王賀誼，江紹靜，周曄，王前榮

（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西西安710075）

油田化學(xué)

吳起油田Gemini表面活性劑性能評價(jià)研究及應(yīng)用

王賀誼，江紹靜，周曄，王前榮

（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西西安710075）

Gemini表面活性劑各個(gè)體系的表面張力為30mN·m-1左右。在長2油藏條件下，在一定的使用濃度范圍內(nèi)均可使油水界面張力達(dá)到0.1～1mN·m-1，在濃度為0.3%時(shí)可提高不同滲透率巖芯采收率10%～15%，使用0.5%驅(qū)油劑能提高采收率達(dá)19.84%。袁和莊2號(hào)站現(xiàn)場試驗(yàn)區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比來看，產(chǎn)液、產(chǎn)油、含水波動(dòng)較大。試驗(yàn)區(qū)注入驅(qū)油劑后產(chǎn)量明顯增加的有25～35口，日增加產(chǎn)量5.91～10.2t·d-1，其含水穩(wěn)定，產(chǎn)液量和產(chǎn)油量增加。

表面活性劑；界面；吸附；驅(qū)油；試驗(yàn)

表面活性劑用于低滲油藏的降壓增注，是一項(xiàng)較新的技術(shù),有著廣闊的前景,但在許多油田的應(yīng)用中，作用效果好壞不一。陜北油田地處鄂爾多斯盆地，是典型的特（超）低滲油田，油藏結(jié)構(gòu)特殊、組成復(fù)雜，開發(fā)難度越來越大。隨著油田進(jìn)入中后期，油田的發(fā)展對資源的需求更加迫切，油田開發(fā)對技術(shù)的要求越來越高[1-4]。所以有針對性的評價(jià)和選擇相關(guān)新技術(shù)、新產(chǎn)品是油田可持續(xù)發(fā)展的首要工作之一。與常規(guī)中、高滲透油田相比，低滲透油藏開發(fā)中存在的問題比較多，從而導(dǎo)致其采收率比較低。為解決目前延長油礦采收率普遍偏低的問題，針對延長油田不同低滲透儲(chǔ)層特點(diǎn)的評選最佳的Gemini表面活性劑[5-7]，優(yōu)化現(xiàn)場驅(qū)油工藝，通過注入高效驅(qū)油劑，提高水驅(qū)波及體積及驅(qū)油效果，從而提高水驅(qū)采收率，改善油田的開發(fā)效果。研究顯示：Gemini表面活性劑與油田水配伍良好；儲(chǔ)層對Gemini表面活性劑的吸附量達(dá)到“國標(biāo)”；Gemini表面活性劑在試驗(yàn)條件下與原油的界面張力均達(dá)到10-2～10-3mN·m-1的超低狀態(tài)水平；在現(xiàn)有采油條件下，可提高原油采收率10%～15%。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

Gemini表面活性劑，KOH，HCl，CaCO3，EDTA，硼砂，鈣指示劑，鉻黑T，酚酞，甲基橙，BaCl2，CaCl2，NaHCO3，AgNO3，長2采出水。

電子天平，磁力攪拌器，滴定管，錐形瓶，容量瓶，pH計(jì)，恒溫箱，NDJ-85數(shù)字顯示粘度計(jì)，M6500旋滴式張力計(jì)。

1.2 測試與評價(jià)

試驗(yàn)用地層水、原油、Gemini表面活性劑密度、粘度測試結(jié)果見表1，Gemini表面活性劑密度和粘度均介于油水之間。

表1 長2油藏地層水水質(zhì)分析結(jié)果Tab.1The results of Chang 2 reservoir formation water quality analysis

表2 地層水、原油、Gemini表面活性劑密度、粘度測試結(jié)果Tab.2The density and viscosity test results of formation water, crude oil,Gemini surfactant

1.2.1 界面活性評價(jià)配制一系列濃度的Gemini表面活性劑溶液（0.1%到1.0%），溶劑分別有蒸餾水、自來水、長2采出水，然后分別用長2油來測定界面張力。Gemini表面活性劑驅(qū)油劑在長2油藏條件下，在一定的使用濃度范圍內(nèi)均可使油水界面張力達(dá)到10-3mN·m-1的超低狀態(tài)，這對水驅(qū)油是非常有利的。

圖1 Gemini表面活性劑驅(qū)油劑在不同水質(zhì)條件下的界面張力Fig.1

在Gemini表面活性劑濃度為0.3%（蒸餾水配制），通過實(shí)驗(yàn)選擇效果比較好的4種無機(jī)物：Na2CO3，NaBr，NH4NO3，鋁酸鈉，兩種有機(jī)物：二甲胺，二乙胺六種物質(zhì)的濃度依次為1000，2000…10000mg·L-1等10組，分別與長2原油測試其油水界面張力。

圖2 不同濃度添加劑對Gemini表面活性劑界面張力的影響Fig.2

由圖2可知，對長2油當(dāng)鋁酸鈉濃度為7000 mg·L-1時(shí)可達(dá)到0.00149mN·m-1的較低的界面張力。在原來選定的2種有機(jī)物和4種無機(jī)物種選取最佳濃度，然后進(jìn)行交叉試驗(yàn)，兩兩配對配置一系列溶液。對長2油選定二甲胺10000mg·L-1二乙胺8000mg·L-1分別和鋁酸鈉7000mg·L-1，Na2CO39000mg·L-1，NaBr 8000mg·L-1，NH4NO37000mg·L-1配置8份溶液。測定的界面張力數(shù)據(jù)見表3。

表3 添加劑復(fù)配后對長2原油與Gemini表面活性劑界面張力的影響Tab.3Impact on the Chang 2 oil and Gemini surfactant interfacial tension of the additive compound

由表2可知，對長2原油最佳比例為二甲胺10000mg·L-1-鋁酸鈉7000mg·L-1。

對長2原油固定二甲胺10000mg·L-1改變鋁酸鈉的濃度使二甲胺與鋁酸鈉的比例分別測定其界面張力，數(shù)據(jù)見表4。

表4 二甲胺與鋁酸鈉不同比例對界面張力的影響Tab.4Effect of different proportions of dimethylamine and sodium aluminate interfacial tension

由表4可知，對長2原油最佳比例為二甲胺：鋁酸鈉為1∶1.5。

1.2.2 表面張力的測定

（1）Gemini表面活性劑不同溶液中的表面張力

首先采用不同水源配置系列濃度Gemini表面活性劑，以期得到在不同水源中的臨界膠束濃度和最低表面張力。

圖3 Gemini表面活性劑在不同溶液中的表面張力Fig.3The surface tension of Gemini surfactant in different solution

由圖3可知，Gemini表面活性劑驅(qū)油劑在蒸餾水和自來水中各濃度下的表面張力均在30× 10-3mN·m-1左右，在長2水溶液中的表面張力基本無變化。

（2）表面張力抗鹽性能評價(jià)驅(qū)油液注入地層后，將與地層水相遇，使體系礦化度發(fā)生變化，會(huì)影響其界面活性。因此，分別用NaCl、CaCl2水溶液作為模擬地層水，配制Gemini表面活性劑濃度為0.3%，改變NaCl、CaCl2的濃度為0、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000和10000mg·L-1，對驅(qū)油液的抗鹽性能進(jìn)行了評價(jià)。評價(jià)結(jié)果見圖4。

圖4 表面活性劑在不同濃度水溶液中的表面張力Fig.4The surface tension of Gemini surfactant in different NaCl、CaCl2solution

由圖4可見，在驅(qū)油液礦化度為1000～10000mg· L-1范圍內(nèi)，表面張力隨礦化度的增加變化不大，表明該體系具有抗鹽性能。

參照界面張力對添加劑的篩選結(jié)果，考察了向0.3%蒸餾水所配置的驅(qū)油劑溶液加入一定濃度的NH4NO3，NaAlO2后表面張力變化情況見圖5。

圖5 添加劑NH4NO3，NaAlO2對表面張力的影響Fig.5The influence of additive NH4NO3,NaAlO2of surface tension

由圖5可見，與界面張力測試結(jié)果不同，向驅(qū)油劑溶液添加NH4NO3、NaAlO21000～10000mg·L-1對該體系的表面張力影響不大。

1.2.3 吸附性能評價(jià)將一定量的沙子與一定量的已知濃度的溶液在一定的溫度下吸附，待達(dá)到平衡后，離心分離，取其上層清液，測定其濃度，從濃度變化可計(jì)算出定量沙子對Gemini表面活性劑的吸附率，結(jié)果見圖6。

圖6 不同水溶液條件下表面活性劑在粗油砂上的吸附率Fig.6Surfactant adsorption rate of crude oil on sand under different solution conditions

圖7 不同水溶液條件下表面活性劑在細(xì)油砂上的吸附率Fig.7Surfactant adsorption rate on the type of fine sands under aqueous conditions in

由圖6、7可知，Gemini表面活性劑質(zhì)量濃度為0.5%時(shí)，在粗油砂和細(xì)油砂上的吸附都達(dá)到了飽和。在確定達(dá)到飽和吸附時(shí)間后，應(yīng)該對不同液固比下的表面活性劑吸附性能進(jìn)行測定，確定合適的液固比。為此，配制一定量濃度為1.0%，然后再分別稱取油沙1、2、3、4、5g裝入50mL燒杯中，吸附實(shí)驗(yàn)的液固比分別為40∶1、30∶1、20∶1、10∶1、5∶1，在室溫下進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，吸附穩(wěn)定（24h）后用兩相滴定法測定吸附后Gemini表面活性劑的濃度，并計(jì)算其吸附量，結(jié)果見圖8。

圖8 不同液固比下表面活性劑的吸附率Fig.8Different liquid to solid ratio of surfactant adsorption rate

從圖8中可以看出，隨著液固比的變大，活性劑吸附量逐漸變大，當(dāng)液固比較小的時(shí)候，吸附?jīng)]有飽和，吸附量的變化趨勢比較大，當(dāng)液固比到5∶1的以后時(shí)候，曲線變得平緩，吸附基本達(dá)到飽和。

1.2.4 驅(qū)油模擬實(shí)驗(yàn)巖芯試驗(yàn)中模擬油田實(shí)際的開發(fā)過程進(jìn)行。首先，測定巖芯的所有參數(shù)，包括長度、直徑、孔隙度、孔隙體積等。標(biāo)準(zhǔn)鹽水：NaCl∶CaCl2∶MgCl2·6H2O=7∶0.6∶0.4；礦化度：10000mg· L-1；2L：NaCl 17.5g；CaCl21.5g；MgCl2·6H2O 1g，t=279. 15K，P=943kPa。

用自來水配置不同濃度的Gemini表面活性劑溶液，考察濃度對驅(qū)油效果的影響，具體數(shù)據(jù)見表5。

表5 不同濃度Gemini表面活性劑溶液驅(qū)油效果Tab.5The effect of solution flooding of different concentrations Gemini Surfactant

從表5可以看出，增大Gemini表面活性劑濃度可以提高驅(qū)油效率，考慮到該Gemini表面活性劑的臨界膠束濃度為0.3%～0.4%，濃度過高時(shí)體系的擾動(dòng)容易導(dǎo)致泡沫的產(chǎn)生，對實(shí)際施工產(chǎn)生影響，因此，在以下實(shí)驗(yàn)中采用0.3%的Gemini表面活性劑進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。

針對不同滲透率的巖心采用0.3%的Gemini表面活性劑蒸餾水溶液進(jìn)行驅(qū)油試驗(yàn)，結(jié)果見表6。

表6 不同滲透率的巖心下Gemini表面活性劑驅(qū)油效果Tab.6The effects of different permeability cores on Gemini surfactant flooding

由表6可以看出，采用滲透率較低的巖心進(jìn)行試驗(yàn)采收率在9%～15%之間，驅(qū)油效率較高。

鑒于界面張力對提高采收率有一定的影響，該Gemini表面活性劑在抗鹽性實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了若干可以降低界面張力的添加劑，因此，對加入添加劑二甲胺復(fù)配的Gemini表面活性劑溶液的驅(qū)油效果進(jìn)行了評價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 添加劑對Gemini表面活性劑驅(qū)油效果影響試驗(yàn)結(jié)果Tab.7The effect of additives on Gemini t surfactanflooding

由表7可以看出，二甲胺的加入能夠?qū)⒉墒章侍岣?%～4%左右，具有一定的協(xié)同作用。

2現(xiàn)場試驗(yàn)

吳起油田袁和莊2號(hào)站試驗(yàn)區(qū)2011年11月底注水井開井28口，受益井開井100口，目前開井95口，日產(chǎn)液138.9m3，日產(chǎn)油70.4t，綜合含水40.08%，平均單井日產(chǎn)油0.74t·d-1。根據(jù)室內(nèi)研究成果，注入Gemini表面活性劑可以有效降低注水壓力，提高水驅(qū)的驅(qū)油效率，采用段塞式注入，第一段塞注入濃度為0.5%，注入時(shí)間為三個(gè)月，第二段塞注入濃度為0.3%，注入時(shí)間為12個(gè)月；第三段塞注入濃度為0.5%，注入時(shí)間為3個(gè)月，注完表面活性劑后，再繼續(xù)注水。最大注入壓力約為22MPa。Gemini表面活性劑的注入工作嚴(yán)格按照方案設(shè)計(jì)執(zhí)行，日注Gemini表面活性劑1.1t，累計(jì)注劑348.85t。

袁和莊2號(hào)站試驗(yàn)區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比來看，產(chǎn)液、產(chǎn)油、含水波動(dòng)較大。統(tǒng)計(jì)95口可對比井的生產(chǎn)資料，產(chǎn)量明顯增加的有25～35口，日增加產(chǎn)量5.91～10.2t·d-1，其含水穩(wěn)定，產(chǎn)液量和產(chǎn)油量增加。

3結(jié)論

（1）Gemini表面活性劑各個(gè)體系的表面張力為30mN·m-1左右。表面活性劑與二甲胺、碳酸鈉、硝酸銨、溴化鈉、鋁酸鈉復(fù)配之后，仍可繼續(xù)小幅度降低體系的界面張力。在長2油藏條件下，在一定的使用濃度范圍內(nèi)均可使油水界面張力達(dá)到0.1～1mN· m-1，這對水驅(qū)油是非常有利的。Gemini表面活性劑0.3%能提高不同滲透率巖芯采收率10%～15%，使用0.5%驅(qū)油劑能提高采收率達(dá)19.84%。

（2）吳起采油廠袁和莊2號(hào)站試驗(yàn)區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比來看，產(chǎn)液、產(chǎn)油、含水波動(dòng)較大。試驗(yàn)區(qū)注入驅(qū)油劑后產(chǎn)量明顯增加的有25～35口，日增加產(chǎn)量5.91～10.2t·d-1，其含水穩(wěn)定，產(chǎn)液量和產(chǎn)油量增加。

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Research and application of gemini surfactant performance evaluation for low permeability oil field

WANG He-yi，JIANG Shao-jing，ZHOU-ye，WANG Qian-rong
（Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum（group）Co.,Ltd.,Xi'an 710075,China）

The surface tension of each Gemini surfactant system was 30mN·m-1or so.In the conditions of Chang2 reservoir,within a certain range of concentrations can be used to make oil-water interfacial tension of 0.1～1mN·m-1,at a concentration 0.3%of different permeability core recovery can be improved by 10%～15%，0.5% displacing agent can improve the recovery of 19.84%.Comparison of the data produced and Yuan HeZhuang 2 Station field test area,the produced fluid,oil,water fluctuations.After the test area displacing agent injection significantly increased the yield of 25～35 wells,increasing production 5.91～10.2t·d-1day,its moisture stable liquid production and oil production increases.

surfactant；interface；adsorption；flooding；trial

TE357.46

A

1002-1124（2014）02-0025-05

2013-12-23

王賀誼（1985-），女，陜西人，工程師，2010年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）碩士研究生，主要從事油田化學(xué)及提高采收率技術(shù)研究。