三次采油用新型两性离子表面活性剂性能评价及应用

2020-08-27郑立伟赵立阳魏会军

钻采工艺 2020年3期

张娟，郑立伟，赵立阳，魏会军，吴娜，高军

(1长庆油田分公司第六采油厂采油工艺研究所 2陕西省宝鸡市石油机械有限责任公司研究院 3陕西弘大众为石油科技有限公司 4玉门油田分公司老君庙采油厂 5玉门油田分公司青西采油厂)

三次采油主要的方式有化学驱、热力驱、微生物驱等[1-3]，其中化学驱的应用较为广泛。而化学驱又可以分为表面活性剂驱、碱驱、聚合物驱以及二元复合驱和三元复合驱[4-8]。目前，三元复合驱技术的发展较为成熟，其综合了表面活性剂、碱以及聚合物的众多优点，能够大大提高原油在水驱后的采收率。三元复合驱中表面活性剂直接影响着驱油体系的界面张力和驱油效率[9-12]。目前国内外主要采用石油磺酸类、石油羧酸盐、烷基苯磺酸盐等作为ASP三元复合驱的表面活性剂，以上表面活性剂在高温高盐油藏中应用时存在着配伍性差、驱油效率低等问题。为此，笔者结合高温高矿化度油藏的特点，研究开发出新型两性离子表面活性剂DS-115，并在实验室内评价了其界面活性、耐温抗盐性、吸附性能、与碱和聚合物的复配性能以及驱油效率，为三次采油技术的发展提供一定的技术支持。

一、实验部分

1.主要试剂与仪器

新型两性离子表面活性剂DS-115，实验室自制；聚丙烯酰胺HPAM，湖南乐镁化工有限公司；NaOH、NaCl、CaCl2，均为分析纯，国药集团；实验用水为陆上某油田地层水；实验用油为陆上某油田储层原油；实验用岩心为储层天然岩心；陆上某油田储层钻屑。

TX-500A型旋转滴界面张力仪，美国科诺公司；HOC-ZJ型恒温干燥箱，湖北仪宇科技有限公司；多功能岩心驱替实验装置；江苏海安石油仪器有限公司；721型紫外分光光度计，天津天光化学仪器有限公司；DTI-12型电动离心机，常州市金坛区环宇科学仪器厂。

2.实验方法

2.1 界面张力测定

常温下使用TX-500A型旋转滴界面张力仪测定DS-115溶液表面张力和油水界面张力值。

2.2 耐温抗盐性能评价

测定0.3%的表面活性剂DS-115溶液油水界面张力值的变化情况，评价其耐温、抗盐性能。

2.3 吸附性能评价

使用地层水配制浓度为3 000 mg/L的表面活性剂DS-115溶液，采用紫外分光光度法测定表面活性剂DS-115在储层钻屑上的吸附量[13]。

2.4 与聚合物复配性能评价

使用TX-500A型旋转滴界面张力仪测定不同时间的油水界面张力值，评价表面活性剂与聚合物的复配性能。

2.5 ASP复配体系稳定性能评价

使用TX-500A型旋转滴界面张力仪测定油水界面张力值，评价表面活性剂与碱和聚合物复配体系的稳定性能。

2.6 驱油效率评价

将天然岩心洗油、烘干、称重、测定气测渗透率和孔隙度后，抽真空饱和地层水；再将岩心饱和储层原油，在80℃下静置24 h；使用地层水驱替至无油产出，计算水驱采收率；注入不同PV浓度为0.3%的DS-115溶液，80℃下关井24 h；继续使用地层水驱替至含水率达98%以上为止，计算最终采收率；评价表面活性剂DS-115的驱油效率。

二、结果与讨论

1.界面活性

表1为不同浓度DS-115溶液的表面张力和油水界面张力值。由表1看出，随着表面活性剂DS-115浓度的增大，溶液表面张力和油水界面张力值均逐渐下降，当DS-115加量为0.3%时，表面张力值降低至25 mN/m以下，油水界面张力值可达到10-3mN/m数量级，说明表面活性剂DS-115具有良好的界面活性，可作为化学驱油剂使用。

表1 不同浓度DS-115溶液的界面活性

2.温度对油水界面张力值的变化影响

图1为温度对DS-115溶液油水界面张力值的影响结果。由图1看出，随着温度的升高，表面活性剂溶液的油水界面张力值先降低后升高，当温度达到80℃时，油水界面张力值达到最低点，当温度达到100℃时，界面张力值仍维持在10-3mN/m数量级，说明表面活性剂DS-115具有良好的抗温能力。

图1 温度对油水界面张力的影响

图2为矿化度对DS-115溶液油水界面张力值的影响结果，由图2看出，随着矿化度的升高，表面活性剂溶液的油水界面张力值先降低后升高，当矿化度达到30 000 mg/L时，油水界面张力值达到最低点，当矿化度继续升高至50 000 mg/L时，油水界面张力值仍维持在10-3mN/m数量级，说明表面活性剂DS-115具有良好的抗盐能力。

图2 矿化度对油水界面张力的影响

3.吸附性能

作为三次采油表面活性剂，注入地层时，不可避免地会被地层矿物吸附一定的量，造成表面活性剂的损耗，在一定程度上会影响现场驱油的效果。按照吸附性能评价实验方法，对新型两性离子表面活性剂DS-115的吸附性能进行了评价，见图3。

图3 表面活性剂吸附量实验结果

由图3结果可知，随着吸附时间的增加，表面活性剂DS-115在储层钻屑上的吸附量呈现出逐渐增大的趋势，但吸附量整体偏小，在12 h内吸附量均小于1 mg/g。另外，吸附前后界面张力测试表面，随着反应时间的增加，表面活性剂DS-115在储层钻屑上吸附后的界面张力稍微大于吸附前，说明储层钻屑对表面活性剂产生了一定量的吸附，但对其界面活性影响不大，表面活性剂溶液吸附后的界面张力仍能达到10-3mN/m数量级。

4.与聚合物的复配性能

在油田现场应用过程中，为了增大驱油剂的波及效率，表面活性剂驱油体系中经常需要加入聚合物。表2为DS-115与聚丙烯酰胺复配时的油水界面张力值变化情况。由表2看出，加入聚丙烯酰胺后，驱油体系的初始油水界面张力较高，这是由于聚合物使体系的黏度增大，导致表面活性剂分子在油水界面的分布速度减弱；随着时间的延长，加入聚丙烯酰胺的驱油体系界面张力值逐渐下降，可以达到10-3mN/m数量级，与未加聚合物的体系相当。说明表面活性剂DS-115与聚合物具有良好的配伍性，在化学驱油过程中可以与聚合物复配使用。

表2 与聚合物复配对界面张力的影响

5.ASP复配体系性能

随着国内各大油田相继进入高含水、高采出程度阶段，为了保障油田的正常开发，需要在二元复合驱的基础上，进行三元复合驱(ASP)技术研究，即使用表面活性剂、碱和聚合物复配来提高驱油效率。图4为ASP三元复配体系在80℃下老化不同时间后的油水界面张力值变化情况。

由图4可以看出，随着老化时间的延长，ASP三元复配体系的油水界面张力值变化幅度较小，放置30 d后界面张力仍能维持在10-3mN/m数量级。另外，复配体系在80℃下长时间放置后无沉淀、分层、浑浊等现象，说明DS-115能够与碱、聚合物达到良好的配伍效果，并且热稳定性较好，可以作为三元复合驱用的表面活性剂。

图4 三元复配体系油水界面张力变化情况

6.驱油效率

表3为表面活性剂DS-115的岩心驱油实验结果。由表3可以看出，三块岩心使用地层水驱替的采收率在40%左右，注入不同PV的表面活性剂DS-115后，采收率呈现出不同程度的升高，当注入量为0.3 PV时，表面活性剂驱提高采收率可以达到10%以上，说明新型表面活性剂DS-115能够显著提高水驱后的采收率，具有较好的驱油效果。