蔡麗媛，吳景春，石 芳，張淼鑫

（東北石油大學 提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶163318）

目前，油田三元復(fù)合驅(qū)是應(yīng)用較為廣泛的提高采收率措施[1-4]，而表面活性劑在驅(qū)油過程中穩(wěn)定性差[5-8]，表面活性損失嚴重等問題仍然存在。所以為了進一步提高油田采收率，制備具有高利用率，低消耗，提高采收率效果強的表面活性劑，是目前需要重點攻克的問題[9,10]。而超分子驅(qū)油是一種新型的驅(qū)油技術(shù)手段[11,12]。超分子表面活性劑主要使用分子之間的共價鍵結(jié)構(gòu)來增加界面的粘度，使表面活性劑在驅(qū)油過程中可以更好的包裹和攜帶原油，這樣殘余油可以更好地被驅(qū)替出來[13]。

1 實驗部分

1.1 材料及設(shè)備

天然巖心；NaCl、MgCl2·6H2O（AR 天津化學試劑二廠）；Na2SO4、NaHCO3、CaCl2、KCl均為分析純，天津大茂化學試劑廠。

AP-500C全自動界面張力儀恒速恒壓泵；壓力傳感器、標準數(shù)字壓力計、恒溫箱、巖心夾持器及活塞容器等，海安華達石油儀器有限公司；PY-160型接觸角測定儀（沈陽實驗機械制造廠）；載玻片、醫(yī)用5mL注射器、100mL量筒、500mL燒杯、移液管、洗耳球、濾紙。

1.2 PC-40優(yōu)選及制備

1.2.1 陽離子濃度的優(yōu)選 分別選取陽離子濃度CD值為5%，15%，25%，45%的二甲基二烯丙基氯化銨陽聚電解質(zhì)1000mg·L-1，向其中加入相同質(zhì)量的陰離子表面活性劑SDS，觀察復(fù)合溶液的穩(wěn)定性。試驗結(jié)果表明，當CD值在5%左右時，復(fù)合溶液的穩(wěn)定性最好，無沉淀產(chǎn)生。陽離子濃度在15%～45%之間，是溶液有大分子絮狀沉淀析出。故選用陽離子度為5%的陽離子聚電解質(zhì)進行復(fù)配效果最為適宜。

1.2.2 配比優(yōu)選 選用CD=5%的二甲基二烯丙基氯化銨陽聚電解質(zhì)與烷基酚聚氧乙烯醚磺酸鈉陰離子表面活性劑進行不同質(zhì)量比下的復(fù)配，分別測量其形成的復(fù)合溶液的表觀粘度，進而評價其剪切穩(wěn)定性。

圖1 不同配比下的表觀粘度變化圖Fig.1 Table viscosity change sits at different ratios

實驗結(jié)果表明，當CPAM與SDS的配比為1∶0.05為最優(yōu)配比，隨著剪切時間的持續(xù)增大，溶液的表觀粘度在初期呈現(xiàn)逐漸減小而在后期增大的現(xiàn)象，在120min達到最大值并逐漸趨于固定值。所形成穩(wěn)定的復(fù)合溶液，該溶液具備表觀粘度大，剪切增稠的特點。

選用陽離子度CD=5%的二甲基二烯丙基氯化銨陽聚電解質(zhì)與烷基酚聚氧乙烯醚磺酸鈉陰離子型表面活性劑，將兩種試劑按照重量比小于大分子聚合物的臨界聚沉濃度進行復(fù)配，制成的超分子復(fù)合驅(qū)油劑。因為磺酸鹽可通過石油蒸餾得到，故在經(jīng)濟實用性的角度出發(fā)，選用磺酸鹽陰離子表面活性劑進行復(fù)配。該驅(qū)油劑是一種具有高表面活性的增稠型表面活性劑，命名為PC-40。PC-40與任一配比的聚丙烯酰胺均可復(fù)配成性能優(yōu)良的均勻增稠復(fù)配體系且該體系具一定程度的耐溫抗鹽性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 PC-40界面張力的測定

低界面張力原理是表面活性劑驅(qū)油的主要驅(qū)油機理之一，所以表面活性劑與儲層原油間的界面張力大小是評價分析表面活性劑界面性能的重要指標，當表活劑的油水界面張力處于10-2～10-3mN·m-1適用范圍時，其性能更優(yōu)、驅(qū)油效果更好；表面活性劑具備降低油水界面張力的能力，達到增大毛細管數(shù)來提高原油采收率的效果，是化學驅(qū)油技術(shù)的關(guān)鍵性技術(shù)支撐。

選定轉(zhuǎn)速為 6000r·min-1，溫度為45℃。以量筒量取8000mg的PC-40溶液并分別稀釋成不同濃度的PC-40超分子表面活性劑樣品，再依次加入一定量的NaCI溶液使各樣品的TDS=6000mg·L-1，按濃度依次測定其表面張力。按照蒸餾水、石油醚、乙醇、蒸餾水的順序清洗石英管、壓帽及注射器2～3次，并打開儀器預(yù)熱至測定溫度45℃；向石英管中注入配好的PC-40溶液，再以微量取樣器抽取 5μL原油注入石英管中，保持油滴位于石英管中部位置，同時防止氣泡產(chǎn)生，蓋好壓帽后用濾紙吸去殘液，裝入轉(zhuǎn)動軸內(nèi)；啟動AP-500C界面張力儀并將轉(zhuǎn)速調(diào)至6000r·min-1，待讀數(shù)穩(wěn)定后讀取測量結(jié)果。

圖2 不同濃度下的界面張力Fig.2 Interface tension at different concentrations

由實驗室數(shù)據(jù)可知，濃度達到2000mg·L-1的PC-40溶液可以使得油水界面張力達到10-2mN·m-1，同時表觀粘度達到39.28mPa·s。PC-40溶液可以在降低油水界面張力的同時實現(xiàn)增粘的作用效果。

2.2 PC-40潤濕性的測定

首先，用蒸餾水配制5000mg·L-1母液，再配成不同濃度的50mL樣品溶液。用微量取樣器吸取待測樣品溶液并滴于載玻片上，隨后使用接觸角測定儀測定其潤濕角。所測樣品1號為油濕性，3號為中等潤濕，2號和4號為水潤濕。

圖3 不同濃度下的潤濕角Fig.3 Wetting angles at different concentrations

實驗結(jié)果表明，當濃度達到3000mg·L-1時，油濕載玻片1號的潤濕角開始接近90°，隨著粘度逐漸上升的過程中，潤濕角逐漸下降。在超分子復(fù)合驅(qū)油劑PC-40溶于水中時，其中的陽離子電解質(zhì)和表面活性劑復(fù)合，由于靜電作用所形成疏水微區(qū)，形成的復(fù)合物吸附于液-固界面上。同時PC-40溶液中部分表面活性劑分子產(chǎn)生疏水作用，大量分子吸附于液-固界面上；分子的極性端滯留在水溶液中而非極性端則要掙脫水分子的束縛，吸附于載玻片表面，使載玻片表面暴露著極性基團，從而導致潤濕性變?yōu)橛H水性；而非極性基團伸出水相，使陽離子聚電解質(zhì)分子分布在載玻片表面上形成吸附層，同時潤濕性產(chǎn)生改變，溶液的由親水性向親油性轉(zhuǎn)變，從而界面張力隨之降低。

2.3 PC-40乳化性的測定

分別配制質(zhì)量濃度為0.1%、0.3%、0.5%的超分子復(fù)合驅(qū)油劑PC-40溶液各100g，將超分子復(fù)合驅(qū)油劑PC-40溶液與原油按1∶1加入比色管中；將配置好的樣品溶液分別放入比色管內(nèi)，搖晃5～8min，震蕩搖晃300次以后，放于45℃恒溫箱靜置保存；靜置一段時間后，分別記錄不同時間點破乳后產(chǎn)生的水相體積，進而計算析水率。

圖4 不同濃度溶液的析水率Fig.4 Water analysis rate of different concentration solutions

根據(jù)乳化實驗結(jié)果可以看出，實驗過程中當油水比接近1∶1時，PC-40超分子表面活性劑乳化效果良好，形成的穩(wěn)定的乳狀液。將乳狀液放入恒溫箱45℃條件下靜置。3h左右開始出現(xiàn)分層現(xiàn)象，靜置60h后，析水率達到70%，靜置120h以上，乳狀液吸水指數(shù)可以達到97%以上。

2.4 PC-40動態(tài)吸附量的測定

動態(tài)滯留所造成的表面活性損失問題，已經(jīng)成為表面活性劑驅(qū)油研究領(lǐng)域所重點聚焦攻破的技術(shù)性難題。所謂的動態(tài)滯留是指超分子復(fù)合驅(qū)油劑PC-40溶液在多孔介質(zhì)中流動時，由于陽聚電解質(zhì)分子在孔隙表面存在吸附作用的同時，大分子大量被小孔隙捕集，引起超分子復(fù)合驅(qū)油劑PC-40溶液在多孔介質(zhì)中表面活性發(fā)生損失的現(xiàn)象。所以復(fù)合溶液的動態(tài)吸附量成為評價和表征超分子表面活性劑性能的又一項重要指標。

分別配制質(zhì)量濃度為0.1%，0.2%，0.3%，0.4%的超分子復(fù)合驅(qū)油劑PC-40溶液和普通表面活性劑各1000g，分別進行下述實驗過程。

（1）將天然巖心抽真空飽和模擬水并測定其孔隙體積；

（2）向天然巖心中注入10PV表面活性劑溶液；

（3）檢測出口端表面活性劑濃度。

（4）重復(fù)上述方法和步驟，進行普通表面活性劑的動態(tài)吸附量的測定，與超分子表面活性劑的動態(tài)吸附量進行對比。

圖5 不同注入量下的動態(tài)吸附量Fig.5 Dynamic adsorption at different injection

圖6 不同種類的表面活性劑動態(tài)吸附量Fig.6 Dynamic adsorption of different types of surfactants

超分子表面活性劑在以相同濃度的注入過程中，位于巖石顆粒表面上的初始吸附量快速上升，當累積吸附量到達一定值時，吸附量趨于穩(wěn)定。超分子表面活性劑的吸附量與注入濃度成正比關(guān)系，注入量越大超分子表面活性劑的動態(tài)吸附量隨之增加。超分子表面活性劑的動態(tài)吸附與靜態(tài)吸附的不同之處在于，動態(tài)吸附過程中不僅有吸附現(xiàn)象，同時伴有脫附現(xiàn)象，隨著注入量的不斷增加，吸附與脫附達到平衡狀態(tài)。根據(jù)不同注入濃度下的動態(tài)吸附量圖像可知，當濃度達到0.4%時，吸附量趨于穩(wěn)定狀態(tài)，在0.3mg·g-1左右。

3 結(jié)論

（1）通過實驗，優(yōu)選出陽離子濃度CD=5%的二甲基二烯丙基氯化銨陽聚電解質(zhì)于烷基酚聚氧乙烯醚磺酸鈉陰離子型表面活性劑按重量比20∶1為最優(yōu)配比，形成的PC-40超分子表面活性劑溶液不僅具有良好的表面活性且具備一定程度的增粘性能，可提高表面活性劑驅(qū)油過程中對原油的攜帶作用和驅(qū)替效果。

（2）通過界面張力測試試驗得出，當PC-40超分子表面活性劑溶液的濃度達到2000mg·L-1時，適用于儲層的實際情況其油水界面張力可以達到10-2mN·m-1，同時表觀粘度達到 39.28mPa·s，驅(qū)油效率增強。

（3）通過測量PC-40超分子表面活性劑潤濕角，可以得出結(jié)論，當濃度上升到300mg·L-1時，潤濕角由90°開始下降，隨著后期濃度的上升，潤濕性逐漸向親油轉(zhuǎn)變，界面張力隨之降低。

（4）為了檢驗PC-40超分子表面活性劑在驅(qū)油過程中的表面活性損失情況，對PC-40溶液的動態(tài)吸附量進行評價，當濃度達到0.4%時，吸附量趨于穩(wěn)定狀態(tài)，在0.3mg·g-1左右。實驗結(jié)果，表明PC-40溶液的表面活性損失量相對較低。