向 輝，馮 寧，職文棟，馬迪娜·馬吾提汗

（1.新疆油田公司 準(zhǔn)東采油廠勘探開發(fā)研究所，新疆 阜康 831511；2.新疆油田公司 采油二廠地質(zhì)研究所，新疆 克拉瑪依 834000）

表面活性劑驅(qū)油技術(shù)是國(guó)內(nèi)外各大油田最常用的三次采油技術(shù)之一，從20 世紀(jì)30年代開始，表面活性劑作為驅(qū)油劑就被應(yīng)用到了油田現(xiàn)場(chǎng)施工中，并取得了良好的提高采收率效果。近年來(lái)，表面活性劑驅(qū)油技術(shù)已經(jīng)取得了比較大的發(fā)展，并積累了較多的現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，成為水驅(qū)油開發(fā)后一項(xiàng)重要的增油措施[1-4]。低滲透油田由于其儲(chǔ)層物性差，原油的采出程度通常不高，因此，表面活性劑驅(qū)油技術(shù)在低滲透油田有著比較廣闊的應(yīng)用前景。

表面活性劑驅(qū)油的機(jī)理主要包括降低界面張力、改變巖石潤(rùn)濕性、乳化剝離原油以及改善原油流變性等，其可以將水驅(qū)開發(fā)后殘留在儲(chǔ)層孔隙中的剩余油驅(qū)替出來(lái)，有效提高原油的采收率[5-7]。目前，用于驅(qū)油作業(yè)中的表面活性劑類型主要包括陽(yáng)離子型、陰離子型、非離子型、兩性離子型以及雙子表面活性劑等[9-13]，其中雙子表面活性劑相比于其他類型的表面活性劑，具有比較大的優(yōu)勢(shì)，由于其可以同時(shí)具有兩個(gè)親水基團(tuán)和兩個(gè)親油基團(tuán)，使其具有更高的界面活性和水溶性，并且與其他表面活性劑有更好的協(xié)同效應(yīng)。因此，近年來(lái)，雙子表面活性劑作為驅(qū)油劑應(yīng)用于油田提高采收率的研究逐漸增多。本文以低滲透油藏為研究對(duì)象，通過分析研究區(qū)塊的基本地質(zhì)概況，以新型雙子表面活性劑GSK-1 為主要處理劑，輔以非離子型表面活性劑AEO，研究出了一套適合低滲透油藏的表面活性劑驅(qū)油體系，室內(nèi)評(píng)價(jià)了其綜合性能，并成功在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用。

1 目標(biāo)區(qū)塊地質(zhì)概況

目標(biāo)研究區(qū)塊位于準(zhǔn)噶爾盆地西北部，主要含油目的層位為三疊系的克拉瑪依組，儲(chǔ)層埋深平均為2405m，儲(chǔ)層巖性主要為細(xì)砂巖和砂礫巖，其次為礫狀砂巖，其中砂巖成分以變質(zhì)巖為主。碎屑顆粒以次棱角狀為主，分選性較差。膠結(jié)物的主要成分為方解石，膠結(jié)類型主要為孔隙型。儲(chǔ)層黏土礦物含量較高，在5%～20%之間，平均為13.3%，儲(chǔ)層物性較差，滲透率在0.25～65.7mD 之間，平均為8.95mD，孔隙度在8.6%～17.2%之間，平均為11.6%，屬于典型的低孔、低滲油藏。儲(chǔ)層溫度在80℃左右，地層水礦化度為25415mg·L-1，水型為CaCl2型。

2 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

新型雙子表面活性劑GSK-1（實(shí)驗(yàn)室自制）；陽(yáng)離子型表面活性劑CTAB、陰離子型表面活性劑AES、非離子型表面活性AEO、兩性離子型表面活性劑BS-12，均為工業(yè)品，濟(jì)南奧斯利化工有限公司；模擬地層水（總礦化度為15360mg·L-1）；儲(chǔ)層原油（50℃下黏度值為3.67mPa·s，密度為0.857g·cm-3），取自目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段；天然巖心，取自目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段。

JYW200a 型全自動(dòng)界面張力儀（承德優(yōu)特檢測(cè)儀器制造有限公司）；HH-1 型恒溫水浴鍋（濟(jì)南歐萊博科學(xué)儀器有限公司）；OCA25-視頻接觸角測(cè)量?jī)x（北京奧德利諾儀器有限公司）；HKY 型多功能巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置（海安縣石油科研儀器有限公司）。

3 表面活性劑驅(qū)油體系配方優(yōu)選及性能評(píng)價(jià)

3.1 表面活性劑驅(qū)油體系配方優(yōu)選

3.1.1 驅(qū)油體系主劑濃度優(yōu)選 表面活性劑驅(qū)油體系的界面張力大小是評(píng)價(jià)其性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。因此，室內(nèi)針對(duì)前期研制的新型雙子表面活性劑GSK-1 進(jìn)行了評(píng)價(jià)，使用模擬地層水配制不同濃度的表面活性劑溶液，然后采用全自動(dòng)界面張力儀測(cè)定了不同濃度表面活性劑溶液的界面張力值，結(jié)果見圖1。

圖1 雙子表面活性劑GSK-1 濃度對(duì)界面張力的影響Fig.1 Effect of Gemini surfactant GSK-1 concentration on interfacial tension

由圖1 可以看出，隨著溶液中雙子表面活性劑GSK-1 質(zhì)量濃度的不斷增大，界面張力值呈現(xiàn)出“先降低后稍微升高”的趨勢(shì)，當(dāng)雙子表面活性劑GSK-1 的質(zhì)量濃度為2000mg·L-1時(shí)，溶液的界面張力值達(dá)到最低值，可以達(dá)到10-2mN·m-1數(shù)量級(jí)，再繼續(xù)增大雙子表面活性劑GSK-1 的濃度，界面張力值有所升高。因此，為了保證驅(qū)油效果和降低現(xiàn)場(chǎng)施工成本，選擇雙子表面活性劑GSK-1 的最佳質(zhì)量濃度為2000mg·L-1。

3.1.2 驅(qū)油體系輔劑優(yōu)選 根據(jù)相關(guān)調(diào)研結(jié)果分析，在表面活性劑驅(qū)油技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中，使用單一的表面活性劑驅(qū)油往往很難達(dá)到較好的驅(qū)油效果，因此，需要研究在主劑中加入一定的輔劑來(lái)進(jìn)一步提高驅(qū)油效率。室內(nèi)以2000mg·L-1的雙子表面活性劑GSK-1 為主劑，再加入不同類型、不同濃度的輔劑，進(jìn)一步考察了其對(duì)溶液界面張力的影響，輔劑的類型選擇為陽(yáng)離子型表面活性劑CTAB、陰離子型表面活性劑AES、非離子型表面活性AEO，以及兩性離子型表面活性劑BS-12，結(jié)果見圖2。

圖2 不同輔劑濃度對(duì)溶液界面張力的影響Fig.2 Effects of different adjuvant concentrations on solution interfacial tension

由圖2 可以看出，在主劑濃度確定的情況下，隨著溶液中不同輔劑濃度質(zhì)量分?jǐn)?shù)的逐漸增大，溶液的界面張力值呈現(xiàn)出不同的變化。輔劑的類型為陽(yáng)離子型表面活性劑CTAB 時(shí)，隨著輔劑濃度的增大，溶液的界面張力值呈現(xiàn)出“先降低后升高”的趨勢(shì)，兩種表面活性劑的協(xié)同效果較差；而輔劑的類型選擇為陰離子型表面活性劑AES、非離子型表面活性AEO 以及兩性離子型表面活性劑BS-12 時(shí)，隨著輔劑濃度的增大，溶液的界面張力值均呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，3 種輔劑與主劑均具有一定的協(xié)同效應(yīng)。其中非離子型表面活性AEO 與主劑的協(xié)同增效作用最好，當(dāng)其質(zhì)量濃度為1500mg·L-1時(shí)，可使復(fù)合表面活性劑溶液的界面張力值降低至10-3mN·m-1數(shù)量級(jí)，達(dá)到超低界面張力水平。因此，選擇非離子型表面活性AEO 作為驅(qū)油體系的輔劑，推薦其加量為1500mg·L-1。

3.1.3 表面活性劑驅(qū)油體系配方確定 根據(jù)上述主劑雙子表面活性劑GSK-1 濃度的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合驅(qū)油體系輔劑的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終確定適合目標(biāo)低滲透油藏的表面活性劑驅(qū)油體系配方為：2000mg·L-1雙子表面活性劑GSK-1+1500mg·L-1非離子型表面活性AEO，并進(jìn)一步對(duì)其綜合性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

3.2 表面活性劑驅(qū)油體系性能評(píng)價(jià)

3.2.1 乳化性能 表面活性劑驅(qū)油體系的乳化性能對(duì)提高原油采收率具有十分重要的影響，因此，室內(nèi)通過乳化穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了表面活性劑驅(qū)油體系的乳化性能。具體實(shí)驗(yàn)步驟為：將表面活性劑溶液與儲(chǔ)層原油按照一定的比例混合均勻，在80℃水浴加熱下攪拌使其充分乳化，然后將其放置不同時(shí)間，測(cè)定其析水率隨時(shí)間的變化情況，以此評(píng)價(jià)表面活性劑驅(qū)油體系的乳化性能，結(jié)果見圖3。

圖3 表面活性劑驅(qū)油體系的乳化性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Experimental results of emulsifying performance of surfactant flooding system

由圖3 可以看出，隨著乳狀液放置時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，析水率呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，當(dāng)時(shí)間達(dá)到120min 時(shí)，乳狀液的析水率仍低于30%，說(shuō)明表面活性劑驅(qū)油體系具有較強(qiáng)的乳化性能，能夠使其與原油形成的乳狀液保持較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而有助于提高原油的采收率。

3.2.2 潤(rùn)濕性能 表面活性劑驅(qū)油體系的潤(rùn)濕性能同樣是提高低滲透油藏驅(qū)油效率的一個(gè)重要因素，因此，室內(nèi)通過接觸角變化情況來(lái)考察表面活性劑驅(qū)油體系的潤(rùn)濕性能。具體實(shí)驗(yàn)步驟為：將目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖心經(jīng)過烘干處理后，切割成大小尺寸統(tǒng)一的切片，然后將其在表面活性劑驅(qū)油體系中浸泡不同時(shí)間，浸泡實(shí)驗(yàn)溫度為80℃，浸泡結(jié)束后取出，將其使用蒸餾水沖洗干凈，再次烘干后，使用視頻接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定蒸餾水在巖心切片表面上接觸角的變化情況，以此考察表面活性劑驅(qū)油體系的潤(rùn)濕性能。結(jié)果見圖4。

圖4 表面活性劑驅(qū)油體系的潤(rùn)濕性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Experimental results of wettability of surfactant flooding system

由圖4 可以看出，未經(jīng)浸泡的巖心切片表面初始接觸角為110.3°，呈現(xiàn)出親油狀態(tài)，而隨著巖心切片在表面活性劑驅(qū)油體系中浸泡時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，其表面接觸角呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，逐漸向親水性方向轉(zhuǎn)變，當(dāng)浸泡時(shí)間達(dá)到48h 時(shí)，巖心切片表面的接觸角可以降低至50.4°，潤(rùn)濕性改變比較明顯。這說(shuō)明研制的表面活性劑驅(qū)油體系具有良好的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)性能，能使目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖石表面的潤(rùn)濕性由親油性向親水性方向轉(zhuǎn)移，進(jìn)而提高洗油效率，達(dá)到提高低滲透油藏原油采收率的目的。

3.2.3 驅(qū)油性能 室內(nèi)通過巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了表面活性劑驅(qū)油體系的驅(qū)油效果，具體實(shí)驗(yàn)步驟為：（1）將儲(chǔ)層段天然巖心洗油、洗鹽、烘干處理后，稱量干重和氣測(cè)滲透率；（2）將巖心抽真空飽和模擬地層水，稱濕重計(jì)算孔隙體積和孔隙度；（3）在地層溫度條件下將巖心繼續(xù)飽和儲(chǔ)層原油，然后關(guān)閉巖心驅(qū)替裝置的進(jìn)出口閥門，靜置24h；（4）使用模擬地層水驅(qū)替巖心，直至巖心出口端液體含水率達(dá)到98%為止，計(jì)算水驅(qū)油采收率；（5）注入不同PV 數(shù)的表面活性劑驅(qū)油體系，繼續(xù)使用模擬地層水驅(qū)替巖心，直至巖心出口端液體含水率再次達(dá)到98%為止，計(jì)算最終采收率。驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流速均為0.2mL·min-1，結(jié)果見表1。

表1 表面活性劑驅(qū)油體系的驅(qū)油效果Tab.1 Oil displacement effect of surfactant oil displacement system

由表1 可以看出，目標(biāo)低滲透油藏天然巖心的水驅(qū)油采收率基本維持在39%左右，而注入不同PV數(shù)的表面活性劑驅(qū)油體系后，最終采收率均呈現(xiàn)出不同程度的升高現(xiàn)象，并且注入PV 數(shù)越大，提高采收率的幅度就越大，當(dāng)表面活性劑驅(qū)油體系注入PV數(shù)為0.5 時(shí)，其提高原油采收率的幅度可以達(dá)到15%以上，而再繼續(xù)增大表面活性劑驅(qū)油體系的注入PV 數(shù)，原油采收率增大的幅度逐漸下降。因此，綜合考慮施工效果和成本等因素，推薦表面活性劑驅(qū)油體系的最佳注入量為0.5PV。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

將研究的表面活性劑驅(qū)油體系在目標(biāo)區(qū)塊的低滲透油藏成功進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該區(qū)塊經(jīng)過長(zhǎng)期注水開發(fā)，已經(jīng)進(jìn)入中高含水期階段，注水開發(fā)效果逐年變差，采取注表面活性劑驅(qū)油體系措施后，區(qū)塊內(nèi)的采油井大部分均達(dá)到了降水增油的效果，施工成功率較高，取得了良好的開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益。圖5為區(qū)塊內(nèi)5 口采油井的生產(chǎn)參數(shù)。

圖5 采油井注表面活性劑前后日產(chǎn)油量對(duì)比結(jié)果Fig.5 Comparison results of daily oil production before and after surfactant injection in production wells

由圖5 可知，注表面活性劑驅(qū)油體系措施前，5口采油井的日產(chǎn)油量均低于1.5t，而采取表面活性劑驅(qū)油措施后，5 口井的日產(chǎn)油量均顯著提升，均達(dá)到了3t 以上，日產(chǎn)油量提升幅度均在2 倍以上，增油效果顯著，取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)施工效果。

5 結(jié)論

（1）在分析了目標(biāo)區(qū)塊地址概況的基礎(chǔ)之上，通過對(duì)新型雙子表面活性劑GSK-1 濃度的優(yōu)化以及輔劑的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，研究出了一套適合低滲透油藏的表面活性劑驅(qū)油體系，具體配方為：2000mg·L-1雙子表面活性劑GSK-1+1500mg·L-1非離子型表面活性AEO。

（2）表面活性劑驅(qū)油體系性能評(píng)價(jià)結(jié)果表明，該驅(qū)油體系具有較強(qiáng)的乳化性能和潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)性能，并且其驅(qū)油效果較好，當(dāng)目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心使用水驅(qū)至含水率達(dá)98%以后，注入0.5PV 的表面活性劑驅(qū)油體系，可使采收率繼續(xù)提高15%以上。

（3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，目標(biāo)區(qū)塊內(nèi)5 口采油井實(shí)施表面活性劑驅(qū)油措施后，日產(chǎn)油量顯著提升，增長(zhǎng)幅度均可達(dá)到2 倍以上，說(shuō)明研究的表面活性劑驅(qū)油體系具有良好的驅(qū)油效果，能夠顯著提高低滲透油藏油井的采收率。