崔國濤，王小娟

SYZP系列高效酸液助排劑性能研究與評價

崔國濤1， 2，王小娟3

（1.西安石油大學石油工程學院，陜西 西安 710065；2.延長石油集團油氣勘探公司，陜西 延安 716000；3.西安石油大學期刊中心，陜西 西安 710065 ）

利用季銨鹽陽離子表活劑、氟碳FC-100、OP-10、短鏈醇、助溶劑等復配制備了SYZP-A、B、C、D助排劑。運用吊環(huán)法測定了SYZP-A、B、C、D助排劑的表面張力，同時測定了助排劑的溶解性、熱穩(wěn)定性、乳化性、配伍性、耐鹽、排出效率等性能。實驗結果表明，SYZP-A、B、C、D助排劑具有較強的表面活性，達到臨界膠束濃度時，表面張力分別為26.7mN·m-1、25.9mN·m-1、25mN·m-1、25.1mN·m-1。SYZP型助排劑呈現(xiàn)無色透明狀，有良好的水溶和酸溶性能，與酸液具有良好的配伍性，在酸性或堿性環(huán)境下，依然保持較高的表面活性。經(jīng)150℃加熱后，SYZP-A、B、C、D型助排劑表面張力較加熱前變化不大；同時，SYZP-A、B、C、D助排劑表現(xiàn)出良好的耐鹽能力和排出效率，助排效率達到80%以上，適用于高鹽地層酸化作業(yè)殘酸的返排。

助排劑；性能；評價

在酸化工藝中，腐蝕酸可以增加地層的孔隙和裂縫，提高滲透率，達到增產(chǎn)增注的目的。同時，酸化結束后，希望殘酸及時返排，清除地層傷害，但在能量較低、滲透性差的地層條件下處理困難。為提高殘酸的返排效率，最有效的方法是向體系中添加助排劑。助排劑工作的機理是降低油水界面張力，增大相對巖石表面的潤濕角或增大毛細管半徑，使毛細管壓力減小，使得靠毛細管壓力滯留于地層的殘酸更易于返排［1-2］。

目前，助排劑的研究主要集中在各種表面活性劑的復配上［3］，美國Dowell公司工作人員用氟碳表面活性劑、非離子表面活性劑和有機溶劑進行復配，得到了表面張力小于30mN·m-1，酸液返排率超過80%的助排劑［4］。針對油藏地質(zhì)條件日益復雜、開采油層深度不斷增加、高溫高鹽地層越來越多等問題，對酸液助排劑性能要求更加苛刻［5-6］。孫銘勤［7］研究了高溫酸化助排劑HC2-1，該劑具有使用濃度低、表面活性高、耐高溫的特點。任占春［8］以氟表面活性劑FCXF、Ⅱ型潤濕性改變劑和兩性表面活性劑APS復配制備了一種新型高界面活性助排劑，該助排劑具有降低表界面張力和改變巖石表面潤濕性的雙重作用，優(yōu)于常規(guī)助排劑的界面性能和助排效果。本文使用季銨鹽陽離子表活劑、氟碳FC-100、OP-10、短鏈醇進行復配得到4種助排劑，這些助排劑具有生產(chǎn)成本較低，表面活性高等特點，適用于高鹽地層酸化作業(yè)。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品與儀器

氯化鈉（分析純），氯化鎂（分析純），氯化鉀（分析純），中性煤油（工業(yè)純），石英砂（粒度0.180～0.280mm），鹽酸（分析純）。

Sigma表面張力儀。

1.2 SYZP-型助排劑的配制與性能測試

SYZP型助排劑由季銨鹽陽離子表活劑、氟碳FC-100、OP-10、短鏈醇、助溶劑等組成，詳細組分及含量列于表1。參照Q/SH 0054-2007《壓裂酸化用助排劑性能評價方法》對SYZP型助排劑的表面張力、熱穩(wěn)定性、助排率等性能進行測定。

表1 實驗樣品的組分及含量

2 結果與討論

2.1 SYZP系列助排劑表面張力測定

將SYZP系列助排劑配制成質(zhì)量分數(shù)為0.04%、0.06%、0.08%、0.1%、0.2%、0.4%的水溶液，測定不同質(zhì)量分數(shù)下助排劑的表面張力，得到助排劑的表面張力隨著質(zhì)量分數(shù)的變化如圖1所示。

圖1 SYZP系列助排劑的表面張力與質(zhì)量濃度的關系

由圖1可以看出，SYZP系列助排劑的表面張力隨著質(zhì)量濃度的增加而減小，當助排劑的質(zhì)量濃度達到臨界膠束濃度后，表面張力隨質(zhì)量濃度的變化趨勢趨于穩(wěn)定。SYZP-A、B、C、D這4種助排劑的臨界膠束濃度分別為0.1%、0.1%、0.2%、0.2%，達到臨界膠束濃度時，SYZP-A、B、C、D助排劑的表面張力分別為26.7mN·m-1、25.9mN·m-1、25mN·m-1、25.1mN·m-1，符合Q/SH 0054-2007《壓裂酸化用助排劑性能評價方法》中對助排劑的表面張力小于30mN·m-1的要求。

2.2 外觀

SYZP-A、B、C、D助排劑樣品呈現(xiàn)無色透明狀，符合Q/SH 0054-2007《壓裂酸化用助排劑性能評價方法》中對助排劑質(zhì)量指標的要求。

2.3 pH值

用精密pH試紙測試SYZP-A、B、C、D助排劑的pH值，測定結果見表2。

表2 SYZP-A、B、C、D的pH值

分別在pH值為1、3、8的情況下，測定SYZP-A、B、C、D助排劑的表面張力，測定結果見表3。

表3 不同pH下SYZP型助排劑的表面張力

由表2、3可以看出，SYZP-A、B、C、D助排劑呈現(xiàn)酸性，pH值對助排劑的表面張力的影響不大，無論是在酸性或堿性環(huán)境下，SYZP-A、B、C、D助排劑的表面張力維持在26～28mN·m-1之間，表現(xiàn)出較好的表面活性。

2.4 溶解性

水溶性：SYZP-A、B、C、D型助排劑均易溶于水。

酸溶性：取10mL的SYZP-A、B、C、D型助排劑置于90mL、15%的鹽酸中，觀察助排劑的酸溶性能，SYZP-A、B、C、D型助排劑酸溶性如表4所示。

表4 SYZP-A～SYZP-D助排劑的酸溶性

由表4可以看出，將SYZP助排劑加入15%的鹽酸中，SYZP-型助排劑表現(xiàn)為較好的酸溶性。同時混合后的液體透明清亮，不分層，無沉淀，表明助排劑與酸液具有較好的配伍性，符合Q/SH 0054-2007《壓裂酸化用助排劑性能評價方法》中對助排劑水溶、酸溶的要求。

2.5 乳化性能

取0.1mL的A、B、C、D助排劑分別加入4個100mL的比色管中，再向其中加入50mL水、50mL煤油振蕩之后觀察現(xiàn)象，測試結果如表5所示。助排劑乳化高度分別為1.1cm、1cm、0.7cm、13.4cm。乳化性強弱為：SYZP-D＞SYZP-B＞SYZP-A＞SYZP-C。

表5 SYZP-A～SYZP-D助排劑乳化性能的測試

2.6 熱穩(wěn)定性

將質(zhì)量分數(shù)為0.3%的SYZP-A、B、C、D型助排劑水溶液加入廣口瓶中，在150℃下放置3d，測定溫度對表面活性劑活性的影響，結果如表6所示。

由表6可見，經(jīng)150℃加熱后SYZP-A、B、C、D型助排劑4個樣的表面張力均較放置前有所降低，即加熱后SYZP-A、B、C、D表面活性均有所降低。但表面張力仍然滿足Q/SH 0054-2007《壓裂酸化用助排劑性能評價方法》中對助排劑熱穩(wěn)定性中表面張力小于32mN·m-1的要求。

表6 SYZP-A～SYZP-D助排劑加溫前后的表面張力

2.7 耐鹽性能

在酸化過程中，腐蝕酸與巖石中碳酸鹽等反應使殘酸中含有大量的鈣、鎂離子及其他離子，且隨酸液不斷消耗，殘酸中鈣、鎂離子含量逐漸增加。為了考察酸巖反應過程中生成的離子對助排劑表面性能的影響，以質(zhì)量濃度分別為20g·L-1、30g·L-1、40g·L-1的氯化鎂和氯化鈣溶液為溶劑，將SYZP-A、B、C、D助排劑配制成質(zhì)量分數(shù)為0.3%的溶液，靜置24h后，使用表面張力儀測定不同質(zhì)量濃度的鈣、鎂鹽對助排劑表面活性的影響，實驗結果如圖2所示。

圖2 氯化鎂加量（a）和氯化鈣加量（b）對SYZP-A、B、C、D助排劑表面張力的影響

從圖2中可以看出，SYZP-A、B、C、D助排劑在氯化鎂和氯化鈣溶液中的表面張力變化不大，大部分助排劑的表面張力小于30mN·m-1，表面活性依然很強。因此SYZP-A、B、C、D助排劑具有良好的耐鹽能力，適用于高鹽地層酸化作業(yè)殘酸的返排。

2.8 返排效率測定

按照Q/SH 0054-2007《壓裂酸化用助排劑性能評價方法》中助排劑的返排性能提高率實驗方法，測定SYZP-A、B、C、D型助排劑的返排性能提高率，實驗結果如表7所示。

從表7中可以看出，使用2% KCl溶液時排出效率為35.65%，當使用SYZP-A、B、C、D后，排出效率達到80%以上，明顯提高了排出效率。這是因為加入SYZP-A、B、C、D助排劑，可以降低填砂管中液體的表界面張力，增大潤濕角，減小毛細管阻力，使填砂管中的液體易于從地層排出，助排效果明顯。

表7 SYZP系列助排劑返排效率的測定

3 結論

1）利用季銨鹽陽離子表活劑、氟碳FC-100、OP-10、短鏈醇、助溶劑等復配制備的助排劑SYZP-A、B、C、D具有較強的表面活性，助排劑的質(zhì)量分數(shù)分別為0.1%、0.1%、0.2%、0.2%，即可達到臨界膠束濃度，達到臨界膠束濃度的表面張力分別為26.7mN·m-1、25.9mN·m-1、25mN·m-1、25.1mN·m-1。

2）SYZP-型助排劑呈現(xiàn)無色透明狀，表現(xiàn)出較好的水溶和酸溶性，與酸液具有較好的配伍性，在酸性或堿性環(huán)境下，助排劑的表面張力維持在26～28mN·m-1之間，表現(xiàn)出較好的表面活性。經(jīng)150℃加熱后SYZP-A、B、C、D型助排劑4個樣的表面張力均較放置前有所降低，即加熱后SYZP-A、B、C、D表面活性均有所降低，但表面張力仍然滿足Q/SH 0054-2007《壓裂酸化用助排劑性能評價方法》中對助排劑熱穩(wěn)定性中表面張力小于32mN·m-1的要求。同時，SYZP-A、B、C、D助排劑具有良好的耐鹽能力和助排性能，助排率達到80%以上，適用于高鹽地層酸化作業(yè)殘酸的返排。

3）SYZP-A、B、C、D助排劑的各項指標均符合Q/SH 0054-2007《壓裂酸化用助排劑性能評價方法》中對助排劑質(zhì)量指標的要求。

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Performance Research and Evaluation of Effective Cleanup Additive SYZP for Acidation

CUI Guo-tao1，2， WANG Xiao-juan3
（1.College of Petroleum Engineering， Xi’an Shiyou University， Xi’an 710065， China；2.Oil and Gas Exploration Company，Yanchang Petroleum Group， Yan’an 716000， China； 3.Periodical Center， Xi’an Shiyou University， Xi’an 710065，China）

The cleanup additives of SYZP-A， B， C， D were prepared using quaternary ammonium surfactant， FC-100， OP-10， short chain alcohols， cosolvent as materials. The surface tension of cleanup additives was determined with tensiometer which had bail law. Simultaneously， solubility， thermal stability， emulsification， compatibility， salt tolerance， exhaust efficiency and other properties of the cleanup additive were determined in the experiment. The experimental results showed that the surface tension were 26.7mN/m， 25.9mN/m， 25mN/ m， 25.1mN/m with its CMC. The cleanup additives were colorless and transparent. The performance of water-soluble and acid-soluble were excellent， they had good compatibility with acid. Under acidic or alkaline conditions， they still remained excellent surface activity. The cleanup additives of SYZP-A， B，C， D had little change after 150℃ heated. Simultaneously， the cleanup additives had excellent ability of salt tolerance， and the rate of cleanup jump over 80%， they were applicable for flowback of residual acid in stratum with higher salt.

cleanup additive； property； evaluate

TE 357

A

1671-9905（2016）06-0030-04

崔國濤（1983-），男，陜西延安人，碩士研究生，從事油氣田增產(chǎn)措施研究。E-mail：1146724850@qq.com

2015-04-20