張燕杰，張萬(wàn)昌，安偉偉，宋曉亮

(1.甘肅廣播電視大學(xué) 職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州　730030；2.西安石油大學(xué) 流體與滲流力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安　710065；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田 第二采油廠，甘肅 西峰　745000)

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短期應(yīng)用超聲波提高表面活性劑驅(qū)油效率研究

張燕杰1，張萬(wàn)昌1，安偉偉2，宋曉亮3

(1.甘肅廣播電視大學(xué) 職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州730030；2.西安石油大學(xué) 流體與滲流力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710065；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田 第二采油廠，甘肅 西峰745000)

[摘要]目前油田常用三采技術(shù)的較多，表面活性劑驅(qū)為其中較為常用的一種，為提高表面活性劑驅(qū)采收率，開(kāi)展了短期應(yīng)用超聲提高表面活性劑驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：超聲15分鐘對(duì)于吐溫-80型表面活性劑的驅(qū)油作用有明顯的促進(jìn)作用，以及良好的降低界面張力和改變巖石表面潤(rùn)濕性的作用，并且能夠有效提高驅(qū)油效率。通過(guò)研究不同的超聲波作用時(shí)長(zhǎng)對(duì)表面活性劑驅(qū)油最終采收率的影響，發(fā)現(xiàn)短期應(yīng)用超聲波對(duì)表面活性劑驅(qū)油效率有明顯提高。

[關(guān)鍵詞]表面活性劑驅(qū)；短期超聲；驅(qū)油效率；實(shí)驗(yàn)研究

目前國(guó)內(nèi)大部分油田都已進(jìn)入采油高含水期，三采技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，其中表面活性劑驅(qū)油和超聲波驅(qū)油技術(shù)較為領(lǐng)先，并且多處礦場(chǎng)試驗(yàn)證實(shí)增油效果明顯[1-4]。表面活性劑的增油機(jī)理之一就是通過(guò)乳化原油使其更加容易流動(dòng)[5]，而超聲波就具有促進(jìn)乳化的作用[6]，因此考慮應(yīng)用超聲波作用促進(jìn)表面活性劑驅(qū)油[7]，但在油氣集輸工程中進(jìn)行油水分離作業(yè)時(shí)又發(fā)現(xiàn)超聲波對(duì)乳狀液有較好的破乳作用[8]，而這對(duì)油從儲(chǔ)層流出是不利的，因此要分析超聲波對(duì)表面活性劑驅(qū)油的作用范圍。本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)室研究表面活性劑驅(qū)油，表面活性劑驅(qū)油中用超聲波作用0min、15min、30min三種情況下對(duì)巖心中原油的滲透率進(jìn)行比較，探討分析超聲波與表面活性劑聯(lián)用在油田生產(chǎn)中應(yīng)用的可行性。

1表面活性劑增油機(jī)理[9-10]

1.1 降低油水界面張力

表面活性劑具有兩親性，這種分子兩端分別有親水和親油兩個(gè)基團(tuán)，當(dāng)它進(jìn)入油水兩相體系中時(shí)會(huì)迅速被吸附到兩相界面上，從而降低油水界面張力。

1.2 改變孔隙表面潤(rùn)濕性

儲(chǔ)層巖石由于長(zhǎng)期與原油共存，其表面潤(rùn)濕性往往表現(xiàn)為親油性。驅(qū)油用表面活性劑的親水性大于親油性，它們?cè)趦?chǔ)層孔隙表面吸附，可使親油的孔隙表面反轉(zhuǎn)為親水表面，從而有效降低原油黏附功，也提高了洗油效率。

1.3 促進(jìn)原油乳化

表面活性劑體系對(duì)原油具有較強(qiáng)的乳化能力，在水油兩相流動(dòng)剪切的條件下，能將巖石表面的原油分散、剝離，形成水包油型(O/W)乳狀液，從而改善油水兩相的流度比，提高波及系數(shù)。

1.4 聚并形成油帶

若從儲(chǔ)層孔隙中洗下來(lái)的油越來(lái)越多 ，則油滴在移動(dòng)過(guò)程中發(fā)生相互碰撞。當(dāng)碰撞能量克服了它們之間的靜電斥力時(shí)，就會(huì)發(fā)生聚并。油滴的聚并可形成油帶。油帶在向前移動(dòng)時(shí)，又不斷遇到分散的油聚并進(jìn)來(lái)，使油帶不斷擴(kuò)大，最后從油井采出。

2 超聲波增油機(jī)理

超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波，它的方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在高密度介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)。

2.1 超聲波與儲(chǔ)層作用

超聲波驅(qū)油主要通過(guò)聲波處理生產(chǎn)油井、注水井及近井油層，使油層中流體的物性及流態(tài)發(fā)生變化，利用超聲波的機(jī)械振動(dòng)作用和熱作用，改善井底近井油層的流通條件及滲透性，解除采油井、注水井的堵塞[11]。

2.2 超聲波與注入流體作用

壓電換能器產(chǎn)生的聲波與注入水耦合，水分子在聲波作用下周期性地進(jìn)行排列組合，以波動(dòng)形式輸出，導(dǎo)致水的表面張力下降，降低毛管滲流阻力，提高地層內(nèi)流體的流動(dòng)能力。提高采液量、原油產(chǎn)量和注水量，降低原油的粘度，提高原油、水在多孔巖石中的滲透率，從而提高注入水的注入量和原油采收率[12]。

2.3 超聲波促進(jìn)原油乳化作用

超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)分子受聲波能量的振動(dòng)而發(fā)生縱波方向的彈性振動(dòng)，液體內(nèi)部發(fā)生空化效應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡，氣泡在超聲作用下不斷地增大然后分裂，液體內(nèi)部產(chǎn)生高溫高壓使得氣泡周?chē)囊后w高速?zèng)_入氣泡而在氣泡附近的液體中產(chǎn)生了強(qiáng)烈的局部激動(dòng)波，從而產(chǎn)生了超聲的粉碎、乳化作用。

3聯(lián)合作用效果實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)選取非離子表面活性劑吐溫-80作為驅(qū)油用表面活性劑，化學(xué)名稱(chēng)為聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯，親水性強(qiáng)，為一類(lèi)非離子型表面活性劑，具較強(qiáng)親水性。選定表面活性劑溶液pH為7、攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min、吐溫-80溶液體積分?jǐn)?shù)為0.20%、振蕩時(shí)間為2h。

確定超聲處理巖心的條件為：固液比1：1，反應(yīng)溫度25°C，超聲頻率40kHz，超聲聲強(qiáng)0.39W/cm2。

實(shí)驗(yàn)采用西峰油田長(zhǎng)8油藏原油及巖心，巖心長(zhǎng)度6cm，巖心直徑2.5cm，孔隙度10.5%，滲透率2.2×10-3μm2。

3.2 分項(xiàng)評(píng)價(jià)

3.2.1 界面張力評(píng)價(jià)

在不同超聲時(shí)段取樣，用BZY 型全自動(dòng)表界面張力儀測(cè)定表面活性劑溶液與原油之間的界面張力，如圖1，可以看出吐溫-80型表面活性劑具有良好的界面活性，能有效降低油水間界面張力；隨超聲作用時(shí)間的增長(zhǎng)，界面張力降低；在超聲大于10分鐘時(shí)，下降幅度較快，15分鐘后趨于平緩，界面張力達(dá)到10-3mN/m的超低界面張力，超低界面張力可以有效降低原油與巖石表面的黏附功，增強(qiáng)原油的流動(dòng)能力，提高洗油效率。超聲作用20分鐘開(kāi)始有小幅度恢復(fù)。

圖1　不同超聲時(shí)長(zhǎng)的吐溫-80溶液與原油界面張力曲線(xiàn)

3.2.2 改變巖石表面潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)

為考察吐溫-80型表面活性劑改變巖石表面潤(rùn)濕性的能力與溶液超聲時(shí)間長(zhǎng)度的關(guān)系，采用接觸角測(cè)定儀測(cè)量不同超聲作用時(shí)長(zhǎng)下表面活性劑溶液與載波片(預(yù)處理為親油表面 )的水相接觸角，結(jié)果(表1)可見(jiàn)：隨著超聲作用時(shí)間的增加，水相接觸角逐漸減小，說(shuō)明該表面的親油性逐漸降低，而親水性逐漸增強(qiáng)，這樣可以降低原油與巖石表面的黏附功，有效增強(qiáng)原油的流動(dòng)能力，提高洗油效率。

表1　不同超聲時(shí)長(zhǎng)的吐溫-80溶液與載玻片的接觸角

3.2.3 超聲作用對(duì)原油粘度的影響評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了不同超聲作用時(shí)長(zhǎng)對(duì)原油粘度的改變 (圖2 )。由圖2可看出，在超聲波作用下，原油粘度不斷降低，且隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，超聲的降粘作用下降，超聲15分鐘時(shí)基本達(dá)到最大降粘效果，從而提高原油流度。

圖2　超聲波降低原油粘度的實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)

3.2.4 驅(qū)油效率評(píng)價(jià)

按照以下實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行：首先測(cè)定巖心孔隙度和滲透率，再將巖心用同層位原油飽和，然后以0.10ml/min流速注入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表面活性劑溶液，該步驟分三組進(jìn)行，第一組無(wú)超聲作用，第二組超聲作用15分鐘，第三組超聲作用30分鐘，驅(qū)替巖心至含水率達(dá)98%進(jìn)行計(jì)算采收率。

表2　不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)表面活性劑溶液在不同

4結(jié)論

短期應(yīng)用超聲對(duì)于表面活性劑驅(qū)油有明顯的促進(jìn)作用，以及良好的降低界面張力性能和改變巖石表面潤(rùn)濕性能的作用，相比無(wú)超聲作用的表面活性劑驅(qū)能夠有效提高原油采收率約8%，而當(dāng)超聲時(shí)長(zhǎng)增加一倍后對(duì)已經(jīng)乳化的原油又起到破乳作用，增油效果反而不明顯。從驅(qū)油效率評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)來(lái)看，在相同采收率情況下，如采收率在53%左右時(shí)，采用15分鐘超聲比起不采用超聲可減少約70%的表面活性劑用量。

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[責(zé)任編輯龔勛]

[中圖分類(lèi)號(hào)]TE39

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1008-4630(2016)02-0087-03

作者簡(jiǎn)介：張燕杰(1986-)，甘肅臨洮人，助理工程師，主要從事石油開(kāi)采相關(guān)教學(xué)與研究。

收稿日期：2015-12-07