注水井降壓增注用雜雙子表面活性劑的研制及性能評(píng)價(jià)

馬 銳

(長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100)

注水井降壓增注用雜雙子表面活性劑的研制及性能評(píng)價(jià)

馬 銳

(長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100)

針對(duì)注水井長(zhǎng)期注水后壓力升高、酸化等常規(guī)增注措施有效期短、適應(yīng)性差等問(wèn)題，以烷基二甲基叔胺、鹵代烷烴為主要原料，通過(guò)兩步法制備出了一種適用于注水井降壓增注的雜雙子表面活性劑GXS-2，室內(nèi)評(píng)價(jià)了其界面活性、耐溫性、耐鹽性、與其他常規(guī)表面活性劑的協(xié)同性以及降壓增注的效果。結(jié)果表明，該雜雙子表面活性劑具有較高的界面活性，加量為0.05%時(shí)界面張力為0.028 mN/m，達(dá)到了超低界面張力的要求。當(dāng)溫度為150 ℃、礦化度為100 000 mg/L時(shí)，表面活性劑溶液仍具有較低的表面張力值，具有較好的耐溫性和耐鹽性。與普通表面活性劑DTAB進(jìn)行復(fù)配后，配伍性較好，表面/界面張力均比單一表面活性劑有所降低，起到了一定的協(xié)同作用。巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，注入5 PV濃度為0.05%的雜雙子表面活性劑溶液后，壓力降低率可達(dá)35%左右，起到了明顯的降壓增注作用。

注水井；降壓增注；雜雙子表面活性劑；耐溫抗鹽

Abstract:After long-term water injection, the injection well pressure increases, the validity of conventional acidification measures is short and its adaptability is poor. A new heterogemini surfactant GXS-2 was prepared by two-step method with alkyl dimethyl tertiary amines and alkyl halides as main raw materials. Its interface activity,temperature tolerance and salt tolerance were evaluated as well as the synergistic effect with other conventional surfactant, and the effect of decompression and augmented injection. The results show that the heterogemini surfactant has high interfacial activity, and the interfacial tension is 0.028 mN/m when the addition amount is 0.05%, which can meet the requirement of ultra low interfacial tension. When the temperature is 150 ℃, mineralization degree is 100 000 mg/L, the solution still has a lower surface tension value, and has good temperature resistance and salt resistance.Mixed with common surfactant DTAB, the compatibility is good, and the surface / interfacial tension is lower than that of single surface active agent, and it plays a certain role in coordination. Core flooding experimental results show that injecting 5 PV solution with 0.05% concentration of GXS-2, the pressure reduction rate can reach about 35%, which indicates it has better effect of decompression and augmented injection.

Key words:Water injection well；Decompression and augmented injection；Heterogemini surfactant；Temperature resistance and salt resistance

勝利油田某區(qū)塊前期采用常規(guī)注水開發(fā)，由于儲(chǔ)層的物性較差，注水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)以及儲(chǔ)層敏感性等原因，區(qū)塊內(nèi)大多數(shù)注水井注水壓力較高，普遍存在“欠注”現(xiàn)象。分析該區(qū)塊注水井儲(chǔ)層特征及注入水水質(zhì)等因素，認(rèn)為注水井壓力升高的主要原因是滲透率低，孔隙小，滲流阻力較大。還有低滲透儲(chǔ)層油水兩相滲流區(qū)往往比較狹窄，隨著注水周期的延長(zhǎng)，含水飽和度逐漸上升時(shí)，油相相對(duì)滲透率下降較快，而此時(shí)水相相對(duì)滲透率上升又較慢，當(dāng)達(dá)到殘余油飽和度時(shí)，水相相對(duì)滲透率還很小，所以油水兩相共滲點(diǎn)較低，滲流阻力較大[1]。另外，儲(chǔ)層埋藏較深，地層溫度較高，地層水礦化度較高且含有一定量的成垢離子，在地層溫度下易與注入水結(jié)垢，堵塞地層，從而造成注水壓力升高。針對(duì)上述情況，該區(qū)塊采取過(guò)酸化解堵增注措施，效果不理想。如何實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期有效的降壓增注成為該區(qū)塊注水井注水過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。

表面活性劑降壓增注技術(shù)在低滲儲(chǔ)層注水井中的應(yīng)用研究較多[2-4]，并且取得了比較明顯的效果。表面活性劑能顯著降低油水界面張力，注入水中加入表面活性劑后，殘余油飽和度下降，水相相對(duì)滲透率上升，注入壓力下降[5-7]。本文針對(duì)勝利油田某區(qū)塊注水井注水壓力升高，常規(guī)增注措施效果不理想的問(wèn)題，研制出一種適用于注水井降壓增注的雜雙子表面活性劑，并評(píng)價(jià)了其性能，以期為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

烷基二甲基叔胺，鹵代烷烴，異丙酮，無(wú)水乙醇，乙酸乙酯，氯化鉀，十二烷基三甲基溴化銨DTAB，以上試劑均為市售分析純。蒸餾水，模擬地層水（礦化度為81 576 mg/L），目標(biāo)油田脫氣原油，中性煤油，儲(chǔ)層天然巖心。

燒杯，水浴鍋，磁力攪拌裝置，電子天平，真空干燥箱，XJZ-200全自動(dòng)界面張力儀，BH-3型巖心真空加壓飽和實(shí)驗(yàn)裝置，HKY-多功能巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置。

1.2 雜雙子表面活性劑的制備

1.2.1 反應(yīng)方程式

合成反應(yīng)分兩步進(jìn)行：

1.2.2 制備方法

稱取一定質(zhì)量的烷基二甲基叔胺和鹵代烷烴R1X，與無(wú)水乙醇按一定的比例的加入到三口燒瓶中，在75 ℃下反應(yīng)24 h，得到粘稠油狀的中間產(chǎn)物，先使用乙酸乙酯進(jìn)行部分重結(jié)晶，保留析出部分產(chǎn)物。再使用異丙酮進(jìn)行2次重結(jié)晶，得到純度較高的中間產(chǎn)物烷基二甲基鹵化銨。收集所有中間產(chǎn)物再與鹵代烷烴R2X發(fā)生親核取代反應(yīng)，將反應(yīng)產(chǎn)物提純、烘干，并粉碎，得到白色粉末狀產(chǎn)品GXS-2。

1.3 性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 界面活性評(píng)價(jià)

將制備的雜雙子表面活性劑 GXS-2配制成不同濃度（0.01%、0.03%、0.05%、0.08%、0.1%）的蒸餾水溶液，使用XJZ-200全自動(dòng)界面張力儀測(cè)定常溫下氣液表面張力，以及與儲(chǔ)層原油之間的界面張力，評(píng)價(jià)GXS-2的界面活性。

1.3.2 耐溫性評(píng)價(jià)

配制濃度為（0.01%、0.03%、0.05%、0.08%、0.1%）的雜雙子表面活性劑GXS-2蒸餾水溶液，分別在 80、120和 150 ℃的烘箱中靜置 12 h，使用XJZ-200全自動(dòng)界面張力儀測(cè)定其在 80 ℃下的氣液表面張力，與常溫下的性能進(jìn)行對(duì)比，評(píng)價(jià)GXS-2的耐溫性。

1.3.3 耐鹽性評(píng)價(jià)

分別使用礦化度為10 000、30 000、50 000、80 000和100 000 mg/L的氯化鉀鹽水配制濃度為（0.01%、0.03%、0.05%、0.08%、0.1%）的雜雙子表面活性劑GXS-2水溶液，使用XJZ-200全自動(dòng)界面張力儀測(cè)定常溫下氣液表面張力，評(píng)價(jià)GXS-2的耐鹽性。

1.3.4 與其他表面活性劑的協(xié)同作用

分別配制濃度為 0.03%GXS-2、0.03%DTAB、0.02%GXS-2+0.01%DTAB、0.05%GXS-2、0.05%DTAB、0.03%GXS-2+0.02%DTAB表面活性劑蒸餾水溶液，使用XJZ-200全自動(dòng)界面張力儀測(cè)定常溫下氣液表面張力以及與儲(chǔ)層原油之間的界面張力，評(píng)價(jià)GXS-2與其他表面活性劑之間的協(xié)同作用。

1.3.5 降壓增注巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

（1）將目標(biāo)油田天然巖心洗油烘干稱重，使用BH-3型巖心真空加壓飽和實(shí)驗(yàn)裝置將巖心飽和模擬地層水，計(jì)算巖心的孔隙體積和孔隙度；

（2）使用HKY-多功能巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置將巖心驅(qū)至壓力穩(wěn)定，記錄壓力變化情況。實(shí)驗(yàn)條件：驅(qū)替流體為模擬地層水，圍壓為 3 MPa，溫度為80 ℃，流速為0.3 mL/min；

（3）飽和10倍孔隙體積的模擬油，實(shí)驗(yàn)條件：模擬油為儲(chǔ)層脫氣原油與中性煤油按2∶1混合，圍壓為3 MPa，溫度為80 ℃，流速為0.1 mL/min，老化24 h；

（4）再使用模擬地層水進(jìn)行第一次水驅(qū)，記錄壓力變化情況。實(shí)驗(yàn)條件同步驟（2）；

（5）分別注入5 PV的表面活性劑溶液，記錄壓力變化情況。表面活性劑溶液為模擬地層水配制，濃度為0.05%GXS-2和0.03%GXS-2+0.02%DTAB；

（6）繼續(xù)使用模擬地層水進(jìn)行第二次水驅(qū)，直到壓力不再變化，記錄驅(qū)替過(guò)程的壓力變化情況。實(shí)驗(yàn)條件同步驟（2）。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 界面活性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按1.3.1中的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)定雜雙子表面活性劑GXS-2溶液在常溫下的表面/界面張力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 GXS-2溶液界面性能評(píng)價(jià)結(jié)果Table1 Evaluation results of interfacial properties of GXS-2 solution

由表1可知， GXS-2加量為0.05%時(shí)油水界面張力值為0.028 mN/m，達(dá)到了超低界面張力的要求。說(shuō)明該雜雙子表面活性劑具有較高的界面活性。

2.2 耐溫性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照1.3.2中的實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)定不同濃度的雜雙子表面活性劑 GXS-2水溶液在不同溫度下老化后的表面張力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 GXS-2耐溫性評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.1 Evaluation results of temperature tolerance of GXS-2

由圖1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著溫度的升高，不同濃度表面活性劑 GXS-2溶液的表面張力值有一定程度的升高，但變化幅度較小，說(shuō)明其具有較好的耐溫性能。可以滿足目標(biāo)油田高溫儲(chǔ)層降壓增注的要求。

2.3 耐鹽性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按1.3.3中的實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)定不同濃度的雜雙子表面活性劑 GXS-2在不同礦化度氯化鉀溶液中的表面張力值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 GXS-2耐鹽性評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Evaluation results of salt tolerance of GXS-2

由圖 2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，礦化度對(duì)不同濃度GXS-2溶液的表面張力影響較小，隨著礦化度的不斷增加，不同濃度GXS-2溶液的表面張力均有所降低，表面活性增強(qiáng)，當(dāng)?shù)V化度達(dá)到100 000 mg/L時(shí)，仍具有較低的表面張力值，說(shuō)明該雜雙子表面活性劑具有較好的耐鹽性。

2.4 與其他表面活性劑的協(xié)同作用實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按1.3.4中的實(shí)驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)雜雙子表面活性劑GXS-2與普通表面活性劑DTAB之間的協(xié)同作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 GXS-2與其他表面活性劑的協(xié)同作用評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Synergistic effect of GXS-2 with other surfactants

由表 2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，雜雙子表面活性劑GXS-2與普通表面活性劑DTAB進(jìn)行復(fù)配后，表面/界面張力均比單一表面活性劑有所降低，配伍性較好，起到了一定的協(xié)同作用。

2.5 降壓增注巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按1.3.5中的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)定表面活性劑對(duì)天然巖心降壓增注的效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3和圖3。

表3 表面活性劑對(duì)巖心降壓增注效果的評(píng)價(jià)Table 3 Evaluation of the effect of decompression and augmented injection by surfactant

圖3 巖心降壓驅(qū)替實(shí)驗(yàn)壓力曲線Fig.3 Experimental pressure curve of core decompression and displacement

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，注入5 PV不同表面活性劑溶液后，驅(qū)替壓力均出現(xiàn)不同程度的降低。當(dāng)注入 5 PV濃度為 0.05%的雜雙子表面活性劑GXS-2溶液后，壓力降低率可達(dá)35%左右，長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)替后壓力沒有繼續(xù)升高，起到了明顯的降壓增注作用。GXS-2與DTAB復(fù)配后的降壓效果更好。說(shuō)明制備的雜雙子表面活性劑 GXS-2能夠有效降低油水界面張力，改善儲(chǔ)層滲流狀態(tài)，從而降低注水壓力，并且具有良好的適應(yīng)性和長(zhǎng)效性。能夠滿足注水井長(zhǎng)期降壓增注的需要。

3 結(jié) 論

（1）室內(nèi)研制出一種適合于注水井降壓增注的雜雙子表面活性劑 GXS-2，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了GXS-2的界面活性、耐溫性、耐鹽性、與其他常規(guī)表面活性劑的協(xié)同性以及降壓增注的效果，并通過(guò)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了GXS-2的降壓增注效果。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雜雙子表面活性劑GXS-2具有較高的界面活性，加量為 0.05%時(shí)界面張力為0.028 mN/m，達(dá)到了超低界面張力的要求；當(dāng)溫度為150 ℃、礦化度為100 000 mg/L時(shí)，表面活性劑溶液仍具有較低的表面張力值，具有較好的耐溫性和耐鹽性；與普通表面活性劑DTAB進(jìn)行復(fù)配后，配伍性較好，表面/界面張力均比單一表面活性劑有所降低，起到了一定的協(xié)同作用。

（3）降壓增注巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，注入5 PV濃度為0.05%的雜雙子表面活性劑溶液后，壓力降低率可達(dá)35%左右，起到了明顯的降壓增注作用。GXS-2與DTAB復(fù)配后效果更好，可以作為注水井長(zhǎng)期降壓增注用的表面活性劑。

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Development and Performance Evaluation of Heterogemini Surfactant for Decompression and Augmented Injection of Water Injection Well

MA Rui

(Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China)

TE 357

A

1671-0460（2017）09-1799-04

2017-01-11

馬銳（1993-），男，湖北荊門人，在讀碩士研究生，主要從事油氣田開發(fā)工程方面研究工作。郵箱：601239415@qq.com。