表面活性劑驅(qū)乳化作用對提高采收率的影響

劉 鵬，王業(yè)飛*，張國萍，王桂杰，郭茂雷，陳慶國，程利民

（1.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島266580；2.中國石化中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南濮陽457001；3.中國石油遼河油田分公司茨榆坨采油廠，遼寧沈陽110206）

表面活性劑驅(qū)乳化作用對提高采收率的影響

劉 鵬1，王業(yè)飛1*，張國萍2，王桂杰3，郭茂雷1，陳慶國1，程利民1

（1.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島266580；2.中國石化中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南濮陽457001；3.中國石油遼河油田分公司茨榆坨采油廠，遼寧沈陽110206）

表面活性劑驅(qū)是高溫高鹽油藏提高原油采收率的重要技術(shù)措施，但其乳化作用對提高采收率的影響并未受到足夠重視。為了分析濮城油田高溫高鹽油藏表面活性劑驅(qū)乳化作用對提高采收率的影響，通過對表面活性劑降低油水界面張力的性能評價，優(yōu)選出2種表面活性劑YD-G1和SHY-1，用高礦化度的濮城油田現(xiàn)場注入水配制質(zhì)量分數(shù)為0.3%的溶液，將其放入120℃恒溫箱30 d后，油水界面張力仍能達到10-3mN/m的超低數(shù)量級，表明2種表面活性劑均具有良好的耐溫抗鹽性能。將2種表面活性劑與濮城油田脫水脫氣原油配制成乳狀液，在同等質(zhì)量分數(shù)下YD-G1乳狀液的析水率低于SHY-1，且液滴的平均粒徑也更小，表明YD-G1溶液比SHY-1溶液的乳化能力強。驅(qū)油實驗結(jié)果表明，YD-G1溶液比SHY-1溶液的驅(qū)油效果更佳，表明乳化作用是提高采收率的關(guān)鍵因素之一。通過室內(nèi)實驗優(yōu)化設計，確定YD-G1溶液的最佳注入量為0.5倍孔隙體積，最佳注入質(zhì)量分數(shù)為0.3%。

高溫高鹽表面活性劑驅(qū)乳化作用提高采收率界面張力驅(qū)油效果

一般認為，表面活性劑降低油水界面張力的作用是表面活性劑驅(qū)提高采收率的主要因素［1］，將油水界面張力能否降至超低作為化學驅(qū)中篩選表面活性劑的關(guān)鍵標準。近年來有學者通過研究三元復合驅(qū)發(fā)現(xiàn)，乳化作用是提高采收率的關(guān)鍵因素［2-5］，但對于表面活性劑驅(qū)乳化作用對采收率的影響卻少有研究，為此，筆者以濮城油田西區(qū)沙二段上亞段2+3層為例，研究了表面活性劑驅(qū)乳化作用對高溫高鹽油藏提高采收率的影響。研究區(qū)地層平均溫度為85℃，地下原油粘度為1.25 mPa·s，原始地層水總礦化度為25.58×104mg/L，其中Ca2+和Mg2+質(zhì)量濃度分別為4 700和1 000 mg/L。經(jīng)過30多年的開發(fā)，研究區(qū)采出程度已接近水驅(qū)標定采收率，2004年進入高含水開發(fā)后期，綜合含水率已超過96%，但剩余儲量仍高達600×104t以上。

1 實驗材料、儀器及方法

1.1 實驗材料和儀器

表面活性劑包括：YD-G1，由陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑復配而成，有效含量為50%；SHY-1，非離子—陰離子型表面活性劑，有效含量為40%；HY105A，兩性離子表面活性劑，工業(yè)品；TX-50，非離子表面活性劑，工業(yè)品。

實驗用水為濮城油田現(xiàn)場注入水，其礦化度為125 475 mg/L，Ca2+和Mg2+質(zhì)量濃度分別為3 273和408 mg/L，密度為1.106 g/cm3。

實驗所用巖心的直徑和長度分別為25和800 mm，其水測滲透率約為0.35 μm2。

實驗儀器包括：LB-30恒流泵、Texas-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀、FJ200-SH型數(shù)顯高速分散均質(zhì)機、Bettersize2000激光粒度分布儀和DY-Ⅲ型多功能物理模擬裝置。

1.2 實驗方法

油水界面張力評價 用濮城油田現(xiàn)場注入水配制不同質(zhì)量分數(shù)的表面活性劑溶液，應用Texas-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀，在85℃條件下，測定YDG1，SHY-1，HY105A和TX-50共4種表面活性劑溶液與濮城油田脫水脫氣原油間的界面張力。

耐溫抗鹽性能評價 用高礦化度的濮城油田現(xiàn)場注入水配制質(zhì)量分數(shù)為0.3%的YD-G1和SHY-1表面活性劑溶液，測定在85℃條件下的油水界面張力，密封靜置于120℃的恒溫箱中，放置30 d后取出，再次測試油水界面張力。

析水率計算 取10 mL具塞刻度試管，按體積比為1∶1的比例加入不同質(zhì)量分數(shù)的表面活性劑溶液和濮城油田脫水脫氣原油各5 mL，密封試管，并將其靜置于85℃恒溫箱中20 min，然后取出，將每支試管均勻震蕩200次，隨后立即垂直放在試管架上并再次置于85℃恒溫箱中，同時開始計時，每隔一段時間記錄試管中分離出來的水的體積，計算析水率，其公式為

機械自動化指的是將自動化技術(shù)應用到實際機械制造中去，生產(chǎn)過程中呈現(xiàn)出自動化和智能化的特點，在很大程度上提升了生產(chǎn)的安全和效率。相比于傳統(tǒng)的機械制造行業(yè)，自動化技術(shù)進行了升級，不僅加強了產(chǎn)品的質(zhì)量，也縮小了生產(chǎn)的成本，實現(xiàn)了對資源的優(yōu)化配置。機械自動化技術(shù)取代了人力勞動，解放了人們的雙手，發(fā)揮著人腦和人力的雙重作用。自動化設備在一些生產(chǎn)環(huán)節(jié)上取代了人力，生產(chǎn)過程中受到的干擾因素較小，因而生產(chǎn)也變得更加快捷，更能保障產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。機械自動化技術(shù)有著很強的綜合性，分為程序單元、傳感單元、控制單元等5個單元。

式中：Ed為析水率，%；Vw為析水量，mL；V為制備乳狀液時的水相體積，mL。

粒徑分析 取50 mL小燒杯，按體積比為1∶1的比例加入質(zhì)量分數(shù)為0.3%的表面活性劑和濮城油田脫水脫氣原油，應用FJ200-SH型數(shù)顯高速分散均質(zhì)機，在7 000 r/min的轉(zhuǎn)速下乳化10 min，配制成2種乳狀液，然后在常溫下應用Bettersize2000激光粒度分布儀，測定乳狀液液滴的粒徑分布。

驅(qū)油效果評價 實驗步驟包括：①人工填制填砂管模型，抽真空，飽和地層水，計算孔隙體積和滲透率；②飽和濮城油田模擬原油，計算含油飽和度；③水驅(qū)到含水率為98%時，注入0.5倍孔隙體積質(zhì)量分數(shù)為0.3%的表面活性劑，后續(xù)水驅(qū)到含水率為98%為止。驅(qū)油過程均在85℃的恒溫箱中進行。

段塞優(yōu)化 段塞優(yōu)化包括注入量優(yōu)化和注入質(zhì)量分數(shù)優(yōu)化，其中的驅(qū)油過程均在85℃的恒溫箱中進行。注入量優(yōu)化的步驟包括：①用200～300目的石英砂制作5根滲透率大致相同的填砂管，抽真空，飽和地層水，計算孔隙體積和滲透率；②飽和濮城油田模擬原油，計算含油飽和度；③驅(qū)油至含水率為98%時，分別在每根填砂管注入0.1，0.3，0.5，0.7和1倍孔隙體積且質(zhì)量分數(shù)為0.3%的YD-G1溶液，后續(xù)水驅(qū)至含水率為98%為止。注入質(zhì)量分數(shù)優(yōu)化的步驟包括：①用200～300目的石英砂制作3根滲透率大致相同的填砂管，抽真空，飽和地層水，計算孔隙體積和滲透率；②飽和濮城油田模擬原油，計算含油飽和度；③驅(qū)油至含水率為98%時，分別在每根填砂管注入0.5倍孔隙體積的質(zhì)量分數(shù)為0.3%，0.6%和1%的YD-G1溶液，后續(xù)水驅(qū)至含水率為98%為止。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 油水界面張力評價

吸附于油水界面的表面活性劑可以降低油水界面張力，減少粘附功，增大驅(qū)油毛細管數(shù)，使原油易從巖石表面被洗下來，驅(qū)替水驅(qū)后油藏中的殘余油，從而增加原油的可采儲量，提高驅(qū)油效率［6-7］。從圖1可以看出，TX-50和HY105A溶液的油水界面張力較大，均在10-1mN/m數(shù)量級以上；當YD-G1 和SHY-1溶液的質(zhì)量分數(shù)為0.1%～0.9%時，油水界面張力均可達到10-3mN/m超低數(shù)量級，顯示出較好的降低油水界面張力的能力，因此，YD-G1和SHY-1溶液更適用于在濮城油田進行表面活性劑驅(qū)油。

圖1 4種表面活性劑與原油之間油水界面張力的關(guān)系

2.2 耐溫抗鹽性能評價

從圖2可以看出，放入恒溫箱之前，質(zhì)量分數(shù)為0.3%的YD-G1和SHY-1溶液與原油之間的界面張力均能達到超低。放入120℃恒溫箱中靜置30 d以后，測定油水界面張力，30 min后均能達10-3mN/m數(shù)量級，表明這2種表面活性劑都具有良好的耐溫抗鹽性能。

圖2 2種表面活性劑耐溫抗鹽性能的評價

2.3 乳化能力評價

2.3.1 析水率

析水率可以反映表面活性劑的乳化能力，即析水率越小，表明待測體系的乳化能力越強；相反，則表明其乳化能力較差。從圖3可以看出，當質(zhì)量分數(shù)為0.1%～1%時，隨著時間的延長，SHY-1溶液與濮城油田脫水脫氣原油形成乳狀液的析水率不斷增加，乳狀液迅速破乳，240 min后析水率就都達到約70%以上；而YD-G1溶液與濮城油田脫水脫氣原油形成的乳狀液在240 min時析水率僅約為30%，且之后隨著時間的延長，析水率趨于平穩(wěn)。由此可見，YD-G1溶液具有較強的乳化能力，可與濮城油田脫水脫氣原油形成較穩(wěn)定的乳狀液；而SHY-1溶液乳化能力較弱，形成的乳狀液破乳較快。

圖3 不同表面活性劑形成乳狀液的析水率隨時間的變化

2.3.2 粒徑分布

從圖4可以看出，與SHY-1溶液相比，YD-G1溶液與濮城油田脫水脫氣原油形成乳狀液的液滴平均粒徑更小。表明YD-G1溶液比SHY-1溶液的乳化能力強，可與濮城油田脫水脫氣原油形成穩(wěn)定性很好的乳狀液。

圖4 2種表面活性劑溶液與原油形成乳狀液的液滴粒徑分布

2.4 驅(qū)油效果對比

從圖5可以看出，水驅(qū)至殘余油之后，轉(zhuǎn)注SHY-1溶液，注入壓力有下降趨勢，但變化不大，含水率基本不變；而轉(zhuǎn)注YD-G1溶液時，注入壓力明顯增大，含水率整體呈下降趨勢。其原因是SHY-1溶液的乳化能力弱，在巖心中乳化原油較少，而YD-G1溶液由于乳化能力很強，在巖心中與原油發(fā)生了乳化，形成的乳狀液一方面由于乳化攜帶作用提高了洗油效率，另一方面由于在儲層中可產(chǎn)生阻力效應［8-12］又能增大波及體積，進而改善驅(qū)油效果。從表1可看出，YD-G1溶液提高采收率為13.5%，而SHY-1溶液提高采收率為9.7%，表明YD-G1溶液更適用于高溫高鹽油藏驅(qū)油，且表面活性劑乳化能力越強，提高采收率幅度越大。

圖5 2種表面活性劑的驅(qū)油效果

表1 不同表面活性劑的驅(qū)油效果

2.5 表面活性劑的段塞優(yōu)化

2.5.1 注入量優(yōu)化

分別注入0.1，0.3，0.5，0.7和1倍孔隙體積且質(zhì)量分數(shù)為0.3%的YD-G1溶液，總采收率增值依次為6.3%，9.5%，13.5%，14.8%和16.2%，當注入量從0.1倍孔隙體積增到0.5倍孔隙體積時，采收率增值顯著增加；當注入量從0.5倍孔隙體積增到1倍孔隙體積時，采收率增值變化很小。由此，確定表面活性劑的最佳注入量為0.5倍孔隙體積。

2.5.2 注入質(zhì)量分數(shù)優(yōu)化

分別以0.3%，0.6%和1%的質(zhì)量分數(shù)注入0.5倍孔隙體積的YD-G1溶液，總采收率增值分別為13.5%，14.6%和15.9%。隨著質(zhì)量分數(shù)增加，采收率逐漸變大，提高采收率幅度也依次增大。表明表面活性劑的質(zhì)量分數(shù)越高，YD-G1溶液在油藏中乳化原油的時間越長，乳化的原油越多，采收率增值就越大。但不同質(zhì)量分數(shù)的表面活性劑的總采收率增值相差不大，從經(jīng)濟效益以及現(xiàn)場實踐經(jīng)驗考慮，確定最佳注入質(zhì)量分數(shù)為0.3%。

3 結(jié)論

針對濮城油田高溫高鹽油藏，表面活性劑YDG1溶液和SHY-1溶液在質(zhì)量分數(shù)為0.1%～0.9%時均可使油水界面張力達到10-3mN/m的超低數(shù)量級，且具有很好的耐溫抗鹽性。對表面活性劑形成乳狀液的析水率及粒徑測試結(jié)果表明，在相同質(zhì)量分數(shù)下，YD-G1溶液形成乳狀液的析水率低于SHY-1溶液，液滴平均粒徑也更小，表明YD-G1溶液比SHY-1溶液的乳化能力強。

室內(nèi)巖心驅(qū)油實驗結(jié)果表明，乳化能力強的YD-G1溶液驅(qū)油效果明顯好于乳化能力差的SHY-1溶液，表明在表面活性劑驅(qū)中乳化作用對于提高采收率有貢獻，乳化能力強的表面活性劑有著更好的驅(qū)油效果。室內(nèi)段塞優(yōu)化確定YD-G1溶液的最佳注入量為0.5倍孔隙體積，最佳質(zhì)量分數(shù)為0.3%。

［1］ 劉春天，李星.驅(qū)替體系的主要性質(zhì)對驅(qū)油效率的影響［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（1）：66-68.

［2］ 李世軍，楊振宇，宋考平，等.三元復合驅(qū)中乳化作用對提高采收率的影響［J］.石油學報，2003，24（5）：71-73.

［3］ 劉奕，張子涵，廖廣志.三元復合驅(qū)乳化作用對提高采收率影響研究［J］.日用化學品科學，2000，23（增刊1）：124-127.

［4］ 雷征東，袁士義，宋杰.三元復合體系乳狀液滲流對采收率影響［J］.遼寧工程技術(shù)大學學報：自然科學版，2009，28（增刊）：77-78.

［5］ 張繼風，葉仲斌，楊建軍，等.聚合物驅(qū)提高高溫高礦化度油藏采收率室內(nèi)實驗研究［J］.特種油氣藏，2004，11（6）：80-81.

［6］ 趙福麟.油田化學［M］.東營：中國石油大學出版社，2007：109-111.

［7］ 郭東紅，趙丕蘭，張景春，等.OCS表面活性劑用于大港油田棗1219斷塊表面活性劑驅(qū)的室內(nèi)研究［J］.石油與天然氣化工，2006，35（5）：398-400.

［8］ Mcauliffe C D.Oil-in-water emulsions and their flow properties in porous media［J］.Journal of Petroleum Technology，1973，25（6）：727-733.

［9］ Soo H，Radke C J.A filtration model for the flow of dilute stable emulsion in porous media［J］.Chemical Engineer Science，1986，41（2）：263-281.

［10］楊東東，岳湘安，張迎春，等.乳狀液在巖心中運移的影響因素研究［J］.西安石油大學學報：自然科學版，2009，24（3）：28-30.

［11］趙清民，呂靜，李先杰，等.非均質(zhì)條件下乳狀液調(diào)剖機理［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2011，18（1）：41-43，47.

［12］康萬利，劉延莉，孟令偉，等.永平油田稠油自發(fā)乳化降粘劑的篩選及驅(qū)油效果評價［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（1）：59-61.

編輯劉北羿

TE357.432

A

1009-9603（2014）01-0099-04

2013-11-11。

劉鵬，男，在讀碩士研究生，從事油田化學及提高采收率研究。聯(lián)系電話：13655422826，E-mail：liup200702000@126.com。

*通訊作者：王業(yè)飛，男，教授，博導。聯(lián)系電話：15953230699，E-mail：wangyf@UPC.edu.cn。

“泰山學者”建設工程項目（ts20070704）。