王威 張?jiān)茖? 王楠 李彥閱 薛寶慶 那日蘇 馬鳳春

摘 ?????要：表面活性劑是一種高界面活性化學(xué)劑，具有降低油水界面張力的特性。應(yīng)用表面活性劑驅(qū)油能夠有效地提高洗油效率，實(shí)現(xiàn)提高采收率的目的，但據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，表面活性劑在地下儲(chǔ)層驅(qū)替過(guò)程中，常會(huì)出現(xiàn)見(jiàn)水快、穩(wěn)油效果差等現(xiàn)象。在驅(qū)替過(guò)程中，表面活性劑驅(qū)油效果受到溫度、礦化度、濃度、藥劑類型等因素影響，且由于巖石吸附作用會(huì)造成大量表面活性劑的損失。因此，基于表面活性劑驅(qū)在油田開(kāi)發(fā)上的實(shí)際效果，歸納了表面活性劑對(duì)儲(chǔ)層物性的改善方式，分析了表面活性劑驅(qū)油及吸附的機(jī)理，針對(duì)表面活性劑驅(qū)油現(xiàn)狀，為油田實(shí)際生產(chǎn)提供參考性建議。

關(guān) ?鍵 ?詞：表面活性劑;界面張力;儲(chǔ)層物性;驅(qū)油現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：TE39 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）08-1850-04

Abstract： Surfactant is a high interfacial active chemical agent， and has the characteristics of reducing the interfacial tension of oil and water. Surfactant flooding can effectively improve oil washing efficiency and enhance oil recovery， but according to field tests， surfactant flooding in underground reservoirs often results in rapid water breakthrough， poor oil stabilization effect and other phenomena. In the process of displacement， the effect of surfactant flooding is affected by temperature， salinity， concentration， type of reagent， and a large number of surfactants will be lost due to rock adsorption. Therefore， based on the actual effect of surfactant flooding in oilfield development， the ways of improving reservoir physical properties with surfactant were summarized in this paper， the mechanisms of surfactant flooding and adsorption were analyzed. At last， in view of the current situation of surfactant flooding， some suggestions for oilfield actual production were put forward.

Key words： Surface active agent; Interfacial tension; Reservoir physical property; Oil displacement status

隨著原油需求量的日趨增長(zhǎng)，如何高效地開(kāi)發(fā)油藏成為石油科技工作者關(guān)心的問(wèn)題[1]。注入水驅(qū)油方式以其技術(shù)簡(jiǎn)單、操作流程簡(jiǎn)便、投資成本較小的優(yōu)勢(shì)被應(yīng)用于各大油田[2，3]。據(jù)研究表明，當(dāng)油田進(jìn)入高含水期后，水驅(qū)不能滿足生產(chǎn)實(shí)際需要，儲(chǔ)層中的剩余油不能合理高效地開(kāi)發(fā)出來(lái)[4]?；瘜W(xué)驅(qū)通過(guò)改變驅(qū)替相與儲(chǔ)層流體及巖石孔隙之間的物性使得原油采收率得到大幅提高[5]。而表面活性劑作為化學(xué)驅(qū)常用藥劑之一，表面活性劑性能的研究受到科研工作者得的高度重視[6]。表面活性劑是一種高界面活性的化學(xué)藥劑，它可以有效的降低油水界面張力，改變儲(chǔ)層中原油及巖石表面與水的潤(rùn)濕性，進(jìn)而達(dá)到提高油層采收率的目的[7，8]。而表面活性劑的這些優(yōu)良性能與其結(jié)構(gòu)是密不可分的。大部分表面活性劑具有極性和非極性兩個(gè)基團(tuán)，這兩個(gè)基團(tuán)分別具有親水和親油的特性[9]，使得表面活性劑在溶液中形成疏水的效應(yīng)，降低界面張力。從礦場(chǎng)實(shí)際效果來(lái)看，單獨(dú)使用表面活性劑驅(qū)油穩(wěn)油效果差、提高采收率有限，因此研究表面活性劑驅(qū)油機(jī)理尤為重要。本文針對(duì)油田上表面活性劑驅(qū)油現(xiàn)狀，研究了表面活性劑的驅(qū)油機(jī)理，對(duì)聚合物表面活性劑復(fù)合體系及表面活性劑與其它調(diào)剖調(diào)驅(qū)劑復(fù)配體系進(jìn)行機(jī)理分析，尋找表面活性劑在油田生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中的有效用途，為油田開(kāi)發(fā)提供參考性建議。

1 ?表面活性劑相關(guān)驅(qū)油方法

1.1 ?表面活性劑稀體系

活性水是表面活性劑的稀釋體系，其中的表面活性劑濃度小于臨界膠束濃度。表面活性劑稀體系驅(qū)提高原油采收率機(jī)理如下：低界面張力機(jī)理[10]、潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)機(jī)理[11];提高表面電荷密度機(jī)理;聚并形成油帶機(jī)理[12]。

1.2 ?膠束溶液

膠束溶液也屬稀表面活性劑體系，與活性水相比，膠束溶液中存在膠束，開(kāi)始形成膠束的表面活性劑濃度為臨界膠束濃度CMC，含有膠束的活性劑溶液稱為膠束溶液。

膠束溶液驅(qū)是介于活性水驅(qū)和微乳驅(qū)之間狀態(tài)的一種表面活性劑驅(qū)。為了降低膠束溶液與油之間的界面張力，在膠束溶液中，除了表面活性劑外，還需加入醇（如異丙醇、正丁醇）和（或）鹽（如氯化鈉）。與活性水相比，膠束溶液有兩個(gè)特點(diǎn)：膠束的存在和醇 、鹽等助劑的加入[13]。同時(shí)與活性水驅(qū)相比，膠束溶液由于膠束存在而產(chǎn)生了使微溶物溶解度增加的增溶機(jī)理[14]。

1.3 ?微乳液體系

微乳液屬濃表面活性劑體系，它包括兩種基本類型和一種過(guò)渡類型?；拘头謩e為油包水型微乳、水包油型微乳，過(guò)渡型為中相微乳[15，16]。表面活性劑的親水性與親油性取決于溫度、油的性質(zhì)、水中的電解質(zhì)類別、濃度和體系中的助表面活性劑的類別、濃度、親水部分和親油部分等多種因素影響[17，18]。因此微乳的基本類型可在上述因素的影響下發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。此外，微乳與乳狀液存在區(qū)別。對(duì)于微乳來(lái)說(shuō)，油和水是增溶在表面活性劑膠束之中，所以是穩(wěn)定的分散體系。對(duì)于乳狀液來(lái)說(shuō)，油與水間存在界面，所以是不穩(wěn)定體系。微乳雖不同于乳狀液，但在一定條件下，也可發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。配制微乳需用三個(gè)主要成分和兩個(gè)輔助成分。三個(gè)主要成分是油、水和表面活性劑，兩個(gè)輔助成分是助表面活性劑和電解質(zhì)。配制微乳最好用石油磺酸鹽（鈉鹽或銨鹽），配制微乳的助表面活性劑最好用醇，也可用酚。助表面活性劑可參與膠束的形成，增加膠束的空間，增加膠束對(duì)油或水的增溶能力。配制微乳的電解質(zhì)可用無(wú)機(jī)的酸、堿、鹽。電解質(zhì)是通過(guò)減小表面活性劑和助表面活性劑極性部分的溶劑化程度，使膠束在更低的表面活性劑濃度下就可形成，同時(shí)可使微乳與油或水產(chǎn)生超低界面張力。微乳可用于驅(qū)油，而微乳驅(qū)則是以微乳作為驅(qū)油劑的驅(qū)油法。

1.4 ?表面活性劑與聚合物復(fù)合體系

常見(jiàn)的表面活性劑復(fù)合體系包括S/P二元復(fù)合體系以及A/S/P三元復(fù)合體系。所謂的二元復(fù)合體系，是指表面活性劑與聚合物復(fù)配體系，而三元復(fù)合體與二元體系相比其中加入了堿。堿的存在能夠與油中的有機(jī)酸反應(yīng)，從而降低酸對(duì)表面活性劑的影響，而堿與表面活性劑同時(shí)存在會(huì)產(chǎn)生皂化反應(yīng)，在二者協(xié)同作用下，使表面活性劑更好的發(fā)揮其作用。聚合物能夠提高驅(qū)替相的粘度，降低驅(qū)替相與被驅(qū)替相的流度比，減弱在地層中驅(qū)油造成的指進(jìn)現(xiàn)象，擴(kuò)大了在儲(chǔ)層中的波及體積，而堿的存在又能夠有效的促進(jìn)聚丙烯酰胺發(fā)生水解，相同條件下使聚合物濃度得以提升，聚合物濃度的提高能夠使三元體系的粘度變大，改善提高原油采收率。當(dāng)堿的濃度過(guò)高，過(guò)高的礦化度會(huì)使聚合物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，聚合物分子在一價(jià)陽(yáng)離子作用下發(fā)生變形、卷曲，使三元復(fù)合體系效果變差。

與二元體系相比，堿的存在一定程度上會(huì)使三元復(fù)合體系具備優(yōu)勢(shì)，但是堿在驅(qū)油過(guò)程中也會(huì)導(dǎo)致驅(qū)替相粘彈性發(fā)生改變，使彈性能不能夠發(fā)揮良好的驅(qū)油動(dòng)力的作用，從而造成采收率降低。不僅如此，堿能夠使井筒產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象[19]，并且對(duì)地下儲(chǔ)層發(fā)生損害。在成本相似的條件下，二元體系憑借其較低的界面張力能夠最大程度的達(dá)到三元復(fù)合體系驅(qū)油的效果，并且遏制了井筒結(jié)垢現(xiàn)象，最大程度上發(fā)揮出聚合物的彈性能，從而大幅提高采收率。

1.5表面活性劑同其它調(diào)剖調(diào)驅(qū)劑的復(fù)配驅(qū)油機(jī)理

據(jù)礦場(chǎng)試驗(yàn)表明，表面活性劑單獨(dú)作用在儲(chǔ)層中雖然能夠起到提高洗油效率的作用，但當(dāng)油田處于高含水期時(shí)，表面活性劑驅(qū)見(jiàn)水較快，穩(wěn)油效果較差。分析認(rèn)為，表面活性劑在驅(qū)替過(guò)程中擴(kuò)大了過(guò)流端面，在一定程度上提高了剩余油的動(dòng)用程度，但表面活性劑在驅(qū)油過(guò)程促進(jìn)了優(yōu)勢(shì)孔道的形成，在后續(xù)水驅(qū)過(guò)程中，水將沿著表面活性劑走過(guò)的路徑流動(dòng)，而其它毛管孔隙及微毛管孔隙等存在較大的滲流阻力，由于較大的滲流阻力的存在，水會(huì)經(jīng)由優(yōu)勢(shì)孔道驅(qū)替而不能將同一平面上其它孔隙中的剩余油采出，達(dá)不到礦場(chǎng)實(shí)際所需要的“穩(wěn)油降水”的效果。

與常規(guī)表面活性劑驅(qū)油相比，復(fù)配體系不僅能達(dá)到提高微觀洗油效率的目的，還能夠擴(kuò)大波及體積，進(jìn)而提高原油采收率。隨著油氣開(kāi)發(fā)的進(jìn)展，常規(guī)砂巖油田大多進(jìn)入高含水期階段，石油工作者轉(zhuǎn)而關(guān)注非常規(guī)油氣藏的開(kāi)發(fā)。儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重、高溫、高鹽、高凝、稠油、低滲致密砂巖等非常規(guī)油氣藏儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)條件困難、開(kāi)采難度大，常規(guī)聚合物及表面活性劑驅(qū)油已不能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)試劑的生產(chǎn)需求。因此，表面活性劑與其他調(diào)剖調(diào)驅(qū)劑的復(fù)配，二者通過(guò)協(xié)同作用驅(qū)油，在驅(qū)油過(guò)程中不僅能夠發(fā)揮出各種調(diào)剖調(diào)驅(qū)劑的優(yōu)勢(shì)，也能使表面活性劑展現(xiàn)其良好的性能，充分發(fā)揮“驅(qū)油”和“洗油”的作用，大幅提高原油采收率。

與聚合物、聚表二元復(fù)合體系及三元復(fù)合體系相比，表面活性劑與其它調(diào)剖調(diào)驅(qū)劑復(fù)配體系適用性更強(qiáng)，適用范圍更廣。表面活性劑適應(yīng)范圍相對(duì)較大，而聚合物則會(huì)受到多種條件制約?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于礦場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備和地層均具有剪切作用，會(huì)導(dǎo)致聚合物分子受到嚴(yán)重的剪切，降低其性能，而表面活性劑受到剪切力影響較小，調(diào)剖調(diào)驅(qū)劑如聚合物微球，也具有良好的抗剪切能力，使儲(chǔ)層剪切作用的影響降到最小。對(duì)于高礦化度油藏，聚合物在高礦化度條件下鹽敏效應(yīng)嚴(yán)重，會(huì)發(fā)生的卷曲，變形，使聚合物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，降低聚合物的驅(qū)油效果。調(diào)驅(qū)體系如聚合物微球，凍膠分散體具有良好的抗鹽效果，在高鹽條件下依然能夠發(fā)揮良好的調(diào)驅(qū)作用。在儲(chǔ)層為高溫條件時(shí)，聚合物受到溫度的影響會(huì)發(fā)生機(jī)構(gòu)的變化，從而改變其原有的性質(zhì)，而鉻離子凝膠能夠利用高溫條件，在儲(chǔ)層中快速成膠，形成良好的封堵效果，達(dá)到調(diào)剖調(diào)驅(qū)的目的。當(dāng)目標(biāo)油藏為稠油油藏時(shí)，其它調(diào)剖調(diào)驅(qū)劑在發(fā)揮其作用的同時(shí)，表面活性劑能夠較好地降低油水界面張力，降低驅(qū)替過(guò)程中的阻力系數(shù)，當(dāng)注入壓力小于儲(chǔ)層破裂壓力時(shí)，在加入表面活性劑之后，可以適當(dāng)提高注入壓力，增加儲(chǔ)層吸液壓差[20]，通過(guò)與其他調(diào)剖調(diào)驅(qū)劑共同作用，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大波及體積、提高原油采收率的目的。

2 ?表面活性劑的影響因素

在真實(shí)儲(chǔ)層環(huán)境中，表面活性劑會(huì)受到多種因素的限制，如溫度、藥劑類型、配制表面活性劑的濃度、礦化度等因素的影響[21]。不同類型的藥劑受到溫度、礦化度、濃度的影響均不相同，一般情況下，濃度的增加會(huì)使表面活性劑降低界面張力的效果變好，對(duì)于耐溫耐鹽的表面活性劑來(lái)說(shuō)，溫度和礦化度的增加會(huì)促進(jìn)表面活性劑降低界面張力的能力。

3 ?抑制表面活性劑吸附損失的主要方法及其基本原理[22]

在通過(guò)多孔介質(zhì)的過(guò)程中，由于巖石表面存在吸附表面活性劑分子，因此，會(huì)對(duì)表面活性劑造成損失。這種損失會(huì)導(dǎo)致表面活性劑在驅(qū)油過(guò)程中濃度大幅降低，使其失去原有的功用。因此，對(duì)表面活性劑吸附機(jī)理研究尤為重要。常見(jiàn)的表面活性劑吸附方式有以下幾點(diǎn)：離子交換吸附;離子對(duì)吸附;氫鍵形成吸附; London引力（色散力）吸附;憎水作用吸附。

為減少吸附對(duì)表面活性劑產(chǎn)生的損失，通常在表面活性劑中加入犧牲劑。所謂犧牲劑，就是通過(guò)自身的損耗而減少對(duì)表面活性劑的吸附。常見(jiàn)的犧牲劑分為有機(jī)犧牲劑和無(wú)機(jī)犧牲劑，有機(jī)吸附劑以木質(zhì)素磺酸鹽為主，而無(wú)機(jī)吸附劑主要為酸度調(diào)節(jié)劑和電解質(zhì)抑制劑。

4 ?結(jié) 論

（1）表面活性劑驅(qū)油過(guò)程中能夠起到降低油水之間界面張力，提高洗油效率的作用，但單獨(dú)應(yīng)用表面活性劑驅(qū)油見(jiàn)水快穩(wěn)油效果較差，利用二元復(fù)合體系、三元復(fù)合體系以及表面活性劑與其它調(diào)剖調(diào)驅(qū)劑復(fù)配體系能夠達(dá)到擴(kuò)大波及體積、提高洗油效率進(jìn)而提高原油采收率的目的。

（2）表面活性劑的效果受到多種因素的影響，如溫度、礦化度、藥劑濃度、藥劑類型等。

（3）由于巖石表面存在對(duì)表面活性劑的吸附，會(huì)造成表面活性劑的損失，通過(guò)加入犧牲劑可以減少驅(qū)替過(guò)程中表面活性劑因吸附而產(chǎn)生的損失。在表面活性劑產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，應(yīng)在優(yōu)化其降低界面張力、乳化和改善潤(rùn)濕性等性能的同時(shí)，針對(duì)礦場(chǎng)實(shí)際儲(chǔ)層物性和流體性質(zhì)改善表面活性劑損失的問(wèn)題。

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