任剛，李宜強(qiáng)，4，余昭艷，王超群，陳剛

（1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京102249；2.中國石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249；3.中國石油天然氣集團(tuán)公司三次采油重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249；4.中國石油大學(xué)（北京）提高采收率研究院，北京102249；5.中國石油大慶油田有限公司第一采油廠，黑龍江 大慶163000）

由于聚驅(qū)后仍有近50%的原油殘留在地層中，因此發(fā)展聚驅(qū)后繼續(xù)提高原油采收率的新技術(shù)迫在眉睫［1-2］。聚驅(qū)后地層非均質(zhì)性加強(qiáng)，調(diào)整難度較大，必須增大驅(qū)替劑的流度控制能力，擴(kuò)大波及體積。三元復(fù)合驅(qū)可提高采收率20%，但由于三元復(fù)合驅(qū)采用的部分聚丙烯酰胺在堿的作用下，黏度下降幅度較大，為了提高流度控制能力，必須加大聚合物用量，而如此則容易傷害地層，造成生產(chǎn)成本較高。二元復(fù)合驅(qū)避免了驅(qū)替流體與地層巖石礦物間發(fā)生的堿耗反應(yīng)，減小了井筒結(jié)垢等問題；但普通聚合物與表面活性劑體系在地層中容易發(fā)生色譜分離，導(dǎo)致界面張力升高。聚表劑綜合了聚合物和表面活性劑二者優(yōu)勢，可在不用堿的條件下，增黏，降低流度比，擴(kuò)大波及系數(shù)，降低油水界面張力，提高對(duì)原油的增溶和乳化能力［3-7］，但是目前對(duì)于聚表劑/S（S 為表面活性劑）二元體系的作用機(jī)理及提高采收率效果的研究尚不系統(tǒng)。本文針對(duì)這一問題研究了聚表劑/S 二元體系的界面張力、 乳化性能及動(dòng)態(tài)驅(qū)油效果，探討了聚表劑/S 二元復(fù)合驅(qū)技術(shù)的可行性，為其作為聚驅(qū)后接替技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供了理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)中采用的聚合物相對(duì)分子質(zhì)量不小于2 500×104，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%，水解度24.4%。聚表劑固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)88.3%，相對(duì)分子質(zhì)量450×104，水解度21.9%，海博公司生產(chǎn)。表面活性劑為非離子型表面活性劑，有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%，華龍祥公司生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

Brookfield DV 型黏度計(jì)，TX-500C 型界面張力儀，巖心驅(qū)油裝置。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

黏度測定：在45 ℃下、7.34-1剪切速率下進(jìn)行溶液表觀黏度的測定。

界面張力的測定：在45 ℃下，以5 000 r/min 的轉(zhuǎn)速進(jìn)行復(fù)合體系-原油界面張力的測定。

老化穩(wěn)定性測定：取50 mL 溶液，抽真空后密封于安瓿瓶中，置于45 ℃的恒溫箱進(jìn)行老化穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。

乳化能力測定： 將不同組成的復(fù)合體系分別與原油按1∶1 混合，充分震蕩后密封，觀察不同時(shí)間的乳狀液析水率。

驅(qū)油實(shí)驗(yàn)：將3 層非均質(zhì)巖心（見表1）抽真空、飽和水，測定孔隙體積與水相滲透率，飽和油并計(jì)算原始含油飽和度，水驅(qū)油至含水率98%，計(jì)算水驅(qū)采收率；注入0.57 PV 的相對(duì)分子質(zhì)量為1 500×104、 質(zhì)量濃度1 000 mg/L 的聚合物前置段塞，接著進(jìn)行后水驅(qū)，至含水率達(dá)到98%，計(jì)算采收率；再注入0.01 PV 的相對(duì)分子質(zhì)量為2 500×104、質(zhì)量濃度2 500 mg/L 的聚合物前置保護(hù)段塞，接著分別注入0.45 PV 的聚合物/S 二元體系和聚表劑/S 二元體系，進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，驅(qū)至含水98%，計(jì)算最終采收率。

表1 巖心參數(shù)

2 復(fù)合體系性能評(píng)價(jià)

2.1 界面張力

用現(xiàn)場污水配制不同質(zhì)量濃度聚表劑和0.3%表面活性劑復(fù)合體系，45 ℃下測定其界面張力，放置7 d后再測其界面張力。具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 聚表劑/S 二元體系界面張力

從表2可以看出，聚表劑/S 二元體系能夠達(dá)到超低界面值，且隨著聚表劑質(zhì)量濃度的增加而降低。這是因?yàn)榫郾韯┦且环N高分子表面活性劑，具有聚合物類性質(zhì)和表面活性劑類性質(zhì)，并且聚表劑分子間的締合結(jié)構(gòu)可以將一部分表面活性劑分子增溶在其中，從而增加了溶液中可以吸附在油水界面上表面活性劑的分子數(shù)目。所以，隨著聚表劑質(zhì)量濃度的增加，體系界面張力值會(huì)隨之降低。

從表2中還可以看出，7 d 之后的界面張力比當(dāng)天的界面張力值高，但仍可達(dá)到10-2mN/m 附近。其原因是：聚表劑剛剛配制完成后一直處于形成節(jié)點(diǎn)、鏈?zhǔn)倪^程中，這會(huì)影響到表面活性劑在油水界面上的吸附；隨著時(shí)間的推遲，分子之間、分子內(nèi)部彼此聯(lián)結(jié)，形成均勻布滿整個(gè)溶液體系的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)溶液內(nèi)部的結(jié)合作用達(dá)到平衡后，油水界面上吸附的分子達(dá)到平衡，界面張力有所增加。

2.2 黏度

復(fù)合體系提高驅(qū)油效率的機(jī)理，一方面是依靠聚合物溶液黏度控制油水流度比，另一方面是依靠表面活性劑產(chǎn)生的超低界面張力將殘余油捕集并驅(qū)出地層。二元復(fù)合體系注入地層后，在油藏條件下會(huì)發(fā)生化學(xué)降解，因此驅(qū)替劑自身的物理化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定性是保證其驅(qū)油效果的前提。室內(nèi)在45 ℃條件下，配制了不同質(zhì)量濃度二元復(fù)合體系，并評(píng)價(jià)了其黏度（見表3）。

表3 聚表劑/S 二元體系穩(wěn)定性

由表3可以看出： 低質(zhì)量濃度的聚表劑未達(dá)到其臨界膠束質(zhì)量濃度，沒有形成大分子線團(tuán)或網(wǎng)狀聚集體，而且隨著降解、老化作用使聚表劑分子鏈斷裂，從而造成了體系黏度降低的現(xiàn)象。

2.3 微觀形態(tài)

為了進(jìn)一步研究聚表劑/S 二元體系，室內(nèi)應(yīng)用掃描電鏡對(duì)聚合物/S 二元體系與聚表劑/S 二元體系的微觀形態(tài)進(jìn)行研究（見圖1，100×）。

圖1 聚合物/S 與聚表劑/S 二元體系微觀形態(tài)

普通聚合物分子在清水溶液中的形態(tài)見圖1a。聚合物大分子鏈間相互扭曲成結(jié)，形成了局部、單層的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)孔較大，并較為稀疏，聚合物分子鏈水化，結(jié)合水化分子，網(wǎng)格骨架較粗；聚表劑分子由于功能基的存在，分子內(nèi)、分子間相互聯(lián)結(jié)，形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，放大1 000 倍時(shí)，看到的網(wǎng)孔不明顯。在相同的放大倍率下，聚表劑與表面活性劑形成的二元復(fù)合體系分子尺寸明顯大于相對(duì)分子質(zhì)量2 500×104聚合物與表面活性劑形成的二元體系，這間接說明了在不考慮剪切降解的影響下，聚表劑/S 二元體系可以在相同的注入?yún)?shù)下，封堵較大的孔隙喉道，因而有利于進(jìn)一步擴(kuò)大波及體積，增加洗油效率；且由于聚表劑的剪切恢復(fù)特性，又使得聚表劑/S 二元體系具有較好的抗剪切性能，在經(jīng)過炮眼剪切和地層滲流巖石孔隙剪切后仍具有較好的工作黏度，相比普通聚合物而言，其驅(qū)油效果依舊可以保持［8］。

2.4 乳化性

室內(nèi)配制聚表劑/S 二元體系，聚表劑質(zhì)量濃度分別為1 000，1 500，1 800 mg/L，復(fù)合體系與脫水原油以1∶1 比例混配，進(jìn)行乳化性能評(píng)價(jià)及乳化穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)（見圖2）。

由圖2可以看出： 高質(zhì)量濃度聚表劑/S 二元體系的乳狀液穩(wěn)定性較好，而質(zhì)量濃度1 000 mg/L 二元液-油體系在放置7 d 后出現(xiàn)分相，上相為黑色油相，下相為水相，呈棕黃色。這說明了較高質(zhì)量濃度的聚表劑可以將表面活性劑穩(wěn)定分布在油水界面上，在降低油水界面張力的同時(shí)，平衡了表面活性劑在油水體系中的分配系數(shù)，聚表劑/S 二元體系與原油形成的乳狀液穩(wěn)定性更好。這是由于，聚表劑分子鏈在溶液中形成了彈性的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，體系的黏度增加，可將乳化的液滴捕獲在網(wǎng)格內(nèi)，降低了乳滴的碰撞幾率，同時(shí)聚表劑具有一定的界面活性，可在乳滴表面形成吸附，增強(qiáng)了乳滴的膜的強(qiáng)度，這些都有利于乳狀液的穩(wěn)定性。

圖2 復(fù)合體系放置7 d 時(shí)乳化情況

3 聚表劑/S 二元體系驅(qū)油效果

提高采收率的2 條根本途徑是擴(kuò)大波及體積和提高驅(qū)油效率。為了進(jìn)一步研究聚表劑/S 二元體系的驅(qū)油效果［9-10］，設(shè)計(jì)了2 組方案進(jìn)行巖心實(shí)驗(yàn)：在方案1中，首先將巖心水驅(qū)到含水98%以上，前置段塞階段注入質(zhì)量濃度1 000 mg/L、相對(duì)分子質(zhì)量1 500×104的聚合物，注入量0.57 PV；再次將巖心水驅(qū)至含水98%以上，在前置保護(hù)段塞階段注入質(zhì)量濃度2 500 mg/L、相對(duì)分子質(zhì)量2 500×104的聚合物，注入量0.01 PV；在主段塞階段，注入組成為質(zhì)量濃度1 800 mg/L、相對(duì)分子質(zhì)量2 500×104的聚合物+0.3%S，注入量0.45 PV。方案2 僅在主段塞階段與方案1 不同，注入組成為質(zhì)量濃度1 800 mg/L、 相對(duì)分子質(zhì)量450×104的聚表劑+0.3%S，注入量0.45 PV。

對(duì)上述2 個(gè)方案的驅(qū)油效果進(jìn)行了比較（見表4）?？梢钥闯?，聚表劑/S 二元體系與聚合物的總采收率均大于60%，比聚合物/S 二元體系提高采收率11.84 百分點(diǎn)。這說明了聚表劑/S 二元體系具有較好的驅(qū)油效果。

表4 驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果 %

聚表劑/S 二元體系可以在相同的注入?yún)?shù)下，封堵較大的孔隙喉道，因而有利于進(jìn)一步擴(kuò)大波及體積，增加洗油效率，而且由于聚表劑的剪切恢復(fù)特性，又使得聚表劑/S 二元體系具有較高的黏度保持率，地層滲流巖石孔隙剪切后仍具有較好的工作黏度。

由含水率變化曲線也可以看出（見圖3），聚表劑/S二元體系含水率最低點(diǎn)比質(zhì)量濃度為1 800 mg/L 的聚合物/S 二元體系低，后續(xù)水驅(qū)見效時(shí)間長于聚合物/S 二元體系，驅(qū)油效果比聚合物/S 二元體系好。聚表劑/S 二元體系的注入壓力大，尤其在后續(xù)水驅(qū)階段，突破壓力是聚合物/S 二元體系的10 倍，這也證明了聚表劑/S 二元體系具有更高黏度。

圖3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線

4 結(jié)論

1）含有高質(zhì)量濃度的聚表劑/S 二元體系比含有低質(zhì)量濃度的聚表劑/S 二元體系的界面張力更小，黏度更大；同一質(zhì)量濃度的聚表劑/S 二元體系，放置7 d后的界面張力會(huì)有所增加，且黏度更大。

2）聚表劑分子具有獨(dú)特的“網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)，分子線團(tuán)尺寸遠(yuǎn)大于普通聚合物，具有更好的液流轉(zhuǎn)向能力。

3）含有高質(zhì)量濃度的聚表劑/S 二元體系乳化性能穩(wěn)定，放置7 d 之后沒有發(fā)生油水分離。

4）實(shí)驗(yàn)表明，聚驅(qū)后聚表劑/S 二元體系主段塞提高采收率比聚合物/S 二元體系主段塞高11.84 百分點(diǎn)，說明聚驅(qū)后聚表劑體系有很大的潛力，因此，聚驅(qū)后的剩余油可以采用聚表劑/S 二元體系進(jìn)行開發(fā)。

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