三次采油用两性离子表面活性剂性能评价研究

王  洋

（大庆油田勘探开发研究院采收率研究二室，黑龙江 大庆  163411）

摘  要：本文对三次采油用两性离子表面活性剂性能开展评价研究。研究期间，以DS-115表面活性剂为研究对象，在准备试剂、仪器基础测定DS-115溶液进行油水界面张力值，随后陆续进行耐温/抗盐性能、ASP复配体系稳定性、驱油效率评价。仅以本文，供我国石油开采单位借鉴与参考，以在后续三次采油生中基于对两性离子表面活性剂性能的掌握，充分发挥活性剂功能与优势，提升三次采油采收率。

关键词：三次采油；DS-115；ASP复配体系；驱油效率

表面活性剂用于提高三次采油过程中的采收率。首先，表面活性剂能够减低油水界面张力，使油在水相中成微小液滴，易于通过井筒被采集出来。随着表面活性剂浓度的增加，油水界面张力降低，油滴尺寸进一步减小，从而提高采收率。其次，油藏中的油通常与固体表面相互作用，这种作用称为润湿性。表面活性剂能够改善油藏润湿性，使油在孔隙中更容易流动，提高采收率。再次，油与水之间的黏度是三次采油中的另一个重要因素。表面活性剂能够降低油相和水相之间的黏度，减少流体阻力，提高采收率，同时改善油相分布及提高水驱效果。因此，对表面活性剂性能进行评价，对于推动三次采油采收率的提升有着不言而喻的重要性。

1 三次采油方式介绍

目前，三次采油生产过程中，主要驱油方式集中于化学、热力以及微生物驱三种方式。其中化学驱的方式，其原理是驱利用化学剂改变原有油藏物理性质和油/水/岩石交互作用，从而提高油藏中原油的驱出效率。化学驱的主要化学剂包括水相化学剂、表面活性剂、聚合物等等。其中，水相化学剂主要用于改变水的性质，从而改善油/水的亲和性，表面活性剂则用于改善油/水/岩石的三相界面性质，从而打破油滴的表面张力，聚合物则用于增加油藏的孔隙度，提高驱油效率。具体分析，化学驱可分为二元复合驱与三元复驱动，二元复合驱是指在化学驱过程中，将两种不同的驱油剂进行混合使用，以期提高采油效率。常见的二元复合驱方法有乳化剂加聚合物驱（EOR/PAM）和聚合物加表面活性剂驱（PAM/Surfactant）两种。EOR/PAM法是指在驱油剂中加入乳化剂和聚合物，以改善油的溶解性、降低粘度和提高渗透率；PAM/Surfactant法是指使用聚合物和表面活性剂复合驱动油，以降低油滴表面张力、提高渗透率和增大孔隙度。三元复合驱：三元复合驱是指在化学驱过程中，将三种驱油剂进行混合使用。常见的三元复合驱方法有表面活性剂加聚合物加辅助剂驱动（Surfactant/PAM/Solvent）和表面活性剂加聚合物加微生物驱动（Surfactant/PAM/Bio驱动力）等。Surfactant/PAM/Solvent法是指在含有表面活性剂和聚合物的驱油液中加入溶剂，以改善驱油效果。Surfactant/PAM/Bio驱动力则是指在含有表面活性剂和聚合物的驱油液中加入微生物细菌，通过微生物的代谢作用来改良油藏的渗透性和增加孔隙度，提高驱油效率[1]。

热力驱原理是利用高温、高压等热力条件下改变油藏中油、水、岩石间的物理性质，从而提高原油的驱出率。热力驱包括蒸汽吞吐驱、燃烧驱动、电加热驱动等方式。其中，蒸汽吞吐驱是应用最为广泛的热力驱动方式之一，通过注入蒸汽来减少油的粘度，增加原油渗透性，提高驱油效率。

微生物驱以微生物为主导手段，通过微生物的活动改造油藏物理化学性质，从而提高原油的驱出率。微生物驱的主要微生物活动有产气菌、增生菌、酸化菌等。产气菌通过产生 CO2 等气体来改良驱油环境，提高驱油效率；增生菌通过前突、分泌胶体等方式改良岩石孔隙，增大原油渗透性。而酸化菌则通过释放有机酸来酸化油藏环境，从而减少油的粘度，提高驱油效率[2]。

2 两性离子表面活性剂性能评价

2.1 试剂与仪器

本次实验研究主要试剂包括DS-115新型两性离子表面活性剂（实验室制备），HPAM聚丙烯酰胺（市场采购），分析纯NaOH，CaC12，NaC1。实验用水采用陆上油田地层水，实验用油采用陆上油田储层原油，实验用岩采用储层天然岩心，同时收集路上油田储层中的钻屑。

仪器方面，本次实验仪器包括旋转滴界面张力仪、恒温干燥箱、岩心驱替装置、紫外分光光度计、电动离心机[3]。具体型号与生产厂商见表1：

表1 实验仪器基础信息

2.2 实验方法

2.2.1 界面张力值的测定

于常温环境之下，针对预先准备的DS-115溶液采用旋转滴界面张力仪开展表面张力值测定，同时对油水界面张力值进行测定。首先进行仪器设置。打开旋转滴界面张力仪，进行仪器校准和设置。需要确认仪器的精度和准确度。其次，对DS-115溶液测量表面张力，倒入样品，并利用仪器进行测量。样品会自动形成一个界面，在此过程中测量表面张力，记录数据。再次，测量油水界面张力，将待测液体和水或油混合，并进行搅拌，直到二者充分混合。再将混合液体倒入旋转滴界面张力仪中，测量油水界面张力值。最后进行数据处理，收集并、整理测量数据，计算表面张力和油水界面张力值，并加以记录。

2.2.2 耐温抗盐性能的评价

对DS-115(0.3%表面活性剂)溶液的油水界面张力值开展变化情况的分析与记录，从而实现对DS-115溶液的耐温、抗盐性能评价。抗温性能评价原理为高温会使油水界面张力值降低，表明液体分子间的相互作用减弱，使表面活性剂降解。因此，当溶液在高温条件下稳定时，说明该溶液具有较好的抗热性能。因此，通过比较在不同温度下的油水界面张力值变化，可以评价溶液的抗温性能。抗盐性能评价原理为高盐浓度会使油水界面张力值升高，表明表面活性剂的效果受到抑制。因此，当溶液能够保持较低的油水界面张力值时，说明该溶液具有较好的抗盐性能。因此，通过比较在不同盐浓度下的油水界面张力值变化，继而评价DS-115溶液的抗盐性能。

2.2.3 评价ASP复配体系稳定性

ASP复配体系通常包括表面活性剂、聚合物和碱三个组成部分，根据油水界面张力值的变化可以评价ASp复配体系的稳定性。首先，利用旋转滴界面张力仪等仪器测量样品油水界面的张力值，记录其数值。其次，观察界面的稳定性，测定时间段内的油水界面稳定性，记录不同时间点下的界面形态以及出现的分离现象等。最后，根据测量结果和界面稳定性变化规律，评价ASP复配体系的稳定性。若界面稳定性足够好，表明此ASO复配体系比较稳定。

2.2.4 评价驱油效率

首先，针对天然岩心开展洗油→烘干→称重处理作业，随后安排实验人员测定气测渗透率，同时测定孔隙度，抽真空饱和地层水。其次，在80℃实验环境下，针对岩心、储层原油开展时长24h的静置，并使用地层水开展驱替作业直至无油，计算水驱采收率。再次，在80℃实验环境下，对不同PV浓度的DS-115溶液进行关井，同时继续基于地层水进行驱替作业，直至含水率＞98%。最后，计算最终的采收率，从而落实面向DS-115的驱油效率评价工作[4]。

2.3 结果与讨论

2.3.1 分析界面活性

在不同表面张力、不同油水界面张力值条件下，随着DS-115溶液浓度逐渐上升，溶液的表面张力出现下降趋势，同时油水界面张力值亦出现下降趋势。如表2所示：

表2 DS-115不同浓度条件下的界面活性数值

分析表2数据不难发现，当DS-115浓度在0.30期间，表面张力值下降到25mN·m-1以下，油水界面张力值则会下降至0.1mN·m-1以下。这一现象可论证DS-115活性剂有着良好的界面活性，满足化学驱油剂的性能要求[5]。

2.3.2 不同温度与矿化度下油水界面张力值分析

在温度逐渐上升条件下，DS-115溶液的油水界面张力值出现先降后升现象。当温度为80℃，DS-115的油水界面张力值达到最低值。随后，待温度上升至100℃，DS-115的油水界面张力值会始终稳定于10-3mN/m。这一现象说明DS-115活性剂抗温性能良好。

不同矿化度条件下，随矿化度逐渐提升，DS-115表面活性剂溶液油水界面张力值出现先下降、后上升趋势。矿化度为30000mg/L条件下，张力值为最低点。随着矿化度继续上升，当到达50000mg/L条件下，油水界面张力值仍旧维持在10-3mN/m数量级，这一现象可论证本次评价对象——DS-115溶液抗盐能力良好。图1为矿化度对DS-115溶液油水界面张力值的影响曲线图：

图1 矿化度对DS-115溶液油水界面张力值的影响曲线图

2.3.3 吸附性能分析

DS-115溶液作为三次采油生产阶段的表面活性剂，其向底层注入后无法避免会被底层矿物吸附，导致表面活性剂出现损耗，对驱油效果造成影响。结合上述评价方法，对DS-115吸附性能进行分析，结果见图2：

图2 DS-115吸附性能曲线图

观察图2不难发现，随吸附时间的增加，DS-115在储层钻屑上的吸附量逐渐上升，但整体吸附量较小，经过观察12h时间内的吸附量均＜1mg/g。关于发生吸附前后的油水界面张力值，随着反应时间逐渐增阿基，在储层钻屑吸附DS-115溶液后，溶液界面张力值虽然略微大于被吸附之前，但这一变化极小，可以忽略不计。由此可以断定，尽管储层的钻屑一定程度会对表面活性剂产生吸附作用，但界面活性受到的影响较小，即便被吸附，油水界面张力人呢更久可始终维持于10-3mN/m数量级[6]。

2.3.4  ASP复配体系性能

基于上述实验方法进行DS-115的ASP复配体系性能分析后，发现在老化时间逐渐延长条件下，ASP三元复配体系其油水界面的张力值变化幅度极小。在对其进行时长30d防治之后，ASP三元复配体系的界面张力仍旧能够维持在10-3mN/m数量级。同时，长时间将其放置于80℃环境条件下，复配体系也并未出现分层、浑浊亦或是衬垫的现象。这一结果充分论证DS-115溶液可以良好配伍聚合物于碱，且其热稳性能十分良好。

2.3.5 驱油效率分析

结合上述试验方法获取DS-115岩心驱油试验数据，具体见表3：

表3 岩心驱油试验数据

分析表3数据不难发现，地层水驱替条件下，三块岩心采收率均在40%左右。对其进行不同PV的DS-115表面活性剂溶液，在PV注入量逐步提升条件下，采收率得到提升。当PV注入量为0.3.表面活性剂驱最高采收率达到10%以上。这一结果可论证DS-115表面活性剂可显著提升水驱后的采收率，驱油效果满足三次采油生产要求[7]。

结语：

本文面向三次采油用两性离子表面活性剂——DS-115进行性能方面的实验研究。经多种方法实验，首先DS-115新型两性离子表面活性剂PV加量为0.3%期间，表面张力值下降到25mN·m-1以下，DS-115有着良好的界面活性。其次，DS-115具有良好的抗温性能，在温度提升至100℃后其界面张力值仍可维持在10-3mN/m水平。同时DS-115抗盐能力，50000mg/L矿化度条件下张力值一仍旧可维持在10-3mN/m数量级。再次，对于界面活性而言，DS-115的吸附问题仅会造成较小影响，即便被吸附，其界面张力值仍可维持在10-3mN/m数量级，且DS-115能够同碱、聚合物实现良好配伍。最后，DS-115有着良好的驱油效率，PV注入量为0.3期间，最高采收率可达到10%以上。

参考文献

[1]谢志凯,刘振华,张涌.结构特性对两性离子表面活性剂性能的影响[J].中国洗涤用品工业,2023(01):8-14.

[2]王志新,吴玉国,李小玲.碱/两性-非离子表面活性剂乳化降黏实验研究[J].应用化工,2022,51(11):3230-3234.

[3]万雪.表面活性剂在三次采油中的应用[J].化学工程与装备,2021(08):169-170.

[4]庄雪南.三次采油用新型两性离子表面活性剂性能评价及应用[J].化工设计通讯,2021,47(05):50-51.

[5]谭智慧.三次采油中表面活性剂复配的应用[J].化学工程与装备,2021(04):92-93.

[6]刘雪静.表面活性剂复配在三次采油中的应用[J].化工管理,2016(09):40-41.

[7]刘晓臣.一种桑叶基表面活性剂在三次采油中的应用研究[J].中国洗涤用品工业,2015(03):54-59.

作者简介：王洋（1990.8-），女，硕士研究生，工程师，现就职于大庆油田勘探开发研究院采收率研究二室，从事三次采油驱油剂研制与评价。