秦文龙，黄甫丽盼，乐 雷，肖曾利，李 冉，杨 江，3

(1.西安石油大学 石油工程学院，陕西 西安 710065； 2.中国石油大学(北京) 石油与天然气工程博士后科研流动站，北京 102249； 3.中石油勘探开发研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007)



黏弹性表面活性剂压裂返排液的界面性能及驱油效果评价

秦文龙1，2，黄甫丽盼1，乐 雷1，肖曾利1，李 冉1，杨 江1，3

(1.西安石油大学 石油工程学院，陕西 西安 710065； 2.中国石油大学(北京) 石油与天然气工程博士后科研流动站，北京 102249； 3.中石油勘探开发研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007)

为实现黏弹性表面活性剂压裂返排液的重新利用，开展了黏弹性表面活性剂压裂破胶液的界面性能和驱油效果评价研究。实验结果表明，在表面活性剂质量分数为0.1%、温度为60 ℃的条件下，该类返排液与原油的界面张力可达到0.001 9 mN/m。同时提高温度和添加少量醇溶剂可进一步改善体系的界面活性，对 NaCl 和 CaCl2体现出较强的抗盐能力。驱油实验结果表明，对于渗透率在(0.758～1.593)×10-3μm2的天然岩心，相比单纯水驱，该类返排液平均驱油效率提高8.37%。该类返排液具有较强的界面活性，能够有效降低注入压力，提高驱油效果，可作为驱油剂应用于低渗透油藏。

压裂返排液；黏弹性表面活性剂压裂液；驱油剂；界面性能；驱油效率

秦文龙，黄甫丽盼，乐雷，等.黏弹性表面活性剂压裂返排液的界面性能及驱油效果评价[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2016，31(3):81-85.

QIN Wenlong,HUANGFU Lipan，YUE Lei，et al.Valuation of interfacial activity and oil displacing effect of viscoelastic surfactant gel-breaking fracturing fluids for enhanced oil recovery[J].Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science Edition),2016,31(3):81-85.

引　言

黏弹性表面活性剂(Visco-elasitic Surfactant，简称VES)压裂液，又称清洁压裂液，是一种新型的低伤害压裂液[1-2]，然而，清洁压裂液压裂施工结束后会产生大量返排液，这些返排液成分复杂，通常含有大量的表面活性剂、石油类和其他各种添加剂，如果将其直接外排，将严重污染周边生态环境。近些年来，研究人员对压裂返排液，特别是胍胶压裂返排液的回用技术做了不少工作[3-4]，而有关清洁压裂返排液回收利用的研究报道很少。如果清洁压裂返排液处理后能重新利用，无论对环境保护还是提高油田开发经济效益都具有重要意义。

清洁压裂液通常由一定浓度(质量分数3%～8%)的阳离子型、阴离子型或两性型黏弹性表面活性剂和盐水配制而成，遇地层水稀释或遇烃类物质破胶后，仍会有较高浓度的表面活性剂残留在返排液中[5]。前人研究发现一些黏弹性表面活性剂流体体系具有优异的降低油水界面张力能力，能够提高驱油效率，可用于油田的三次采油技术中[6-7]。鉴于此，本文通过对一种清洁压裂破胶液在不同油藏条件下的界面性能及岩心驱油效果的评价研究，分析黏弹性表面活性剂压裂返排液用作驱油剂的可行性，探索该类压裂返排液回用的新途径。

1　实验部分

1.1实验原料与仪器

实验原料：两性表面活性剂(油酸酰胺丙基甜菜碱，BET，含30%活性物质)，上海高维化学有限公司；实验油样包括市售柴油和长庆油田长6原油，50 ℃时密度分别为 0.83 g/cm3和0.86 g/cm3，黏度分别为3.78 mPa·s和7.01 mPa·s；实验水样为模拟长6地层水(矿化度 49.35 g/L，CaCl2水型，pH值6.0，含K++Na+16 741 mg/L,Ca2+1 768 mg/L,Mg2+387 mg/L,Cl-29 328 mg/L,HCO3-658 mg/L,SO42-471 mg/L)； NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、Na2SO4、NaHCO3、甲醇、乙醇、异丙醇等均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

主要仪器 ：Brookfield LVDV-II型黏度计，美国博力飞公司；721型分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；TX500C全量程界面张力测量仪，美国彪维工业公司；A100DX型微量泵，美国ISCO公司；ZC-1型多功能采油室内模拟实验装置，海安石油科研仪器厂；PTF-A500型电子天平，美国HZ电子科技有限公司。

1.2实验方法

(1)压裂返排液的模拟配制

按照文献[8]方法，首先模拟油田压裂液成胶过程，配制BET质量分数5.5%的黏弹性表面活性剂压裂液，然后模拟油田压裂液破胶及收集处理过程，向配置好的压裂液中加入质量分数2%的柴油，混合均匀后装入密闭容器内，放入电热恒温烘箱中加热到60 ℃，经过5 h体系黏度和地层水黏度相当后，利用分液漏斗分离上层油液，取下层水液用作以下实验用液。由于水样中含有的甜菜碱两性表面活性剂种类单一，其浓度可利用分光光度法测定[9]，回收率测定结果为93.3%～102.0%。

(2)油水界面张力测定实验

利用旋转滴重法，测定分离水样与油相间的界面张力，测量范围为10-5～102mN/m，测试过程中每 5 min 记录一次，直到稳定状态。仪器转速为5 100 r/min，温度为 30～80 ℃ 。

(3)驱油效果评价实验

将岩心抽真空，饱和地层水，计算孔隙体积和渗透率；用长庆油田长6原油驱替水，饱和油，建立束缚水；注入地层水驱替原油，直到岩心出口无油产出时为止，计算水驱油效率；注入0.3倍孔隙体积、表面活性剂质量分数为0.10%的返排液；后续水驱至含水率为98%结束，计算该阶段驱油效率和总驱油效率。整个驱油过程均在60 ℃的条件下进行。

2　结果与讨论

2.1压裂返排液与原油间的界面性能

表面活性剂驱油体系和原油之间的界面张力是筛选驱油组分的重要指标[10]，其数值大小受表面活性剂含量、油藏温度、矿化度、二价阳离子等因素的影响。

2.1.1表面活性剂含量对油水界面张力的影响

60 ℃时含不同质量分数表面活性剂的返排液对油水体系稳态界面张力影响见图1。由图1可知在活性剂质量分数很低(0.05%)的情况下，就可以使体系的界面张力达到超低数量级(10-3mN/m)。同时，随着活性剂质量分数的增加，油/水界面张力继续降低，当活性剂的质量分数为0.10%时，油/水界面张力降到最低值；此后，继续增加活性剂的质量分数时界面张力变化不大，甚至有所上升。

图1　表面活性剂质量分数对返排液油水界面张力的影响Fig.1　Effect of surfactant mass fraction on oil-water interfacial tension of fracturing flowback fluid

2.1.2温度对油水界面张力的影响图2为不同温度下含0.10%表面活性剂的返排液与原油间的界面张力。由图2可见，30～80 ℃时，返排液与原油间的界面张力随着温度的升高而降低。温度达到油层温度 60 ℃时，油水界面张力降低至 0.001 9 mN/m，表明地层温度升高有利于返排液界面活性的充分发挥[11]。

图2　温度对返排液油水界面张力的影响Fig.2　Effect of temperature on oil-water interfacial tension of fracturing flowback fluid

2.1.3溶剂对油水界面张力的影响质量分数为1%的不同醇溶剂对活性剂质量分数为0.10%的返排液与原油间界面张力的影响结果见图3。由图3可见，甲醇、乙醇及异丙醇的加入降低了返排液与原油间界面张力，并且3种混合体系均达到超低界面张力，其中异丙醇的效果最好，油水界面张力降低至 1.7×10-4mN/m。表明添加适量醇溶剂可以有效改善返排液的油/水界面性能，利于进一步提高原油的采收率。这可能是因为短链醇分子具有一定油水互溶剂作用，而且可以插入排列在油水界面上，从而改变了两相分子的极性，进而增加混合体系中表面活性剂和油及表面活性剂和水之间的相互作用，降低了油水间的界面张力[12]。

图3　溶剂对返排液油水界面张力的影响Fig.3　Effect of solvent on oil-water interfacial tension of fracturing flowback fluid

2.1.4矿化度对油水界面张力的影响不同质量浓度的NaCl和CaCl2对活性剂质量分数为0.10%的返排液与原油的界面张力的影响见图4和图5。由图4可以看出，随着 NaCl 质量浓度的升高，返排液的油水界面张力呈下降趋势，当NaCl质量浓度达到50 g/L后下降趋势变缓，NaCl质量浓度200 g/L时，油水界面张力可达 3.9×10-4mN/m；从图5发现，在CaCl2质量浓度0～4 000 mg/L的范围内，返排液的油水界面张力可维持在10-3mN/m， 其油水界面张力在CaCl2质量浓度为500 mg/L时最低。结果表明，NaCl对返排液的降低油水界面张力具有一定的促进作用，而 CaCl2对其影响较小。该类返排液具有良好的耐盐性和较强的抗钙盐能力。

图4　NaCl质量浓度对返排液油水界面张力的影响Fig.4　Effect of NaCl mass concentration on oil-water interfacial tension of fracturing flowback fluid

图5　CaCl2质量浓度对返排液油水界面张力的影响Fig.5　Effect of CaCl2 mass concentration on oil-water interfacial tension of fracturing flowback fluid

2.2压裂返排液的驱油性能

使用长庆油田不同区块的天然岩心进行岩心驱替实验，结果见表1。由表1可见，对于渗透率介于(0.758～1.593)×10-3μm2的天然岩心，水驱驱油效率介于51.94%～60.37%，水驱平均驱油效率为55.75%；表面活性剂驱油效率介于 7.18%～9.54%，平均驱油效率为 8.37%，驱油效果显著。表明该类黏弹性表面活性剂压裂返排液作为驱油剂使用，能够提高低渗透油藏的采收率。

表1　不同渗透率岩心的驱油实验结果

典型的驱油实验曲线如图 6所示。从图6可以看出，注入地层水3 PV，使水驱达到残余油状态，之后注入0.3 PV返排液，然后继续水驱，期间注入压力先有一定程度上升，之后又缓慢下降，相比单纯水驱过程注入压力整体呈下降趋势。这可能是在返排液驱前期，由于岩心中油相较多，加之返排液与原油接触后，体系出现了一定程度的乳化，形成的乳状液易与连续油相碰撞聚并形成油墙，使渗流阻力增加；但在驱替后期，岩心中油相减少，乳状液不易聚并，这时岩心中残留的表面活性剂仍能起到一定的降低界面张力和乳化降黏作用，因此降低了岩心的注入压力，进而改善了低渗透岩心的驱油效果[13]。

图6　4号岩心驱油实验曲线Fig.6　Oil displacement experiment curves of 4# core

3　结论与建议

(1)该类两性黏弹性表面活性剂压裂返排液体系具有较好的界面活性，当活性剂的质量分数为0.10%时体系油水界面张力可降至0.001 9 mN/m。该类返排液具有良好的耐盐性，而且抗钙盐能力也较强，同时提高温度和添加少量醇溶剂可进一步改善体系的界面活性。

(2)注入0.3 PV表面活性剂质量分数为0.10%的返排液，驱油效率明显好于单纯水驱的驱油效率，平均提高驱油效率8.37%。该类返排液可作为驱油剂用于低渗透油藏改善油藏的水驱效果，实现返排液的重新利用。

(3)甜菜碱类表面活性剂压裂返排液应用于低渗砂岩油藏驱油时，其乳化性能和表面活性剂在岩心的吸附性能也是重要的评价内容，由于本文篇幅所限，下一步需要对此方面深入研究。

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责任编辑：董瑾

Valuation of Interfacial Activity and Oil Displacing Effect of Viscoelastic Surfactant Gel-breaking Fracturing Fluids for Enhanced Oil Recovery

QIN Wenlong1,2,HUANGFU Lipan1，YUE Lei1，XIAO Zengli1，LI Ran1,YANG Jiang1,3

(1.College of Petroleum Engineering,Xi'an Petroleum University,Xi'an 710065,Shaanxi,China；2.Post-doctoral Research Station of Oil and Gas Engineering,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,China；3.Langfang Branch,Research Institute of Petroleum Exploration Development of PetroChina,Langfang 065007,Hebei,China)

In order to reuse the flowback fluid of visco-elastic surfactant fracturing fluid,the interfacial activity and the oil displacing effect of the viscoelastic surfactant gel-breaking fracturing fluid are evaluated.The results show that under the conditions of the mass fraction of 0.1% and the temperature of 60 ℃,the interfacial tension between this type of flowback fracturing fluid and crude oil can reach to 0.001 9 mN/m,and it can be reduced by raising temperature and adding a small amount of alcohol solvent.The viscoelastic surfactant gel-breaking fracturing fluid has strong resistance to salt NaCl and CaCl2.Oil displacement experiment results show that for the natural cores with the permeability of(0.758～1.593) ×10-3μm2,the oil displacement efficiency of the viscoelastic surfactant gel-breaking fracturing fluid can increase averagely 8.37% after water flooding.This type of gel-breaking fracturing liquid has strong interfacial activity,can effectively reduce the injection pressure and improve the oil displacement effect,and it can be used as an oil displacement agent for low permeability oil reservoir.

flowback fluid;viscoelastic surfactant fracturing fluid;oil-displacing agent;interfacial activity;oil displacement efficiency

2015-06-18

国家自然科学基金 (编号: 51304159,51174163);陕西省自然科学基金(编号:2014JM7251);陕西省教育厅重点科学研究计划项目(编号:15JS087)资助

秦文龙(1978-)，男，博士，副教授，主要从事油气田特种增产技术及油田化学方面的研究。E-mail:q971275@163.com

杨江(1964-)，男，教授，主要从事压裂液方面的研究。E-mail:jyang@xsyu.edu.cn

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.03.013

TE357.1+2

1673-064X(2016)03-0081-05

A