乳化能力对低渗透油藏表面活性剂驱油效果的影响

崔鹏兴，胡占群，奥洋洋，贺 杰

(1.陕西延长石油集团有限责任公司 研究院，陕西 西安 710065； 2.新疆油田公司 采油一厂，新疆 克拉玛依 834000； 3.西南石油大学 化学化工学院，四川 成都 610500)

引 言

表面活性剂驱油是近年来低渗透油藏提高采收率研究的一个热门方向。一般认为，影响低渗透油藏表面活性剂驱的主要因素是界面张力[1-5]，研究主要以如何降低表面活性剂的界面张力为主，一般需要达到10-2mN/m以下。近年来表面活性剂的乳化作用逐渐受到重视，乳化能力作为表面活性剂的一个重要作用，在中高渗地层中考虑较多，但在低渗透储层中鲜有研究报道。表面活性剂的乳化能力对驱油效果的影响主要有两个方面：一方面，表面活性剂通过乳化捕集、携带等机理乳化原油，提高驱油效率[6-10]；另一方面，乳状液具有调剖功能，其堵塞、吸附等作用会引起低渗透储层中高渗流带地层的渗透率下降，从而提高微观波及效率[11-17]。为了研究低渗透储层表面活性剂驱时界面张力与乳化能力的贡献，结合定边油田A区块油藏条件筛选出界面张力高-乳化能力强、界面张力低-乳化能力弱、界面张力低-乳化能力中等的三种表面活性剂体系，开展了室内低渗透岩心的驱替实验，研究表面活性剂界面张力和乳化能力对驱替的影响，为低渗透油藏表面活性剂驱提供参考。

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器

实验材料包括：WLW(脂肪酸烷醇酰胺与聚乙二醇复配，复配型)、OP-10(聚氧乙烯辛基苯酚醚-10，非离子型)、OP-21(聚氧乙烯辛基苯酚醚-20，非离子型)、KD-100(非离子型)、KD-200(非离子型)、BS12(十二烷基甜菜碱，两性型)、BS14-16(十四-十六烷基甜菜碱，两性型)、BS16-18(十六-十八烷基甜菜碱，两性型)、S105(阴离子型)、AES(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，阴离子型)十种表面活性剂和聚乙二醇；蒸馏水；A区原油(比重0.856 9，50 ℃时黏度为7.69 mPa·s，平均沥青质量分数2.96%，凝固点21.69 ℃，初馏点73.3 ℃)；模拟地层水，水质分析见表1；模拟注入水，参数见表2。

岩心为人造柱状岩心，直径2.5cm，长度10cm，具体参数见表3。

表1 A区长6地层水水质分析结果Tab.1 Quality analysis result of Chang 6 formation water in A area

表2 A区注入水水质分析结果Tab.2 Quality analysis result of injected water in A area

表3 岩心参数及表面活性剂驱油实验结果Tab.3 Core parameters and surfactant flooding experiment results

主要设备包括：ISCO MODEL 10000000DX恒流泵(精度：0.00001 mL/min)、SG-3型恒温箱(油气藏开发模拟系统)、岩心夹持器、压力传感器、中间容器、压力记录计机、TX-500C 旋滴界面张力仪、试管等。

1.2 实验方法

(1)界面张力测试。参照中国石油天然气行业标准SY/T5370-1999《表面及界面张力测定方法》，用模拟地层水配制表面活性剂溶液，并利用TX-500C 旋转滴超低界面张力仪在54 ℃、6 000 rad/min的转速下测定其与A区M井脱水脱气原油的动态界面张力与平衡界面张力。

(2)乳化性能测试。在54 ℃恒温箱中，将体系与原油以体积比7∶3在刻度试管中混合，分别开展2个实验：① 振荡5次，静止60 s；② 在实验①的基础上再振荡5次，静止30 s。分别观察实验①和实验②试管中的乳化量，计量乳化水率。乳化水率为发生乳化的水量与原始水量的比值。

(3)表面活性剂驱油实验。将柱状岩心烘干、抽真空8 h，饱和模拟地层水，计算孔隙度、水测渗透率；在54 ℃恒温箱中以0.1 m/d 速度饱和原油，制造束缚水，老化24h，以1 m/d速度水驱至含水率达到98%，表面活性剂驱至不再出油为止，驱替过程中每5 min(后期酌情延长)计量一次出液量V，记录出油量v油和出水量v水、压力p等数据。实验流程见图1。

图1 实验流程Fig.1 Experimental flow chart

2 实验结果与分析

2.1 表面活性剂的筛选

(1)界面张力评价。利用注入水配制质量分数均为0.2%各试剂溶液，分别测试各性剂溶液与原油的界面张力。

测试结果显示，BS16-18表面活性剂溶液的界面张力属于超低界面张力，其平衡值为3.2×10-2mN/m，WLW表面活性剂溶液平衡界面张力最低，可达到7.69×10-3mN/m(图2)。

图2 各驱油体系溶液界面张力Fig.2 Interfacial tension of various displacement solutions

为了得到更低界面张力的表面活性剂溶液，遵循表面活性剂复配原则，选取两性离子型-阴离子型表面活性剂进行复配，其目的就是产生加成和增效作用，起到“1+1>2”的效果[18-19]。

研究将质量分数为0.2%的BS12、BS14-16、BS16-18溶液与质量分数为0.1%的S105、AES溶液进行正交复配，并分别测试复配体系与原油的界面张力，结果显示BS16-18与AES的复配界面张力较低，选取BS16-18与AES复配并优化其复配比例，测试结果显示BS16-18和AES复配后对于界面张力的降低起到了很好的加成效果，其中0.2%BS16-18+0.05%AES体系(以下简称BA体系)达到10-3级的超低界面张力，且界面张力最低(图3)。

图3 BS16-18与AES复配体系界面张力Fig.3 Interfacial tension of S16-18 and AES complex system

(2)乳化能力的评价。对备选的各表面活性剂溶液、聚乙二醇溶液、BA体系进行乳化性能测试(图4)。

结果显示，OP-10和AES的乳化能力较强，但OP-10对人体有害，故选择AES作为实验选定对象，且AES界面张力比较高， 为2.53×10-1mN/m。

图4 各驱油溶液乳化能力的对比Fig.4 Comparison of emulsifying ability of various displacement solutions

而WLW表面活性剂的乳化能力最低，且具有超低的界面张力，可以达到7.69×10-3mN/m。BA体系的乳化能力较强，界面张力可以达到超低，这三种表面活性剂都满足岩心驱替所需的要求。

(3)筛选结果。上述过程可筛选出界面张力高-乳化能力强(0.2%AES)、界面张力低-乳化能力弱(0.2%WLW)、界面张力低-乳化能力中等(0.2%BS16-18+0.05%AES)的三种表面活性剂体系，分别简称AES体系、WLW体系和BA体系。为了方便对比，进一步单独绘制了三组体系的界面张力和乳化能力对比图(图5、图6)。

图5 三组表面活性剂体系的界面张力对比Fig.5 Comparison of interfacial tension of three surfactant systems

图6 三组表面活性剂体系的乳化能力对比Fig.6 Comparison of emulsifying ability of three surfactant systems

2.2 驱油效果对比

驱油实验选取三组(A、B、C)渗透率极差为10左右的岩心，分别利用三组表面活性剂体系进行驱油测试，测试结果见表3、图7。

(1)A组选取了渗透率为0.2×10-3μm2级别的三根岩心。分析可知，A-1岩心在注入0.75PV的注入水后开始见水，见水后含水上升很快，含水率达到98%以上(即注入1.01PV注入水后)开始用BA体系驱油，最终测得BA体系可提高驱油效率1.9%，其乳化性能使得注入压力升高，升压率约为49%。A-2岩心在水驱含水率达到98%以上(即注入0.82PV注入水后)开始用AES体系驱油，最终测得该体系可提高驱油效率1.33%，其乳化性能使得注入压力升高较大，升压率约为36%。A-3岩心在水驱含水率达到98%以上(即注入0.76PV注入水后)开始用WLW体系驱油，最终测得该体系可提高驱油效率1.20%，超低的油水界面张力使岩心在注入WLW体系后注入压力降低程度较大，降压率为21%。

(2)B组选取了渗透率为2×10-3μm2级别的三根岩心。从图表中可以看出B-1岩心在水驱的时候压力较高，可达到9MPa左右的注入压力，见水后含水率上升很快，水驱驱油效率32.29%，在水驱含水率达到98%以上(即注入0.61PV注入水后)开始用BA体系驱油，在注入BA体系后压力下降，其驱油效率可提高了8.90%。B-2岩心水驱见水仍然比较早，见水后含水率上升很快，水驱含水率达到98%以上(即注入0.83PV注入水后)开始用AES体系驱油，注入AES体系后驱替压力明显升高，由于AES乳化能力比较强，增加了注入压力，其驱油效率提高了5.60%。B-3岩心驱油动态显示，WLW体系的低界面张力和较差的乳化能力明显降低了注入压力，但单纯的超低界面张力对驱油效率的影响较小，其驱油效率只提高了2.83%。

(3)C组选取了渗透率为20×10-3μm2级别的三根岩心。从图表中可看出，C-1岩心驱替在水驱含水率达到98%以上(即注入0.92PV注入水后)开始用BA体系驱替，BA体系对注入压力的影响不明显，是由于该体系的低界面张力与高乳化能力平衡的结果，在三种表面活性剂体系中BA体系提高的驱油效率是最高的，说明乳化能力和界面张力同时在发挥作用，使得驱油效率达到最大值。同第一组AES体系驱结果类似，乳化性能较好的AES表面活性剂体系增加了注入压力，也提高了驱油效率，但比BA体系效率低，比WLW体系效率高。具有超低界面张力的WLW体系对微观驱油效率的提高程度仍然是最低的，但该体系能较大的降低注入压力，在实际应用中可以起到较好的降压增注的效果。

图7 A、B、C三组岩心表面活性剂驱油动态曲线Fig.7 Dynamic curves of surfactant flooding experiments with three groups of cores A,B and C

2.3 渗透率对表面活性剂驱油效率的影响

绘制表面活性剂驱油效率与渗透率之间的关系曲线(图8)。

图8 渗透率对不同表面活性剂驱油效率的影响Fig.8 Effect of permeability on displacement efficiency of different surfactant solutions

可以看出，渗透率0.2×10-3μm2到20×10-3μm2的范围内，BA体系的提高驱油效率程度明显要大于其他体系，AES居中，WLW的提高程度均较低，且三种表面活性剂体系对驱油效率的提高幅度随着渗透率的增加呈先增大后降低的趋势。

3 结 论

(1)在不同渗透率的短岩心驱替中，具有超低界面张力和较好乳化能力的BA(0.2%BS16-18+0.05%AES)体系是三组体系(AES体系、WLW体系、BA体系)中驱油效果最好的，表面活性剂较强的乳化能力和超低的界面张力同时促进了表面活性剂的驱油效率。

(2)在特低渗透率区域，乳化能力很强的AES体系驱油效率高于界面张力超低的WLW体系。在特低渗透油藏中，高乳化能力对驱油效率的影响大于界面张力的影响。

(3)表面活性剂驱油过程中对原油的乳化使得压力波动较大，压力波动可增加岩心的微观波及效率。

(4)渗透率在(0.2～20.0)×10-3μm2，表面活性剂对驱油效率的提高幅度随着渗透率的增加呈先增大后降低的趋势。