任刚，李宜强，4，余昭艳，王超群，陈刚

（1.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京102249；2.中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室，北京102249；3.中国石油天然气集团公司三次采油重点实验室，北京102249；4.中国石油大学（北京）提高采收率研究院，北京102249；5.中国石油大庆油田有限公司第一采油厂，黑龙江 大庆163000）

由于聚驱后仍有近50%的原油残留在地层中，因此发展聚驱后继续提高原油采收率的新技术迫在眉睫［1-2］。聚驱后地层非均质性加强，调整难度较大，必须增大驱替剂的流度控制能力，扩大波及体积。三元复合驱可提高采收率20%，但由于三元复合驱采用的部分聚丙烯酰胺在碱的作用下，黏度下降幅度较大，为了提高流度控制能力，必须加大聚合物用量，而如此则容易伤害地层，造成生产成本较高。二元复合驱避免了驱替流体与地层岩石矿物间发生的碱耗反应，减小了井筒结垢等问题；但普通聚合物与表面活性剂体系在地层中容易发生色谱分离，导致界面张力升高。聚表剂综合了聚合物和表面活性剂二者优势，可在不用碱的条件下，增黏，降低流度比，扩大波及系数，降低油水界面张力，提高对原油的增溶和乳化能力［3-7］，但是目前对于聚表剂/S（S 为表面活性剂）二元体系的作用机理及提高采收率效果的研究尚不系统。本文针对这一问题研究了聚表剂/S 二元体系的界面张力、 乳化性能及动态驱油效果，探讨了聚表剂/S 二元复合驱技术的可行性，为其作为聚驱后接替技术的应用和推广提供了理论参考。

1 实验

1.1 实验材料

实验中采用的聚合物相对分子质量不小于2 500×104，固体质量分数90%，水解度24.4%。聚表剂固体质量分数88.3%，相对分子质量450×104，水解度21.9%，海博公司生产。表面活性剂为非离子型表面活性剂，有效质量分数50%，华龙祥公司生产。

1.2 实验仪器

Brookfield DV 型黏度计，TX-500C 型界面张力仪，岩心驱油装置。

1.3 实验内容与方法

黏度测定：在45 ℃下、7.34-1剪切速率下进行溶液表观黏度的测定。

界面张力的测定：在45 ℃下，以5 000 r/min 的转速进行复合体系-原油界面张力的测定。

老化稳定性测定：取50 mL 溶液，抽真空后密封于安瓿瓶中，置于45 ℃的恒温箱进行老化稳定性实验。

乳化能力测定： 将不同组成的复合体系分别与原油按1∶1 混合，充分震荡后密封，观察不同时间的乳状液析水率。

驱油实验：将3 层非均质岩心（见表1）抽真空、饱和水，测定孔隙体积与水相渗透率，饱和油并计算原始含油饱和度，水驱油至含水率98%，计算水驱采收率；注入0.57 PV 的相对分子质量为1 500×104、 质量浓度1 000 mg/L 的聚合物前置段塞，接着进行后水驱，至含水率达到98%，计算采收率；再注入0.01 PV 的相对分子质量为2 500×104、质量浓度2 500 mg/L 的聚合物前置保护段塞，接着分别注入0.45 PV 的聚合物/S 二元体系和聚表剂/S 二元体系，进行后续水驱，驱至含水98%，计算最终采收率。

表1 岩心参数

2 复合体系性能评价

2.1 界面张力

用现场污水配制不同质量浓度聚表剂和0.3%表面活性剂复合体系，45 ℃下测定其界面张力，放置7 d后再测其界面张力。具体数据见表2。

表2 聚表剂/S 二元体系界面张力

从表2可以看出，聚表剂/S 二元体系能够达到超低界面值，且随着聚表剂质量浓度的增加而降低。这是因为聚表剂是一种高分子表面活性剂，具有聚合物类性质和表面活性剂类性质，并且聚表剂分子间的缔合结构可以将一部分表面活性剂分子增溶在其中，从而增加了溶液中可以吸附在油水界面上表面活性剂的分子数目。所以，随着聚表剂质量浓度的增加，体系界面张力值会随之降低。

从表2中还可以看出，7 d 之后的界面张力比当天的界面张力值高，但仍可达到10-2mN/m 附近。其原因是：聚表剂刚刚配制完成后一直处于形成节点、链束的过程中，这会影响到表面活性剂在油水界面上的吸附；随着时间的推迟，分子之间、分子内部彼此联结，形成均匀布满整个溶液体系的三维立体网状结构，当溶液内部的结合作用达到平衡后，油水界面上吸附的分子达到平衡，界面张力有所增加。

2.2 黏度

复合体系提高驱油效率的机理，一方面是依靠聚合物溶液黏度控制油水流度比，另一方面是依靠表面活性剂产生的超低界面张力将残余油捕集并驱出地层。二元复合体系注入地层后，在油藏条件下会发生化学降解，因此驱替剂自身的物理化学性质的稳定性是保证其驱油效果的前提。室内在45 ℃条件下，配制了不同质量浓度二元复合体系，并评价了其黏度（见表3）。

表3 聚表剂/S 二元体系稳定性

由表3可以看出： 低质量浓度的聚表剂未达到其临界胶束质量浓度，没有形成大分子线团或网状聚集体，而且随着降解、老化作用使聚表剂分子链断裂，从而造成了体系黏度降低的现象。

2.3 微观形态

为了进一步研究聚表剂/S 二元体系，室内应用扫描电镜对聚合物/S 二元体系与聚表剂/S 二元体系的微观形态进行研究（见图1，100×）。

图1 聚合物/S 与聚表剂/S 二元体系微观形态

普通聚合物分子在清水溶液中的形态见图1a。聚合物大分子链间相互扭曲成结，形成了局部、单层的网状结构，网孔较大，并较为稀疏，聚合物分子链水化，结合水化分子，网格骨架较粗；聚表剂分子由于功能基的存在，分子内、分子间相互联结，形成致密的网状结构，放大1 000 倍时，看到的网孔不明显。在相同的放大倍率下，聚表剂与表面活性剂形成的二元复合体系分子尺寸明显大于相对分子质量2 500×104聚合物与表面活性剂形成的二元体系，这间接说明了在不考虑剪切降解的影响下，聚表剂/S 二元体系可以在相同的注入参数下，封堵较大的孔隙喉道，因而有利于进一步扩大波及体积，增加洗油效率；且由于聚表剂的剪切恢复特性，又使得聚表剂/S 二元体系具有较好的抗剪切性能，在经过炮眼剪切和地层渗流岩石孔隙剪切后仍具有较好的工作黏度，相比普通聚合物而言，其驱油效果依旧可以保持［8］。

2.4 乳化性

室内配制聚表剂/S 二元体系，聚表剂质量浓度分别为1 000，1 500，1 800 mg/L，复合体系与脱水原油以1∶1 比例混配，进行乳化性能评价及乳化稳定性实验（见图2）。

由图2可以看出： 高质量浓度聚表剂/S 二元体系的乳状液稳定性较好，而质量浓度1 000 mg/L 二元液-油体系在放置7 d 后出现分相，上相为黑色油相，下相为水相，呈棕黄色。这说明了较高质量浓度的聚表剂可以将表面活性剂稳定分布在油水界面上，在降低油水界面张力的同时，平衡了表面活性剂在油水体系中的分配系数，聚表剂/S 二元体系与原油形成的乳状液稳定性更好。这是由于，聚表剂分子链在溶液中形成了弹性的三维网格结构，体系的黏度增加，可将乳化的液滴捕获在网格内，降低了乳滴的碰撞几率，同时聚表剂具有一定的界面活性，可在乳滴表面形成吸附，增强了乳滴的膜的强度，这些都有利于乳状液的稳定性。

图2 复合体系放置7 d 时乳化情况

3 聚表剂/S 二元体系驱油效果

提高采收率的2 条根本途径是扩大波及体积和提高驱油效率。为了进一步研究聚表剂/S 二元体系的驱油效果［9-10］，设计了2 组方案进行岩心实验：在方案1中，首先将岩心水驱到含水98%以上，前置段塞阶段注入质量浓度1 000 mg/L、相对分子质量1 500×104的聚合物，注入量0.57 PV；再次将岩心水驱至含水98%以上，在前置保护段塞阶段注入质量浓度2 500 mg/L、相对分子质量2 500×104的聚合物，注入量0.01 PV；在主段塞阶段，注入组成为质量浓度1 800 mg/L、相对分子质量2 500×104的聚合物+0.3%S，注入量0.45 PV。方案2 仅在主段塞阶段与方案1 不同，注入组成为质量浓度1 800 mg/L、 相对分子质量450×104的聚表剂+0.3%S，注入量0.45 PV。

对上述2 个方案的驱油效果进行了比较（见表4）。可以看出，聚表剂/S 二元体系与聚合物的总采收率均大于60%，比聚合物/S 二元体系提高采收率11.84 百分点。这说明了聚表剂/S 二元体系具有较好的驱油效果。

表4 驱油实验结果 %

聚表剂/S 二元体系可以在相同的注入参数下，封堵较大的孔隙喉道，因而有利于进一步扩大波及体积，增加洗油效率，而且由于聚表剂的剪切恢复特性，又使得聚表剂/S 二元体系具有较高的黏度保持率，地层渗流岩石孔隙剪切后仍具有较好的工作黏度。

由含水率变化曲线也可以看出（见图3），聚表剂/S二元体系含水率最低点比质量浓度为1 800 mg/L 的聚合物/S 二元体系低，后续水驱见效时间长于聚合物/S 二元体系，驱油效果比聚合物/S 二元体系好。聚表剂/S 二元体系的注入压力大，尤其在后续水驱阶段，突破压力是聚合物/S 二元体系的10 倍，这也证明了聚表剂/S 二元体系具有更高黏度。

图3 实验结果曲线

4 结论

1）含有高质量浓度的聚表剂/S 二元体系比含有低质量浓度的聚表剂/S 二元体系的界面张力更小，黏度更大；同一质量浓度的聚表剂/S 二元体系，放置7 d后的界面张力会有所增加，且黏度更大。

2）聚表剂分子具有独特的“网状”结构，分子线团尺寸远大于普通聚合物，具有更好的液流转向能力。

3）含有高质量浓度的聚表剂/S 二元体系乳化性能稳定，放置7 d 之后没有发生油水分离。

4）实验表明，聚驱后聚表剂/S 二元体系主段塞提高采收率比聚合物/S 二元体系主段塞高11.84 百分点，说明聚驱后聚表剂体系有很大的潜力，因此，聚驱后的剩余油可以采用聚表剂/S 二元体系进行开发。

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