王小香，吳金橋，吳付洋，楊 江

（1. 西安石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065；2. 延長(zhǎng)石油公司 研究院，陜西 西安 710065；3. 長(zhǎng)慶油田分公司 第一采氣廠，陜西 西安 710065）

隨著常規(guī)油氣資源的減少，非常規(guī)油氣如頁巖油、頁巖氣等的開發(fā)日益受到重視［1-2］。非常規(guī)油氣藏孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜（低孔低滲），采用常規(guī)注水法很難獲得較好的開發(fā)效果［3］。自發(fā)滲吸是非常規(guī)油藏提高采收率的一項(xiàng)重要手段，表面活性劑對(duì)于提高油藏的自發(fā)滲吸效率有很大作用［4］。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)表面活性劑改善滲吸作用的機(jī)理進(jìn)行了大量研究，大部分研究認(rèn)為表面活性劑是通過降低界面張力和接觸角來提高滲吸效果；但滲吸采出程度并不是隨界面張力的降低而單調(diào)遞增，界面張力過低時(shí)，采出程度反而下降［5-11］。李愛芬等［10］研究了界面張力對(duì)低滲親水儲(chǔ)層自發(fā)滲吸的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，界面張力對(duì)滲吸采出程度的影響是非線性的，不同體系的壓裂液都存在一個(gè)最佳界面張力值。

本工作以表面活性劑為壓裂液前置液添加劑，研究了在低滲親水砂巖巖心中的自發(fā)滲吸，分析了有利于滲吸進(jìn)行的接觸角和最佳界面張力范圍，為非常規(guī)油藏的滲吸采油提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

Amott Cell體積法滲析瓶：禹道玻璃儀器廠；JC 2000DS型接觸角測(cè)量?jī)x：北京商德通科技有限公司；SVT 20型旋轉(zhuǎn)滴張力儀：德國Dataphysics公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用油為長(zhǎng)慶油田采出輕質(zhì)油，常溫下黏度為1.683 mPa·s；實(shí)驗(yàn)用水為1%（w）KCl溶液；實(shí)驗(yàn)巖心為人造砂巖巖心，大慶油思科技有限責(zé)任公司，成分為石英砂90%（w）和環(huán)氧樹脂。表1為巖心物性參數(shù)及表面活性劑類型。共采用16種表面活性劑，有效濃度為0.2%（w）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將巖心烘干24 h后測(cè)量記錄巖心尺寸，放入真空干燥皿中抽真空3 h，再將準(zhǔn)備好的原油通過漏斗緩慢注入裝有巖心的燒杯中，真空狀態(tài)下飽和原油24 h后釋放真空，用濾紙吸干巖心表面的浮油，并稱量入巖心的飽和原油質(zhì)量。將飽和原油的巖心放入Amott Cell體積法滲吸瓶中，記錄析出的油滴體積隨時(shí)間的變化。

配制有效濃度為0.2%（w）的表面活性劑溶液，用旋轉(zhuǎn)滴張力儀測(cè)量原油與表面活性劑溶液在室溫下的油水界面張力，界面張力的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為SY/T 5370—2018［12］。

滲吸結(jié)束后的巖心中同時(shí)含有原油和表面活性劑溶液，更能反映油水同時(shí)存在時(shí)表面活性劑對(duì)巖心潤(rùn)濕性的改善效果，因此將滲吸結(jié)束后的巖心切成1 cm左右的薄片，并將表面打磨光滑。用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量接觸角。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑在低滲透巖心中的滲吸

16種表面活性劑溶液中最終有JY-4B（陰離子型）、YIB（陰離子型）、YJ-14（陽離子型）和CTAB（陽離子型）4種溶液能夠滲析出原油。圖1為表面活性劑滲吸效果。由圖1可知，最終采出程度由大到小順序?yàn)椋篔Y-4B>YIB>YJ-14>CTAB。

圖1 表面活性劑滲吸效果Fig.1 Experimental phenomenons of surfactants imbibition.

圖2為采出程度和采出速率隨時(shí)間變化關(guān)系。由圖2可知，JY-4B出油速度很快，滲吸速度也較快，原油主要集中在巖心上表面，為大油滴，這說明JY-4B主要是重力主導(dǎo)下的順向滲吸。YIB出油較慢，72 h后才有小油滴析出，主要集中在巖心上表面，滲吸方式為順向滲吸。YJ-14的滲吸速度較慢，但滲吸時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)，這是由于YJ-14的界面張力極低，滲吸的動(dòng)力弱，水的吸入速度較慢，因此滲吸速度慢；滲吸后期油滴主要以小油滴的形式分布在側(cè)表面，說明YJ-14在滲吸后期以逆向滲吸為主。CTAB在滲吸進(jìn)行5 min即有小油滴析出，主要集中在頂面，說明滲吸前期主要發(fā)生順向滲吸。滲吸后期側(cè)面也有部分油滴析出，順向滲吸和逆向滲吸同時(shí)發(fā)生。其中陰離子型表面活性劑JY-4B的采出程度最高，滲吸速度也最快；而采出程度最低的是陽離子型表面活性劑CTAB。因此，陰離子型表面活性劑的滲吸效果優(yōu)于陽離子型表面活性劑。韓冬等［6］在對(duì)水濕砂巖的滲吸研究中發(fā)現(xiàn)，與其他類型的表面活性劑相比，陰離子型表面活性劑的滲吸效果較好，與本工作的研究結(jié)果一致。

2.2 表面活性劑對(duì)巖石潤(rùn)濕性的影響

不同表面活性劑改善后的巖心接觸角平均值分別為：陰離子型表面活性劑66.5°，陽離子型表面活性劑81.78°，兩性表面活性劑94.25°，非離子表面活性劑88.73°，可以看出，陰離子型表面活性劑改善潤(rùn)濕性的效果好于其他類型的表面活性劑［13］。表2為16種不同表面活性劑溶液及鹽水的接觸角、界面張力及滲吸采出程度。由表2可知，陰離子型表面活性劑改善潤(rùn)濕性的效果要略好于陽離子型表面活性劑和其他類型的表面活性劑。砂巖地層巖石帶負(fù)電荷，原油中帶正電的堿性成分吸附在巖石表面，陰離子型表面活性劑分子帶負(fù)電荷的一端和原油分子中帶正電荷的一端相互作用，形成離子對(duì)，使巖石表面的油膜解吸，因疏水性而運(yùn)移到油相中。而陽離子型表面活性劑則是通過吸附作用與油分子的尾基吸附，使?jié)櫇裥愿淖?。因此，在砂巖中陰離子型表面活性劑改變潤(rùn)濕性的能力較強(qiáng)。對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層，情況則相反。

表2 不同表面活性劑溶液的接觸角、界面張力及滲吸采出程度Table 2 Contact angle，interfacial tension and recovery ratio of different surfactants

2.3 表面活性劑對(duì)油水界面張力的影響

不同溶液的油水界面張力見表2。由表2可知，鹽水的界面張力為15.955 3 mN/m，加入表面活性劑后，油水界面張力降低。陰離子型表面活性劑中效果最好的JY-4B能使界面張力降低至0.166 0 mN/m，陽離子型表面活性劑中效果最好的YJ-14能使界面張力降低至0.044 9 mN/m。非離子型表面活性劑降低界面張力的能力相對(duì)較差。

2.4 自發(fā)滲吸的有利條件

界面張力及接觸角的測(cè)量結(jié)果見表2。由表2可知，接觸角大于70°的巖心均無油滴析出。這說明巖心的潤(rùn)濕性是決定滲吸能否發(fā)生的重要因素，只有達(dá)到一定的潤(rùn)濕程度時(shí)，滲吸才能發(fā)生。而界面張力決定著滲吸效率并存在一個(gè)最佳的范圍，在本工作中界面張力的最佳值為10-1mN/m。在此范圍內(nèi)，接觸角越小滲吸效果越好。當(dāng)界面張力低于10-1mN/m時(shí)，由于過低的界面張力降低了毛細(xì)管力，使?jié)B吸的動(dòng)力減弱，巖心吸水的速度減慢，因此滲吸效果較差。界面張力較大時(shí)，油滴的變形能力較差，不易從巖心表面析出。4種表面活性劑中，JY-4B的最終采出程度最高，其次為YIB。YJ-14由于具有過低的界面張力，使毛細(xì)管力過低，滲吸的動(dòng)力減弱，因此滲吸效果不如JY-4B和YIB。YJ-14的界面張力為0.044 9 mN/m，在出油的4種表面活性劑中界面張力值最低，且出油時(shí)間最長(zhǎng)，說明低界面張力導(dǎo)致了滲吸的滯后效應(yīng)。C18 VES雖然界面張力也較低，但由于接觸角為103.12°，毛細(xì)管力是滲吸的阻力，因此沒有油滴析出。因此，在進(jìn)行表面活性劑的篩選時(shí)，要綜合考慮界面張力和接觸角對(duì)滲吸的影響。

3 結(jié)論

1）表面活性劑能夠改善巖石潤(rùn)濕性和降低油水界面張力，有助于自發(fā)滲吸采油。陰離子型表面活性劑和部分陽離子型表面活性劑的滲吸效果較好。最終采出程度由大到小順序?yàn)椋篔Y-4B>YIB>YJ-14>CTAB。

2）對(duì)于原始潤(rùn)濕性為水濕的人造巖心，接觸角的大小對(duì)滲吸能否發(fā)生起著決定性作用，接觸角小于70°時(shí)滲吸才能發(fā)生。界面張力對(duì)滲吸速度和最終采出程度有很大的影響，對(duì)于滲透率為1 mD的親水巖心，最佳界面張力為10-1mN/m，界面張力過大或過小都不利于滲吸的進(jìn)行。因此，在進(jìn)行表面活性劑滲吸時(shí)不能追求超低的界面張力，應(yīng)研究與目標(biāo)油藏匹配的最佳界面張力范圍，以獲得最高的采收率。