足行业标准规定的技术指标要求。

(2)复合型表面活性剂GZP-06 的浓度≥0.1%时，在20%HCl 介质溶液，温度(60 ±2)℃，挂片时间6 h，材质N80 钢，静态的状况下，满足在低温油田酸化用缓蚀剂性能［2 ～3 g/(m2·h)］的技术要求;浓度≥0.3%时，腐蚀速率变化趋于平缓，均小于0.8 g/(m2·h)，远小于标准中的技术要求，说明该表面活性剂在抑制腐蚀方面具有很好的缓蚀性能，添加量小，不用添加腐蚀抑制剂，就可以减少酸液对压裂设备以及井筒的腐蚀，具有一剂多用的功效，降低酸化压裂的成本。

［1］ 赵福麟. 油田化学［M］. 东营:石油大学出版社，2007:177.

［2］ 陈大钧，陈馥. 油气田应用化学［M］. 北京:石油工业出版社，2006:178.

［3］ 陈兰，张贵才.酸化助排剂研究现状与应用进展［J］.油田化学，2007，24(4):375-378.

［4］ 张天胜.缓蚀剂［M］.北京:化学工业出版社，2001.

［5］ 杨永飞，姚军，赵修太，等.酸化缓蚀剂对N80 钢在盐酸溶液中的缓蚀性能［J］. 石油化工高等学校学报，2009，22(2):26-29.