一種乳液型油田解堵洗油劑的研制及其性能評(píng)價(jià)*

張麗平，鄒 劍，張 璐，符揚(yáng)洋，高 尚，劉長龍，楊紅斌

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300459；2.中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島266580）

渤海油田S 區(qū)塊采油井普遍存在結(jié)垢堵塞現(xiàn)象。在水驅(qū)油井開發(fā)中后期，綜合含水率升高，地層水與注入水不配伍，地層水與注入水在油層混合時(shí)往往產(chǎn)生懸浮固體；注入水中含有一定懸浮固體，也會(huì)形成無機(jī)垢［1］；此外，由于地層溫度、壓力等變化，原油中的石蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)會(huì)析出并吸附在無機(jī)垢上形成含油堵塞物［2］，導(dǎo)致采油井采收率降低［3-4］。通過對(duì)渤海油田S 區(qū)塊采油井堵塞物成分分析發(fā)現(xiàn)，該堵塞物多為高含油垢，垢中吸附著膠質(zhì)瀝青質(zhì)以及重質(zhì)原油。對(duì)于這種堵塞物，通常采用單一洗油劑進(jìn)行處理，但其處理效果有限［5-6］?，F(xiàn)在常用的油污清洗劑是表面活性劑和萃取劑，表面活性劑有較好的乳化能力和界面活性，但洗油效果較差；常用萃取劑為油溶性，洗油效果好，但使用不安全且成本高［7-8］。基于此，本文提出使用低濃度萃取劑和表面活性劑復(fù)配形成一種乳液型洗油劑，測試其配伍性、穩(wěn)定性以及洗油效率，并分析其洗油機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

十二烷基硫酸鈉，化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；十二烷基磺酸鈉、油酸鈉、芥酸酰胺丙基羥磺基甜菜堿、十六烷基二甲基甜菜堿、十六烷基三甲基溴化銨，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；癸基葡萄糖苷、月桂基葡糖苷，分析純，山東優(yōu)索化工科技化工有限公司；甲醇、石油醚、二甲苯、丙三醇、正丁烷、異丙醇、乙醇、正庚烷、丙酮、正丁醇，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；聚氧乙烯辛基苯酚醚-10（OP-10，99%），分析純，山東萊陽市雙雙化工有限公司；蒸餾水，實(shí)驗(yàn)室自制；石英砂，100 目，鞏義市旭宏凈水材料有限公司；原油，取自渤海油田S區(qū)塊，黏度112 mPa·s（60℃）。

JZHY-180表面張力儀，承德鼎盛試驗(yàn)機(jī)檢測設(shè)備有限公司；TX-500 界面張力儀，美國科諾公司；SL200KS接觸角 ＆ 界面張力儀，美國科諾公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 界面張力測試

在60℃下，采用TX-500 界面張力儀測定表面活性劑溶液與原油間的界面張力。當(dāng)連續(xù)3次讀數(shù)之差在10-3mN/m 之內(nèi)時(shí)，即可認(rèn)為測定的體系已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)［9］，記錄最終的界面張力。

1.2.2 接觸角測定

利用SL200KS 接觸角 ＆ 界面張力儀，首先測試蒸餾水在不同巖心表面的接觸角；然后將巖心分別在25℃和60℃下用待測溶液浸泡24 h，取出巖心烘干，再次測試蒸餾水在巖心表面的接觸角［10］。

1.2.3 模擬油砂制作

將原油與石英砂按照質(zhì)量比為1∶5攪拌均勻制備油砂，放入60℃烘箱中熟化24 h，取出密封備用，模擬油井堵塞物。

1.2.4 洗油效率測定

將30 mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的待測溶液倒入塑料試管中，放入2 g 的油砂（初始油砂含油量為0.33 g），均勻震蕩5 次后，放入60℃烘箱靜置，24 h 后取出油砂，并用蒸餾水過濾洗滌3次，烘干后稱油砂質(zhì)量m1，根據(jù)式（1）計(jì)算洗油效率f。

1.2.5 配伍性測定

將待測溶液充分震蕩后放置在60℃的烘箱中，定期觀察溶液是否有雜質(zhì)析出，若無雜質(zhì)析出則配伍性良好。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑的篩選

通過測量不同表面活性劑的界面活性、洗油性能以及潤濕性，優(yōu)選出性能較好的表面活性劑。

2.1.1 界面活性

界面張力是衡量表面活性劑洗油能力的重要指標(biāo)之一。一般情況下，油水界面張力越小，地層原油越容易被驅(qū)替出來。研究表明，洗油性能較好的表面活性劑溶液與原油間的界面張力大多可降至超低界面張力（10-3mN/m）［11-12］。

圖1為60℃下質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的癸基葡糖苷溶液與原油之間界面張力。可以看出，在5數(shù)15 min內(nèi)，界面張力隨時(shí)間變化較大；20 min后，油水界面張力趨于平穩(wěn)，最終維持在10-3mN/m左右。60℃時(shí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的不同表面活性劑溶液與原油之間的平衡界面張力見表1。從表1可以看出，芥酸酰胺丙基羥磺基甜菜堿、十六烷基二甲基甜菜堿、十六烷基三甲基溴化銨、癸基葡糖苷和OP-10 的界面活性較好，溶液與原油間的界面張力在10-3mN/m 的超低數(shù)量級(jí)。

圖1 質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的癸基葡糖苷溶液與原油之間界面張力隨時(shí)間變化（60℃）

表1 質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的不同表面活性劑溶液與原油之間的界面張力（60℃）

2.1.2 洗油性能

質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的不同的表面活性劑溶液對(duì)模擬油砂的洗油效率如表2?？梢钥闯?，單一表面活性劑對(duì)油砂的洗油效率比較低，洗油效率相對(duì)較好的表面活性劑有十六烷基三甲基溴化銨、癸基葡糖苷以及OP-10，這3 種表面活性劑對(duì)油砂的洗油效率在25%以上，且這3 種表面活性劑溶液與原油間的界面張力很低，因此對(duì)這3 種表面活性劑進(jìn)行潤濕性測試。

表2 60℃時(shí)，不同表面活性劑對(duì)模擬油砂的洗油效率

2.1.3 潤濕性

表面活性劑吸附到巖心表面可以改變巖心的表面潤濕性［13］。分別在25℃和60℃下測定蒸餾水在經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的表面活性劑溶液浸泡處理過的巖心表面的潤濕角，結(jié)果見表3。由表3可知，3 種表面活性劑對(duì)巖心都具有很好的反轉(zhuǎn)潤濕性，巖心表面潤濕性由親油性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，有助于堵塞物從地層表面脫離，從而進(jìn)行油污清洗以及進(jìn)一步的解除堵塞物。

表3 經(jīng)不同表面活性劑處理后巖心的潤濕性變化

2.2 萃取劑的篩選

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的不同萃取劑對(duì)油砂的洗油效率如表4所示?？梢钥闯觯瑔我惠腿└哂趩我槐砻婊钚詣┑南从托?，其中洗油效率較高的是石油醚和二甲苯，洗油效率在80%左右。

將二甲苯和石油醚按不同比例進(jìn)配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的溶液，然后進(jìn)行洗油效率測試，結(jié)果見表5。由表5可見，復(fù)配萃取劑體系對(duì)油砂的洗油效率均達(dá)到85%左右，大于單一萃取劑的洗油效率。從成本方面考慮，最終確定萃取劑石油醚、二甲苯的復(fù)配比為4∶1。

2.3 乳液型洗油劑的研發(fā)及性能評(píng)價(jià)

在2%二甲苯+8%石油醚的復(fù)配萃取劑體系中加入2%的十六烷基三甲基溴化銨、癸基葡糖苷或OP-10配制成乳液型洗油劑，所配制的乳液型洗油劑對(duì)油砂的洗油效率分別為95.8%、96.2%和95.5%。

表4 不同萃取劑對(duì)油砂的洗油效率（60℃）

表5 復(fù)配萃取劑體系對(duì)油砂洗油效率（60℃）

2.3.1 乳液型洗油劑的配伍性

洗油劑的配伍性包括洗油劑自身的穩(wěn)定性、與地層水的配伍性和與地層原油的配伍性［15］。

（1）洗油劑自身的穩(wěn)定性

按照配方2%二甲苯+8%石油醚+2%十六烷基三甲基溴化銨（或癸基葡糖苷或OP-10）配制的洗油劑體系（以下用表面活性劑命名洗油劑體系），充分震蕩后放置在60℃的烘箱中，觀察發(fā)現(xiàn)，十六烷基三甲基溴化銨體系自身穩(wěn)定性能較差，從第3 d 開始即析出白色沉淀；而癸基葡糖苷和OP-10 兩種體系的自身穩(wěn)定性良好，均澄清無沉淀。

（2）與地層水的配伍性

將模擬地層水與洗油劑分別按10∶1和1∶10混合，充分震蕩后放入60℃烘箱中，放置24 h，觀察發(fā)現(xiàn)，3 種洗油劑體系均無沉淀和分層現(xiàn)象，說明這3種體系與地層水的配伍性良好。

（3）與地層原油的配伍性

將原油與洗油劑按照體積比1∶1 混合，充分震蕩后放在60℃烘箱中，在24 h 內(nèi)觀察油水分層狀況。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這3 種體系與原油形成的乳狀液很快分層，但輕微震蕩后會(huì)重新形成乳狀液，說明這3種洗油劑與地層原油配伍性良好。

2.3.2 乳液型洗油劑的穩(wěn)定性

在60℃下，配方為2%二甲苯+8%石油醚+2%十六烷基三甲基溴化銨（或癸基葡糖苷或OP-10）的洗油體系與原油間的界面張力隨測試時(shí)間的變化見圖2?？梢钥闯?，隨著時(shí)間的延長，OP-10 洗油劑體系油水界面張力沒有發(fā)生明顯變化，兩周內(nèi)的油水界面張力均可以保持在10-2mN/m 以下，而癸基葡糖苷和十六烷基三甲基溴化銨洗油體系的油水界面張力明顯增長，說明OP-10 體系的穩(wěn)定性良好。因此最終乳液型洗油劑的配方確定為：2%二甲苯+8%石油醚+2%OP-10，該體系具有良好的洗油解堵效果，在油田及礦場具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖2 3種洗油體系與原油間的界面張力隨時(shí)間變化（60℃）

2.3.3 乳液型洗油劑的洗油機(jī)理分析

在溶液中表面活性劑將萃取劑分子包裹住，親水頭基向外而疏水尾鏈插入到萃取劑分子中，如圖3所示，形成“水包芳烴型乳狀液”。在對(duì)含油堵塞物進(jìn)行解堵時(shí)，洗油劑中的表面活性劑可以降低油水界面張力，增加毛管數(shù)，并改變潤濕性，使得原油從堵塞物中脫離，增加流體的流動(dòng)性［14］，而萃取劑可通過相似相溶的原理對(duì)油污起到溶解分散作用，兩者復(fù)配后表面活性劑可以促進(jìn)萃取劑更好地進(jìn)入含油堵塞物內(nèi)，洗油更徹底。

圖3 洗油劑中的分子結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

單一表面活性劑洗油效率較低，均在30%以下；單一萃取劑洗油效率較高，最高可達(dá)80%左右。將表面活性劑OP-10 與洗油劑二甲苯、石油醚復(fù)配得到的配方為2%二甲苯+8%石油醚+2%OP-10的乳液型洗油劑的配伍性、穩(wěn)定性良好，對(duì)油砂的洗油效率達(dá)95.5%。該乳液型洗油劑中的表面活性劑可以促進(jìn)萃取劑更好地進(jìn)入堵塞物內(nèi)，從而使得洗油更徹底。