三次采油用新型兩性離子表面活性劑性能評價及應(yīng)用

張 娟，鄭立偉，趙立陽，魏會軍，吳 娜，高 軍

(1長慶油田分公司第六采油廠采油工藝研究所 2陜西省寶雞市石油機械有限責任公司研究院 3陜西弘大眾為石油科技有限公司 4玉門油田分公司老君廟采油廠 5玉門油田分公司青西采油廠)

三次采油主要的方式有化學(xué)驅(qū)、熱力驅(qū)、微生物驅(qū)等[1-3]，其中化學(xué)驅(qū)的應(yīng)用較為廣泛。而化學(xué)驅(qū)又可以分為表面活性劑驅(qū)、堿驅(qū)、聚合物驅(qū)以及二元復(fù)合驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)[4-8]。目前，三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)的發(fā)展較為成熟，其綜合了表面活性劑、堿以及聚合物的眾多優(yōu)點，能夠大大提高原油在水驅(qū)后的采收率。三元復(fù)合驅(qū)中表面活性劑直接影響著驅(qū)油體系的界面張力和驅(qū)油效率[9-12]。目前國內(nèi)外主要采用石油磺酸類、石油羧酸鹽、烷基苯磺酸鹽等作為ASP三元復(fù)合驅(qū)的表面活性劑，以上表面活性劑在高溫高鹽油藏中應(yīng)用時存在著配伍性差、驅(qū)油效率低等問題。為此，筆者結(jié)合高溫高礦化度油藏的特點，研究開發(fā)出新型兩性離子表面活性劑DS-115，并在實驗室內(nèi)評價了其界面活性、耐溫抗鹽性、吸附性能、與堿和聚合物的復(fù)配性能以及驅(qū)油效率，為三次采油技術(shù)的發(fā)展提供一定的技術(shù)支持。

一、實驗部分

1.主要試劑與儀器

新型兩性離子表面活性劑DS-115，實驗室自制；聚丙烯酰胺HPAM，湖南樂鎂化工有限公司；NaOH、NaCl、CaCl2，均為分析純，國藥集團；實驗用水為陸上某油田地層水；實驗用油為陸上某油田儲層原油；實驗用巖心為儲層天然巖心；陸上某油田儲層鉆屑。

TX-500A型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀，美國科諾公司；HOC-ZJ型恒溫干燥箱，湖北儀宇科技有限公司；多功能巖心驅(qū)替實驗裝置；江蘇海安石油儀器有限公司；721型紫外分光光度計，天津天光化學(xué)儀器有限公司；DTI-12型電動離心機，常州市金壇區(qū)環(huán)宇科學(xué)儀器廠。

2.實驗方法

2.1 界面張力測定

常溫下使用TX-500A型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測定DS-115溶液表面張力和油水界面張力值。

2.2 耐溫抗鹽性能評價

測定0.3%的表面活性劑DS-115溶液油水界面張力值的變化情況，評價其耐溫、抗鹽性能。

2.3 吸附性能評價

使用地層水配制濃度為3 000 mg/L的表面活性劑DS-115溶液，采用紫外分光光度法測定表面活性劑DS-115在儲層鉆屑上的吸附量[13]。

2.4 與聚合物復(fù)配性能評價

使用TX-500A型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測定不同時間的油水界面張力值，評價表面活性劑與聚合物的復(fù)配性能。

2.5 ASP復(fù)配體系穩(wěn)定性能評價

使用TX-500A型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測定油水界面張力值，評價表面活性劑與堿和聚合物復(fù)配體系的穩(wěn)定性能。

2.6 驅(qū)油效率評價

將天然巖心洗油、烘干、稱重、測定氣測滲透率和孔隙度后，抽真空飽和地層水；再將巖心飽和儲層原油，在80℃下靜置24 h；使用地層水驅(qū)替至無油產(chǎn)出，計算水驅(qū)采收率；注入不同PV濃度為0.3%的DS-115溶液，80℃下關(guān)井24 h；繼續(xù)使用地層水驅(qū)替至含水率達98%以上為止，計算最終采收率；評價表面活性劑DS-115的驅(qū)油效率。

二、結(jié)果與討論

1.界面活性

表1為不同濃度DS-115溶液的表面張力和油水界面張力值。由表1看出，隨著表面活性劑DS-115濃度的增大，溶液表面張力和油水界面張力值均逐漸下降，當DS-115加量為0.3%時，表面張力值降低至25 mN/m以下，油水界面張力值可達到10-3mN/m數(shù)量級，說明表面活性劑DS-115具有良好的界面活性，可作為化學(xué)驅(qū)油劑使用。

表1 不同濃度DS-115溶液的界面活性

2.溫度對油水界面張力值的變化影響

圖1為溫度對DS-115溶液油水界面張力值的影響結(jié)果。由圖1看出，隨著溫度的升高，表面活性劑溶液的油水界面張力值先降低后升高，當溫度達到80℃時，油水界面張力值達到最低點，當溫度達到100℃時，界面張力值仍維持在10-3mN/m數(shù)量級，說明表面活性劑DS-115具有良好的抗溫能力。

圖1 溫度對油水界面張力的影響

圖2為礦化度對DS-115溶液油水界面張力值的影響結(jié)果，由圖2看出，隨著礦化度的升高，表面活性劑溶液的油水界面張力值先降低后升高，當?shù)V化度達到30 000 mg/L時，油水界面張力值達到最低點，當?shù)V化度繼續(xù)升高至50 000 mg/L時，油水界面張力值仍維持在10-3mN/m數(shù)量級，說明表面活性劑DS-115具有良好的抗鹽能力。

圖2 礦化度對油水界面張力的影響

3.吸附性能

作為三次采油表面活性劑，注入地層時，不可避免地會被地層礦物吸附一定的量，造成表面活性劑的損耗，在一定程度上會影響現(xiàn)場驅(qū)油的效果。按照吸附性能評價實驗方法，對新型兩性離子表面活性劑DS-115的吸附性能進行了評價，見圖3。

圖3 表面活性劑吸附量實驗結(jié)果

由圖3結(jié)果可知，隨著吸附時間的增加，表面活性劑DS-115在儲層鉆屑上的吸附量呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，但吸附量整體偏小，在12 h內(nèi)吸附量均小于1 mg/g。另外，吸附前后界面張力測試表面，隨著反應(yīng)時間的增加，表面活性劑DS-115在儲層鉆屑上吸附后的界面張力稍微大于吸附前，說明儲層鉆屑對表面活性劑產(chǎn)生了一定量的吸附，但對其界面活性影響不大，表面活性劑溶液吸附后的界面張力仍能達到10-3mN/m數(shù)量級。

4.與聚合物的復(fù)配性能

在油田現(xiàn)場應(yīng)用過程中，為了增大驅(qū)油劑的波及效率，表面活性劑驅(qū)油體系中經(jīng)常需要加入聚合物。表2為DS-115與聚丙烯酰胺復(fù)配時的油水界面張力值變化情況。由表2看出，加入聚丙烯酰胺后，驅(qū)油體系的初始油水界面張力較高，這是由于聚合物使體系的黏度增大，導(dǎo)致表面活性劑分子在油水界面的分布速度減弱；隨著時間的延長，加入聚丙烯酰胺的驅(qū)油體系界面張力值逐漸下降，可以達到10-3mN/m數(shù)量級，與未加聚合物的體系相當。說明表面活性劑DS-115與聚合物具有良好的配伍性，在化學(xué)驅(qū)油過程中可以與聚合物復(fù)配使用。

表2 與聚合物復(fù)配對界面張力的影響

5.ASP復(fù)配體系性能

隨著國內(nèi)各大油田相繼進入高含水、高采出程度階段，為了保障油田的正常開發(fā)，需要在二元復(fù)合驅(qū)的基礎(chǔ)上，進行三元復(fù)合驅(qū)(ASP)技術(shù)研究，即使用表面活性劑、堿和聚合物復(fù)配來提高驅(qū)油效率。圖4為ASP三元復(fù)配體系在80℃下老化不同時間后的油水界面張力值變化情況。

由圖4可以看出，隨著老化時間的延長，ASP三元復(fù)配體系的油水界面張力值變化幅度較小，放置30 d后界面張力仍能維持在10-3mN/m數(shù)量級。另外，復(fù)配體系在80℃下長時間放置后無沉淀、分層、渾濁等現(xiàn)象，說明DS-115能夠與堿、聚合物達到良好的配伍效果，并且熱穩(wěn)定性較好，可以作為三元復(fù)合驅(qū)用的表面活性劑。

圖4 三元復(fù)配體系油水界面張力變化情況

6.驅(qū)油效率

表3為表面活性劑DS-115的巖心驅(qū)油實驗結(jié)果。由表3可以看出，三塊巖心使用地層水驅(qū)替的采收率在40%左右，注入不同PV的表面活性劑DS-115后，采收率呈現(xiàn)出不同程度的升高，當注入量為0.3 PV時，表面活性劑驅(qū)提高采收率可以達到10%以上，說明新型表面活性劑DS-115能夠顯著提高水驅(qū)后的采收率，具有較好的驅(qū)油效果。

表3 巖心驅(qū)油實驗結(jié)果

三、礦場應(yīng)用

該新型兩性離子表面活性劑從2016～2019年底，在長慶油田、玉門油田、延長油田等的表面活性劑驅(qū)、二元復(fù)合驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)中得到應(yīng)用，取得了顯著的驅(qū)油效果。

以CF井為例，2016年6月1日實施驅(qū)油試驗，至2017年1月31日，累計注入驅(qū)油劑3.6 t，累計增油186 t，效果良好。

四、結(jié)論

(1)新型兩性離子表面活性劑DS-115具有較高的界面活性，在加量為0.3%時，能使表面張力值降低至25 mN/m以下，油水界面張力值可以達到10-3mN/m數(shù)量級。

(2)DS-115具有良好的耐溫抗鹽性能，當溫度達到100℃、NaCl濃度達到50 000 mg/L時，油水界面張力值仍能維持在10-3mN/m數(shù)量級。另外，表面活性劑DS-115在儲層鉆屑上的吸附量較小。

(3)DS-115與堿、聚合物具有良好的配伍性，在二元復(fù)配和三元復(fù)配體系中均能保持良好的降低油水界面張力的能力。

(4)巖心驅(qū)油實驗結(jié)果表明，當注入0.3 PV的0.3%DS-115溶液后，能夠使巖心水驅(qū)后的采收率提高10%以上，起到了良好的驅(qū)油效果。說明新型兩性離子表面活性劑DS-115能夠作為三次采油用的驅(qū)油劑使用。