5种表面活性剂改善界面张力的评价

　　摘    要：　利用物理模拟实验, 针对多种表面活性剂进行界面特性筛选, 以找出适合大庆油田的二元体系用表面活性剂。实验表明, SHSA-HN2表面活性剂能够有效降低界面张力, 比石油磺酸盐SS降低界面张力的能力要强。并且SHSA-HN2二元体系的粘度和弹性均高于石油磺酸盐ss二元体系。从驱油效果实验可以看出, SHSA-HN2表面活性剂二元体系的驱油效果比单独聚合物驱提高3.8个百分点, SHSA-HN2表面活性剂二元体系的驱油效果与石油磺酸盐ss二元体系相比, 石油采收率提高2.3%。SHSA-HN2表面活性剂二元体系在大庆油田上具有较好的驱油效率, 该实验结果对于大庆油田二元驱具有实际意义。

　　关键词：　二元系统; 界面张力; 粘弹性; 驱油效果;
 

　　Abstract：　The physical simulation experiment was used to screen the interface characteristics of various surfactants in order to find the suitable ones for the binary system of Daqing oilfield. The experiment results indicated that SHSA-HN2 could effectively reduce interfacial tension, which was better than the mahogany petroleum sulfonate SS. And the viscidity and elasticity of the SHSA-HN2 were both above the mahogany petroleum sulfonate SS binary system. According to the oil displacement efficiency, SHSA-HN2 binary system's oil displacement efficiency was 3.8% higher than individual polymer flooding and 2.3% higher than mahogany petroleum sulfonate SS binary system. SHSA-HN2 binary system has better oil displacement efficiency in Daqing oilfield, and the results of experiment have practical significance for the binary flooding of Daqing oilfield.

　　Keyword：　Binary system; Interfacial tension; Viscoelasticity; Oil displacement efficiency;

　　在化学驱过程中, 活性剂往往被加入到聚合物溶液中一起注入地层, 这样能够发挥二者的优势起到更好驱油作用。一方面, 在水中聚合物分子链伸展可以改善水相的粘度, 另一方面, 表面活性剂可以改善油水界面张力。但是, 在二元体系中, 粘度比较高的时候, 溶液的注入性变差, 限制了溶液粘度的提高。然而表面活性剂通过改善界面张力可以提高洗油效率, 这不受注入条件的限制。由于油藏往往对表面活性剂具有选择匹配性[1,2]。某一种表面活性剂可以改善该油藏的油水界面性能, 但应用到其他油藏界面张力有时候会比较高[3]。表面活性剂性能主要受到油藏油水性质的影响, 不同油藏原油组分不同, 地层水中离子成分和含量不同, 表面活性剂改善界面张力性能不同[4,5], 本文利用大庆油田原油, 对5种表面活性剂改善界面张力能力进行了评价, 选择出性能优越的, 进而评价其二元体系的粘弹特性和对驱油效果的改善程度。以便筛选出好的驱油体系。

　　1、 实验条件

　　1.1、 实验材料

　　(1) 实验原油:大庆油田脱水原油。
　　(2) 实验用水:大庆油田注入污水。
　　(3) 化学药剂:XB-01活性剂, QX-2活性剂, SHSA-HN2活性剂, YB-01活性剂, 石油磺酸盐SS, ZL聚合物。石油磺酸盐SS的有效成分含量是40%, XB-01有效成分含量为50%, QX-2有效成分含量为50%, SHSA-HN2有效成分含量为50%, YB-01有效成分含量为50%。
　　(4) 实验用岩心:由石英砂浇筑而成的人造岩心, 尺寸是4.5 cm×4.5c m×30 cm。
　　(5) 实验温度:45℃。

　　1.2、 实验仪器

　　界面张力仪为美国制造tx500c, 整个测量系统由计算机控制。德国哈克公司RS6000型流变仪, 磁力搅拌器, 电子分析天平, 数显搅拌器, 岩心渗流实验装置一套。

　　2、 界面张力实验原理

　　测量液体与原油间的界面张力时, 将液体置于细管中, 同时将一滴油置于细管的溶液中。转子带动细管高速旋转, 离心力会促使细管中的油滴变形。油滴变形程度有两种因素决定, 一种是转速, 一种是界面张力。转速不变时, 油滴变形主要受到界面张力的影响。带动在高速旋转作用下, 在离心力的作用下, 液滴形状会发生变化。旋转越快, 液滴变形程度与界面张力成正比。油滴界面张力与变形程度关系由下式决定:

　　式中:IFT——界面张力, m N/m;

　　△ρ——油水密度差;

　　D——油滴无因次最大直径;

　　T——每转的时间, ms。

　　3、 驱油实验步骤

　　(1) 抽真空, 岩心通过管线与真空泵相连, 持续抽真空至4 h以上, 用模拟地层水饱和岩心, 计算岩心的孔隙体积及孔隙度;
　　(2) 老化, 恒温箱调温至45℃, 岩心放置其中, 一般12 h以上, 模拟地层条件;
　　(3) 饱和油, 将油藏模拟油注入到岩心中, 观察整个过程中岩心出口端出液情况, 当出口端不再出水为止, 计算注入油量及含油饱和度;
　　(4) 水驱, 将模拟地层水注入到岩心中, 观察整个过程中岩心出口端出液情况, 当出口端瞬时含水率为98%时, 停止水驱;
　　(5) 化学驱, 将化学剂段塞按照注入体积注入到岩心中, 注完为止;
　　(6) 后续水驱, 将模拟地层水注入到岩心中, 观察整个过程中岩心出口端出液情况, 当出口端瞬时含水率为98%时, 停止后续水驱。

　　4、 实验结果及分析

　　4.1、 二元体系界面张力

　　在图1中, 聚合物ZL浓度为1 500 mg/L, 表面活性剂浓度为0.3%。随着测试时间的增加, 各体系的界面张力均逐渐下降, 但是下降幅度各有不同。其中, SHSA-HN6活性剂界面张力下降幅度较大, 且下降速度较快, 最终的界面张力也是最低的。还有ss体系的界面张力也能够达到超低 (10-3 m N/m) 。由于二元体系的驱油效果与界面张力成正比例, 因此我们选择界面张力较低的SHSA-HN6活性剂和ss活性剂二元体系作为后面实验的驱油体系。

　　图1 二元体系界面张力变化规律Fig.1 The change rule of interfacial tension in binary system

　　为了进一步研究SHSA-HN6活性剂和ss活性剂二元体系的界面特性, 研究了不同浓度下的二元体系界面特性, 实验结果如图2所示。在下表中, 活性剂浓度在0.05%时, 都没有达到10-3 m N/m, 当浓度为0.1%时, SHSA-HN6活性剂体系达到了10-3m N/m, 而ss活性剂体系没有达到10-3 m N/m, 当活性剂浓度为0.2%和0.3%时, 两种活性剂二元体系都到了10-3 m N/m。以上说明, 活性剂浓度影响二元体系的界面张力, 并且活性剂浓度越低, 界面张力越低。

　　图2 活性剂浓度对二元体系界面张力影响Fig.2 Effect of surfactant concentration on the interfacial tension of binary system、

　　4.2、 二元复合体系粘弹性

　　在图3中, SHSA-HN2二元体系的粘度与ZL聚合物溶液的相近, 说明SHSA-HN2的加入对聚合物溶液粘度基本么有影响。ss活性剂二元体系的粘度反而低于ZL聚合物溶液的粘度, 说明ss的加入, 反而降低了体系的粘度。Ss之所以能够降低二元体系的粘度, 主要是由于磺酸盐表面活性剂为阴离子型表面活性剂, 与ZL聚合物中的阳离子基团相互作用, 降低了聚合物分子伸展程度, 表现为加入磺酸盐ss后, 体系粘度[7]。

　　图3 活性剂浓度对体系粘度的影响Fig.3 Effect of surfactant concentration on viscosity of system、

　　在图4中, SHSA-HN2二元体系的弹性与ZL聚合物体系的弹性相近, 说明SHSA-HN2活性剂对二元体系的弹性影响不大, 而磺酸盐ss活性剂会降低二元体系的弹性, 主要原因是ss活性剂中的阴离子基团与ZL聚合物中的阳离子基团相互吸引, 使聚合物分子链伸展长度减小, 表现为聚合物弹性随着聚合物溶液的弹性降低[10]。

　　图4 活性剂浓度对体系弹性的影响Fig.4 Effect of surfactant concentration on systematic flexibility

　　4.3、 二元复合体系驱油效果研究

　　表1 不同体系对驱油效果的影响Table 1 Effect of different systems on oil displacement

　　在表1中, 由于在实验条件相似条件下进行, 岩心渗透率也近似相当, 因此水驱采收率近似相同。方案2的化学驱采收率最高。主要是由于此体系的界面张力较低, 能够有效降低驱油过程中毛管阻力。另外, 该体系还具有很高的粘度, 能够有效降低水相的流动能力, 扩大水相波及的油藏体积。SHSA-HN2二元体系同时具有较高的弹性, 对水驱后的残余油能够有效的实现拉拽作用, 提高残余油的驱油效率[8,9]。基于以上原因, 该体系能有效提高油藏的综合驱油效率。

　　在表2中, 活性剂浓度不同, 二元体系的驱油效果不同。活性剂浓度从0.1%提高到0.2%, 化学驱采收率提高了2.9%。活性剂浓度从0.2%提高到0.3%, 化学驱采收率提高了1%。由此可以看出, 随着活性剂浓度的增加, 化学驱采收率提高幅度降低。从界面张力数据可以看出, 活性剂浓度从0.1%~0.3%时, SHSA-HN2二元体系的界面张力均可以达到10-3 m N/m, 之所以会产生不同的驱油效果主要由两方面因素导致, 一方面二元体系在注入到岩心中以后, 体系会被岩心中的流体稀释, 从而降低活性剂浓度。另一方面, 在岩心中流动过程中, 会被岩石孔隙表面吸附, 降低活性剂浓度。基于以上两方面的原因, 随着活性剂浓度的增加, 二元体系驱油效果变好[11,12]。

　　表2 活性剂浓度对驱油效果的影响Table 2 Effect of surfactant concentration on oil displacement

　　5、 结束语

　　SHSA-HN2活性剂能够有效降低二元体系界面张力, 并且能够使聚合物ZL保持较高的粘度和弹性, 这促使上海院二元体系能够在水驱之后, 能够有效挖潜残余油, 有效提高水驱后采收率。

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