矯 龍，張 博，常 振

(中海油田服務股份有限公司，天津 300450)

海上油田原油黏度密度大，膠質瀝青質含量高，容易黏附在油藏表層，常規(guī)水驅很難進行開采，必須使用驅油劑來提升采收率。驅油劑一般為表面活性劑，而表面活性劑一個重要的物理指標就是降低油水兩相間的界面張力，所以界面張力機理是提高采收率機理中重要的組成部分。本文利用不同的表面活性劑作為驅油劑，對海上油田不同區(qū)塊原油進行界面張力和一維驅替模擬實驗，明確其中的對應關系及規(guī)律。

1 界面張力機理的研究現(xiàn)狀

1.1 平衡界面張力與提高采收率的關系

平衡界面張力是油水接觸一段時間后達到平衡不再變化時的界面張力，是一個靜態(tài)的概念。廖廣志[1]提出，平衡界面張力達到10-3mN/m超低界面張力時，采收率可以提高20%以上；李華斌等[2]提出要達到油水的平衡界面張力10-3mN/m數量級，采收率提高20%的目標，會在實際應用中出現(xiàn)表面活性劑的種類和來源受到嚴格的限制；陳中華等[3]也提出由毛管數推導計算出的10-3mN/m超低數量級界面張力值，可以作為活化殘余油的結論，但是這只考慮了油水界面張力、驅油體系的黏度以及驅替速度等三個參數，而沒有考慮其他的影響因素。

1.2 動態(tài)界面張力與提高采收率的關系

動態(tài)界面張力是油水間界面張力隨時間變化的瞬時界面張力。李華斌和陳中華[2，3]利用大慶原油進行動態(tài)界面張力對驅油效率影響實驗。研究結果表明，隨著時間的變化，油水動態(tài)界面張力的變化隨著時間變化，界面張力先是逐漸降低到10-3mN/m的超低值，然后又逐漸上升到10-2mN/m或10-1mN/m，甚至更高，盧祥國等[4]認為體系界面張力值越小，采收率越高，說明影響驅油效果的主要因素是油水瞬時界面張力的最低值，最低值越小，驅油效果越好。

2 實驗內容

對海上油田兩個區(qū)塊的原油分別進行界面張力和一維驅替實驗，通過實驗結果可以直觀的得出界面張力對采收率的影響機理。

2.1 界面張力測定實驗

界面張力測試有很多方法，主要為：懸滴法、毛細管上升法、吊片法、最大氣泡法，本文選取懸滴法測試驅油劑的界面張力。

2.1.1 實驗儀器及用品

2.1.1.1 實驗儀器 實驗儀器(見表1、圖1)。

表1 實驗儀器Tab.1 Experimental apparatus

圖1 TX-500界面張力儀Fig.1 TX-500 interfacial tensiometer

2.1.1.2 實驗用品

實驗用油：A-1區(qū)塊原油、B-1區(qū)塊原油。

實驗藥品：石油醚、無水乙醇、丙酮、去離子水，驅油劑的規(guī)格(見表2)。

表2 實驗所用驅油劑規(guī)格及用途Tab.2 The specifications and function of the displacement agents

2.1.2 實驗步驟

(1)儀器清洗：先用石油醚清洗，再用無水乙醇和丙酮繼續(xù)清洗，晾干備用。

(2)裝樣：將樣品注射器分別用去離子水和驅油劑潤洗，抽取樣品注滿樣品管，挑小米粒大小的特定區(qū)塊原油放入驅油劑中，蓋上封堵蓋。

(3)恒溫：把在控制面板上調至50℃，恒溫30 min。

(4)測試：在控制面板上打開控制按鈕，將轉速設置為5 000 r/min，測定該條件下界面張力。

2.2 驅替實驗

針對不同驅油劑對同一區(qū)塊原油降低界面張力的差異、不同濃度的同一種驅油劑對同一區(qū)塊原油降低界面張力的差異以及相同濃度同一種驅油劑對不同區(qū)塊原油降低界面張力的差異，采用一維模擬驅替模型進行驅替模擬實驗，直觀的看出界面張力對提高采收率的影響。

2.2.1 實驗儀器及用品 采用一維模擬驅替模型，模型裝置圖(見圖2)。

實驗用品：去離子水、十二烷基苯磺酸鈉、烷基酚聚氧乙烯醚、石油醚、無水乙醇、丙酮等。

實驗模擬巖心砂比：180 目：120 目：70 目=1：2：4。實驗用油：A-1油田原油、B-1油田原油。

2.2.2 實驗步驟 將目標原油注入到模擬巖心中，在50℃的實驗條件下進行水驅和驅油劑驅，并且計算出最后的采收率，得出界面張力和采收率之間的關系。

圖2 一維模擬驅替模型示意圖Fig.2 One-dimensional simulation dislacement model

3 實驗結果與分析

3.1 界面張力測定實驗

對A-1油田的原油進行了油水界面張力測試，測試溫度統(tǒng)一定在了50℃。藥劑濃度從100 mg/L起始逐漸增大，直到測量指標趨向平衡。從結果可以看出十二烷基苯磺酸鈉降低界面張力的能力較弱，在濃度達到5 000 mg/L時，油水界面張力達到平衡，界面張力降至10-2mN/m級別；而烷基酚聚氧乙烯醚降低界面張力的能力較強，在濃度達到2 000 mg/L時，油水界面張力基本平衡，界面張力降至10-3mN/m級別(見圖3)。

對B-1油田原油進行界面張力測試，測試溫度統(tǒng)一設定為50℃。藥劑濃度從100 mg/L開始逐漸提升。十二烷基苯磺酸鈉降低界面張力的能力還是比較弱，當濃度到3 000 mg/L時基本穩(wěn)定，界面張力僅僅降至10-1mN/m級別；而烷基酚聚氧乙烯醚在濃度3 000 mg/L時也基本穩(wěn)定，界面張力降至10-2mN/m級別，也低于對A-1油田原油降低界面張力的幅度(見圖4)。

3.2 驅替實驗

圖3 不同驅油劑對A-1油田界面張力實驗結果示意圖(50℃)Fig.3 The interfacial tension test results schematic diagram by different oil displacement agent on A-1 oilfield crude oil(50℃)

3.2.1 十二烷基苯磺酸鈉對不同區(qū)塊原油的驅替實驗十二烷基苯磺酸鈉對A-1油田原油的驅替實驗結果(見圖5)可以看出：隨著十二烷基苯磺酸鈉的濃度提高，油水界面越來越低。由于十二烷基苯磺酸鈉降低界面張力的能力較弱，所以對采收率的提高并沒有多大貢獻。當濃度為0.03%，油水界面張力為10-1mN/m級別時，采收率僅僅提高了1.1%；當濃度為0.5%，界面張力降至10-2mN/m級別時，采收率也只提高了5.95%。但是，采收率的總體趨勢還是隨著界面張力的降低而升高。

圖4 不同驅油劑對B-1油田原油界面張力實驗結果示意圖(50℃)Fig.4 The interfacial tension test results schematic diagram by different oil displacement agent on B-1 oilfield crude oil(50℃)

圖5 不同濃度十二烷基苯磺酸鈉對A-1油田原油驅替實驗結果圖Fig.5 The experiment results schematic diagram by different concentrations of SDBS displace on the A-1 oilfield

十二烷基苯磺酸鈉對B-1油田原油的驅替實驗結果可以看出：隨著十二烷基苯磺酸鈉濃度的提高，油水界面越來越低，采收率也有小幅度的提升。當濃度為0.03%時，油水的界面張力降至1 mN/m級別時，采收率提高了0.75%，當濃度達到平衡濃度0.5%時，油水的界面張力降至10-1mN/m級別時，采收率提高了5.5%。但是提高采收率的幅度都小于同濃度十二烷基苯磺酸鈉對A-1油田原油驅替時提高采收率的幅度，這是因為十二烷基苯磺酸鈉對B-1油田原油降低界面張力的能力要弱于其對A-1油田原油降低界面張力的能力。

3.2.2 烷基酚聚氧乙烯醚對不同區(qū)塊原油的驅替實驗烷基酚聚氧乙烯醚對A-1油田原油驅替實驗結果(見圖6)可以看出：隨著烷基酚聚氧乙烯醚濃度的提高，界面張力降低幅度很大，采收率的總體趨勢也是提升。在濃度為0.03%時，界面張力降至10-1mN/m級別時，采收率提高了12.38%，雖然降低界面的程度和同濃度十二烷基苯磺酸鈉基本一致，但是采收率遠遠大于十二烷基苯磺酸鈉在同一濃度時對A-1油田原油的驅替采收率；在濃度為0.1%時，界面張力降至10-2mN/m級別，采收率提高的幅度進一步加大，最后提高了18.40%，也是遠遠大于同濃度的十二烷基苯磺酸鈉對本區(qū)塊原油的驅替采收率；在濃度為0.5%時，雖然界面張力降低的更多，基本達到了超低界面張力的10-3mN/m級別，但是對原油的驅替采收率和0.1%時基本持平甚至到了驅替末期會比濃度為0.1%時驅替采收率低，最后采收率提升了18.17%。

圖6 不同濃度的烷基酚聚氧乙烯醚對A-1油田驅替實驗結果Fig.6 The experiment results schematic diagram by different concentrations of polyoxyethylene alkylphenol ether displace on the A-1 oilfield

烷基酚聚氧乙烯醚對B-1油田原油驅替實驗結果(見圖7)可以看出：隨著濃度的升高，界面張力降低，采收率也有提升的趨勢。當濃度為0.03%時，界面張力為1 mN/m級別，提升采收率為1.64%，和同濃度十二烷基苯磺酸鈉對B-1油田原油驅替提升采收率基本持平。當濃度為0.5%時，界面張力降至10-1mN/m級別，降低的界面張力和十二烷基苯磺酸鈉降低的幅度持平，但是提升采收率的幅度要比十二烷基苯磺酸鈉要大，最后提升了9.26%；由于在濃度為0.5%時界面張力為0.213 mN/m，接近10-2mN/m級別，所以比濃度為0.1%時，提升采收率的幅度要大。

4 結論

本章運用TX-500旋轉界面張力儀和一維線性驅替模型分別測試兩種驅油劑對特定區(qū)塊的原油的油水界面張力以及這種界面張力的差異性和提高采收率之間的關系：

(1)對于不同濃度的同一驅油劑對特定區(qū)塊原油驅替，隨著濃度的提升，界面張力降低，當油水界面在10-2mN/m級別以上時，隨著油水界面的降低，采收率有提升的趨勢，在達到10-2mN/m級別時，有一個較大程度的升高。此時是因為界面張力的降低，降低了油滴和巖石間的粘附功，使得稠油從巖石中剝離效率提高，另外一個方面是增大了啟動毛管數，使得稠油易于被運移啟動。

(2)對于同一濃度的不同驅油劑對特定區(qū)塊原油驅替，雖然在降低界面張力的能力持平，采收率還是有很大的差別。

圖7 不同濃度的烷基酚聚氧乙烯醚對B-1油田驅替實驗結果Fig.7 The experiment results schematic diagram by different concentrations of polyoxyethylene alkylphenol ether displace on the B-1 oilfield

(3)根據毛管效應公式，計算出油水臨界超低界面應為10-3mN/m級別，即10-3mN/m級別時，采收率應該有一個很大幅度的升高，但是實驗中卻表現(xiàn)出了反?，F(xiàn)象，可能的原因是，過低的界面張力會影響乳狀液的界面膜穩(wěn)定性從而影響乳狀液的穩(wěn)定性，不利于采收率的提升。

參考文獻：

［1］廖廣志.三元復合驅中超低界面張力影響因素研究［J］.大慶石油地質與開發(fā)，2001，12(2)：40-42.

［2］李華斌，陳中華.界面張力特征對三元復合驅油效率影響的實驗研究［J］.石油學報，2006，27(5)：96-98.

［3］陳中華，李華斌，曹寶格.復合驅界面張力數量級與提高采收率的關系研究［J］.海洋石油，2005，25(3)：53-57.

［4］盧祥國，張云寶.聚合物驅后進一步提高采收率方法及其作用機理研究［J］.大慶石油地質與開發(fā)，2007，26(6)：113-118.