表面活性剂驱油技术提高采收率机理及影响因素分析

王 鑫

（西安石油大学，陕西西安 710065）

表面活性剂的分子结构是由一种具有极强亲油性的粒子和一种具有极强亲水性的粒子组成的。以表面活性剂溶液作为驱油剂来提高原油采收率的驱油方法就是表面活性剂驱油技术。将表面活性剂溶入水后，将可以分解出离子的称为离子型表面活性剂，而不能分离出离子的称为非离子型表面活性剂。离子型表面活性剂常用于表面活性剂驱油技术，分为阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂和两性型表面活性剂。表面活性剂进入溶液后，亲水性粒子会向水相靠拢并试图融于水相，而亲油性粒子会逐渐远离水相而接近油相。这样的特性使表面活性剂大量吸附在油水混合物中的油水界面上并形成薄膜。表面活性剂溶解于油水混合物后，能降低油水界面的界面张力，产生润湿、乳化、气泡、增溶等一系列效应[1]。表面活性剂在油水界面上吸附的越多，界面张力降低的幅度就越大。

表面活性剂驱油技术作为化学驱油技术中的一种，作用对象为油藏孔隙中的残余油和剩余油。化学驱油技术提高采收率的原理主要有三点：（1）改变原油在油藏孔隙中的运动特征和运动性能[2]；（2）优化原油和驱替介质之间相互作用时的物理性质和化学性质；（3）优化油藏的物理性质和化学性质[3]。真正理想的驱油技术应该同时满足上述三点而且满足各类油藏条件，但是目前还未找到完全满足以上条件的理想驱油技术[4]。表面活性剂驱油技术作为化学驱油技术的一种，其作用主要是降低油水混合物的表面张力，以此改变残余油和剩余油在油藏孔隙中的运动特征，减少能量损失，提高油水混合物运移效率，达到提高原油采收率的目的。

1 表面活性剂驱油技术提高采收率机理

（1）降低油水混合物的界面张力。使用表面活性剂驱油时，表面活性剂作用于油藏中的油水混合物并吸附于油水界面上，降低了油水界面的表面张力。油水混合物界面张力减小，残余油和剩余油的混合物液滴会更容易聚集形成流体，聚集后的油水混合物流动性增强[5]。油水界面的张力越小，油藏孔隙对油水混合物的阻力也就越小，油水混合物在油藏孔隙中就越容易运移。

（2）增强岩石的润湿性。油水混合物在油藏孔隙中流动时，经过亲油油层时混合物中的油相会很容易吸附在油藏中的岩石表面上，降低了油水混合物的流动性[6]。而选用适宜的表面活性剂可以使油藏中的亲油岩石转变为亲水岩石，降低了岩石表面对油水混合物的吸附力，提高了油水混合物在油藏孔隙中的流动性。减小了油水混合物在油藏孔隙中流动所损失的能量，增强了油水混合物在油藏孔隙中的驱替效率[7，8]。

（3）乳化作用。表面活性剂溶入油藏中的油水混合物后会吸附在混合物的油水界面上并形成乳状液体。乳状液体不易吸附在油藏中的岩石表面上，从而增强了油水混合物的流动性，降低了油水混合物因为磨阻造成的能量损失，使油水混合物在油藏孔喉中更好的聚集并且运移[9]。

（4）调节油水极性。表面活性剂驱油过程中往往会加入醇类添加剂。醇类添加剂具有调节油水混合物中水相极性和油相极性的性能。使表面活性剂更多的吸附在油水界面上，充分发挥表面活性剂的性能，最大程度降低油水混合物的界面张力。

2 表面活性剂驱油技术的影响因素分析

2.1 表面活性剂的分子结构

表面活性剂的分子结构对油水混合物的界面张力有很大的影响。一般分子结构中带有支链的表面活性剂加入油水混合物后产生的界面张力比加入相同量但分子结构中不带支链的表面活性剂所产生的界面张力要小得多。而表面活性剂分子结构中基链的长度也会影响其驱油效果，基链的长度越长，加入油水混合物后所产生的界面张力也越小。但基链中碳原子的数量一旦超过14个，随着基链长度的增加界面张力又会重新增大[10，11]。可以认为表面活性剂要起到最大程度降低油水混合物界面张力的作用，则其分子结构中基链上碳原子的数量存在一个临界值，当基链上碳原子数量大于这个临界值时，基链就会干扰表面活性剂与水的相互作用，从而减弱了界面张力降低的程度，也就是减弱了表面活性剂的驱油效果。所以在使用表面活性剂驱油技术来提高原油采收率时，加入油水混合物的表面活性剂一般选择分子结构中基链上碳原子数量在12～16 个[12，13]。

2.2 表面活性剂溶液的浓度

一般情况下，油水混合物中所加入的表面活性剂浓度越高，油水混合物的界面张力越小。但是表面活性剂浓度对于降低油水混合物界面张力的影响依然存在一个临界值[14]。当表面活性剂的浓度大于这个临界值时，油水混合物的界面张力就不会再随着表面活性剂浓度的增加而起变化。继续增大表面活性剂浓度，界面张力甚至会开始重新增加。这是因为当表面活性剂浓度低于临界浓度时，增大活性剂浓度时油水混合物界面上的表面活性剂浓度也随之增大，表面活性剂的作用增强，这时油水混合物的界面张力会越来越小。当表面活性剂浓度大于临界浓度时，继续增大活性剂浓度，油水混合物界面上的活性剂会逐渐进入油相之中，这样就降低了油水混合物界面上的表面活性剂浓度，相应的也就减小了表面活性剂对油水混合物界面张力的影响，油水混合物界面张力逐渐变大。

2.3 表面活性剂中的盐浓度

表面活性剂驱油技术中，表面活性剂溶液中的盐浓度是一个重要的影响因素。理想状态下希望利用表面活性剂使油水混合物界面张力降低至最低值从而达到最佳的驱油效率。而油水混合物表面张力达到“最低值”的条件就是使表面活性剂和混合物中水相作用形成的界面张力等于表面活性剂和混合物中油相作用形成的界面张力[15]。油相界面张力等于水相界面张力时，整个油水混合物的界面张力最小，驱油效率最高。而调节表面活性剂与油水混合物中油相、水相之间相互作用程度就是依赖盐浓度的大小。可以认为加入油水混合物中的表面活性剂存在一个“最佳盐浓度”，可以使活性剂加入后混合物中油相界面张力等于水相界面张力，从而达到油水混合物表面张力的最低值。此时油水混合物在油藏孔隙中磨阻最小，能量损失最低，驱油效率最高。至于溶液中的盐具体控制油相和水相的界面张力的机理目前仍然是未解之谜，也是未来表面活性剂驱油技术所要攻克的重点和难点。

2.4 原油属性

原油主要是由碳氢化合物组成。不同油藏中原油的属性不同，造成原油属性不同的主要原因就是组成原油的碳氢化合物不同，不同的碳氢化合物有着不同的分子结构。除了前文中提到的分子结构中基链上碳原子的数量会影响油水混合物和表面活性剂反应后的界面张力，组成原油的分子结构中不同类型的烃（如烷烃，环烷烃）与同一表面活性剂反应后的界面张力变化程度也不相同[16，17]。还有原油分子结构中的碳氢比也是影响界面张力的重要因素[18]。也就是说，同一表面活性剂与属性不同的原油反应所形成的油水混合物的界面张力会有很大的差别。因此，针对不同油藏区块应用表面活性剂驱油技术提高采收率时，应先对该区块油藏的原油属性进行分析。主要分析原油分子结构中的基链碳原子数量，碳氢比以及烃的类型，这样才能匹配出最适应该区块油藏的表面活性剂。

2.5 地层温度

不同油藏所处地层深度不同，不同深度的地层温度也不相同。应用表面活性剂驱油技术时，当油藏温度高于某一数值后，表面活性剂会吸附在油藏孔隙的岩石上，降低了与油水混合物反应的表面活性剂浓度，影响了反应后界面张力的改变。表面活性剂吸附在油藏孔隙的岩石表面上，使原油运移的通道变窄，甚至造成孔喉堵塞，影响原油运移，降低了驱油效率[19]。除此之外，高温环境会使整个表面活性剂体系性能变低，甚至失效。所以，在应用表面活性剂驱油技术时，要测定油藏储层的温度，然后选定在该温度下性能不受影响或影响较小的表面活性剂来提高原油采收率。目前，寻找适用于高温环境下的表面活性剂也是表面活性剂驱油技术的研究热点和前沿[20]。

2.6 醇类添加剂

在表面活性剂中加入醇类添加剂目前普遍应用于表面活性剂驱油技术，将这种醇类添加剂称为助表面活性剂[21]。醇类添加剂随表面活性剂加入油水混合物后，添加剂中的醇分子可以降低油水混合物表面的电荷数[22]。而油水混合物表面的电荷数降低后要重新达到稳定平衡状态，这时就会使表面活性剂继续分解并释放电荷。表面活性剂持续分解，提高了活性剂的效率，活性剂性能增强，驱油效率提高[23]。醇类添加剂还可以和油水混合物中的盐反应，通过调节盐浓度来降低表面活性剂的能量损耗，提高表面活性剂性能和驱油效率[24]。醇类添加剂还可以降低油水混合物的黏度，降低岩石孔隙对油水混合物的磨阻，减少油水混合物在运移过程中的能量损失[25，26]。所以选择合适的醇类添加剂可以更好发挥表面活性剂的性能，提高表面活性剂驱油技术的驱油效率。

3 结论

（1）应用表面活性剂驱油技术提高原油采收率时，选取的表面活性剂其分子结构中的基链上碳原子数量应保持在12～16个，基链上碳原子数量为14个时最为适宜。

（2）对某区块油藏使用表面活性剂提高驱油效率之前应先测定该区块油藏中油水混合物与不同浓度表面活性剂反应之后的界面张力，确定油水混合物界面张力最低值所对应的表面活性剂浓度为临界浓度。在实施表面活性剂驱油技术时加入地层的活性剂浓度应配制在临界浓度左右。

（3）油水混合物中油相界面张力与水相界面张力相等时整个油水混合物界面张力最小。而表面活性剂中盐浓度的大小是调节水相界面张力和油相界面张力的关键。在确定表面活性剂类型和浓度后应调节活性剂中的盐浓度达到“最佳盐浓度”。这样才能使相同表面活性剂达到最佳的驱油效果。

（4）地层深度过高的油藏不适合采用表面活性剂驱油技术。高温会使表面活性剂性能变差或完全失效，达不到提高采收率的目的。

（5）适宜的醇类添加剂可以提高表面活性剂性能，加强驱油效率。还可以降低油水混合物的黏度和盐浓度，提高油水混合物流动性能，提高原油采收率。

4 结语

阐述表面活性剂驱油技术的原理，根据作用方式和作用结果的不同对表面活性剂驱油技术提高原油采收率的机理进行分析。综合分析表面活性剂驱油技术中的各项影响因素，说明各项影响因素在表面活性剂驱油过程中起到的作用，尤其是在表面活性剂不同性质对降低油水混合物界面张力影响的综合分析显得具有实际意义。针对油藏环境中影响因素的分析对提高表面活性剂驱油效率具有重要的指导意义。