嚴(yán)亮，許康寧，石祺瑤，孫坤琳

辛基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇醚硫酸鈉復(fù)配體系的研究

嚴(yán)亮1，許康寧1，石祺瑤1，孫坤琳2

（1. 長(zhǎng)江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100； 2. 新疆油田分公司油田技術(shù)服務(wù)公司，新疆 克拉瑪依 834000）

研究了辛基酚聚氧乙烯醚OP-50和脂肪醇醚硫酸鈉AES-9Na復(fù)配體系的性能，包括配伍性、界面活性、乳化性、驅(qū)油效果。結(jié)果表明：OP-50與AES-9Na復(fù)配體系在復(fù)配比為4∶1、總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%和0.6%時(shí)，界面張力值為8.8×10-3、8.2×10-3mN·m-1，達(dá)到了超低界面張力水平，抗Ca2+能力可達(dá)到5 000 mg·L-1，抗Mg2+能力可達(dá)500 mg·L-1，具有較強(qiáng)的抗鹽能力，適用于Ca2+較高的油藏；但其耐溫性較差，自乳化性較差，乳化力能力較好。復(fù)配體系在模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)良好，表明該體系能夠很好地提高原油采收率。

OP-50；AES-9Na；界面張力；驅(qū)油效果

表面活性劑主要是利用驅(qū)替流體和被驅(qū)原油體系之間具有的界面張力IFT的特性來(lái)提高采收率[1]，當(dāng)水驅(qū)時(shí)的界面張力值從10～30 mN·m-1降低到 10-3mN·m-1時(shí)能顯著降低殘余油飽和度，從而有效地驅(qū)出剩余油、殘余油。表面活性劑驅(qū)油體系的驅(qū)油效率在水驅(qū)的基礎(chǔ)上提高10%～15%左右，因此，有關(guān)驅(qū)油用表面活性劑的研究一直都是國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者、石油工程師們關(guān)注的重點(diǎn)。

陰離子表面活性劑[2]優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)率高、界面活性好、價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛，缺點(diǎn)是抗吸附能力差、耐鹽性能差，尤其是二價(jià)陽(yáng)離子，易形成沉淀堵塞孔隙，污染油層。非離子表面活性劑[3]通常在水溶液中不電離，耐鹽性能優(yōu)良，但通常不能單獨(dú)使用。由非離子表面活性劑改性得到的陰-非離子表面活性劑[4-5]（酸酯鹽類）存在兩種不同的親水基團(tuán)，它們的共同作用提高了陰離子表面活性劑的親水性和耐鹽性。主要的高分子表面活性劑有烷基酚聚氧乙烯醚系列、纖維素醚系列、丙烯酸酯系列和丙烯酰胺系列高分子表面活性劑。隨著時(shí)代的進(jìn)步，綠色環(huán)保成為了當(dāng)代主題，為了滿足油田環(huán)保采油的目的，一些具有新型結(jié)構(gòu)的表面活性劑[6-8]開始相繼出現(xiàn)，如雙子表面活性劑[9]，這些表面活性劑分子中的疏水基鏈除了碳?xì)渫猓械倪€含有氟、磷、硅、硼等。生物表面活性劑，他本身無(wú)毒，并且可以在自然界完全、迅速地被微生物降解掉，滿足人們環(huán)保的追求。

單一的表面活性劑組成成分較窄，很難滿足如今的油田開采現(xiàn)狀（溫度、礦化度、油相等影響），表面活性劑降低油水界面張力的能力會(huì)受到限制。而表面活性劑復(fù)配后能夠提高驅(qū)油體系的性能，同時(shí)還能降低成本，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益。因此，本文研究了辛基酚聚氧乙烯醚OP-50和脂肪醇醚硫酸鈉AES-9Na在L油藏模擬地層水中的適應(yīng)性，并考察了復(fù)配比例、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、礦化度對(duì)油水界面張力的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和樣品

OP-50，海安縣國(guó)力化工有限公司；AES-9Na，鄭州科奇化工產(chǎn)品有限公司；NaHCO3、Na2SO4、NaCl、CaCl2、MgCl2，分析純，天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開發(fā)有限公司；L油藏脫氣原油。 FA2004B電子分析天平；TX-500C旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀；S10-3恒溫磁力攪拌器；HH 型恒溫水浴鍋。模擬地層水水質(zhì)成分如表1所示。

表1 L油藏注入水水質(zhì)成分

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 表面活性劑溶解性研究

將表面活性劑溶于L油藏模擬水中，配制成0.3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的溶液，充分?jǐn)嚢韬?，靜置24 h，觀察表面活性劑在地層水的溶解性。如若表面活性劑產(chǎn)生沉淀或懸浮物，則說(shuō)明，該表面活性劑與該地層配伍性差，不耐鹽，反之則可以考察其界面活性。

1.2.2 界面活性測(cè)定

用TX-500C旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測(cè)量油水界面張力（記錄長(zhǎng)高比，由電腦計(jì)算數(shù)據(jù)）：①將OP-50和AES-9Na以一定的質(zhì)量比進(jìn)行復(fù)配，觀察不同質(zhì)量比對(duì)油水界面張力的影響；②加入Ca2+、Mg2+觀察復(fù)配體系的耐鹽能力；③改變溫度觀察溫度對(duì)復(fù)配體系的影響。

1.2.3 乳化性能和驅(qū)油效果測(cè)試

在西林瓶中，依次注入（0.4%和0.6%總質(zhì)量分?jǐn)?shù)）復(fù)配體系，再注入L油藏脫氣原油。將具塞瓶放入90 ℃恒溫水浴鍋中24 h，取出后觀察刻度管中的油相和水相的變化。

通過(guò)室內(nèi)模擬地層條件，用巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)對(duì)優(yōu)選出的表面活性劑驅(qū)油配方進(jìn)行驅(qū)油效果評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 OP-50和AES-9Na的界面活性

將表面活性劑進(jìn)行復(fù)配[10]，是要通過(guò)表面活性劑之間的相互作用，使得表面活性劑的界面活性得到充分發(fā)揮，這樣可以充分發(fā)揮各種表面活性劑的優(yōu)勢(shì)，克服單一表面活性劑的局限性。

表2 復(fù)配體系的界面張力

表2表明OP-50和AES-9Na復(fù)配體系的界面張力總體呈現(xiàn)先隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加增大后減小，再增大的變化趨勢(shì)。當(dāng)OP-50和AES-9Na復(fù)配比為4∶1、總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%、0.6%時(shí)，表現(xiàn)出了較低的界面張力值，達(dá)到了10-3mN·m-1，達(dá)到了超低界面水平，說(shuō)明此時(shí)這兩種表面活性劑之間有較好的協(xié)同作用，能適用于L油藏。

圖1為界面張力隨時(shí)間的變化曲線。從圖1可以看出，OP-50和AES-9Na復(fù)配體系在原油中的界面張力值一開始迅速下降，隨后有所浮動(dòng)，最終在40 min左右時(shí)保持一個(gè)穩(wěn)定的水平，其數(shù)值波動(dòng)可以視為人為讀數(shù)誤差導(dǎo)致。這說(shuō)明在實(shí)際驅(qū)油中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%、0.6%的該復(fù)配體系，可以顯著降低孔隙中油水界面張力值。

圖1 界面張力隨時(shí)間變化曲線

Ca2+質(zhì)量濃度對(duì)復(fù)配體系界面張力的影響如圖2所示。由圖2可以看出，一開始0.4%的OP-50和AES-9Na復(fù)配體系在Ca2+質(zhì)量濃度逐漸增加的情況下，界面張力值變化趨勢(shì)是先下降，然后緩慢的增加。當(dāng)Ca2+質(zhì)量濃度范圍在1 000 ～3 000 mg·L-1時(shí)，界面張力數(shù)值基本維持在超低的范圍內(nèi)。當(dāng)Ca2+質(zhì)量濃度范圍超過(guò)4 000 mg·L-1以后界面張力值迅速增大，無(wú)法滿足超低界面張力值驅(qū)油的需要。

圖2 Ca2+質(zhì)量濃度對(duì)復(fù)配體系界面張力的影響

Mg2+質(zhì)量濃度對(duì)復(fù)配體系界面張力的影響如圖所示。由圖3可以看出，0.4%的OP-50和AES-9Na復(fù)配體系在Mg2+質(zhì)量濃度不斷增加的條件下，復(fù)配體系與原油的界面張力值變化趨勢(shì)是先緩慢增加然后迅速增加，界面活性不斷減小。Mg2+質(zhì)量濃度范圍在400～440 mg·L-1時(shí)界面張力值基本沒有變化，能夠維持超低界面狀態(tài)。

圖3 Mg2+質(zhì)量濃度對(duì)復(fù)配體系界面張力的影響

將0.4%的OP-50和AES-9Na復(fù)配體系放入安剖瓶中融封后放入90 ℃烘箱中，并放置20天，然后將界面張力儀的溫度設(shè)為60 ℃，在此條件下測(cè)其界面張力，所測(cè)得結(jié)果為0.273、0.320 mN·m-1，在整個(gè)70 min測(cè)量過(guò)程中，油滴形狀一直保持球狀，說(shuō)明經(jīng)加熱后體系的界面活性變差，也就是說(shuō)該體系耐溫性能差。

2.2 OP-50和AES-9Na的乳化性和驅(qū)油效果

表面活性劑的乳化作用是指表面活性劑能將不互溶的油、水兩相乳化形成相對(duì)穩(wěn)定的乳狀液。在這個(gè)過(guò)程中表面活性劑降低表面張力是通過(guò)其親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)在油水界面所形成的薄膜來(lái)實(shí)現(xiàn)的。將0.4%的OP-50和AES-9Na復(fù)配體系和L油藏脫氣原油按不同比例放入瓶中，觀察混合后油相和水相變化，若界限清晰則說(shuō)明乳化效果不理想，若油相分散到水相中導(dǎo)致水相變黑，則說(shuō)明乳化效果明顯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

從圖4（a）中可以看出，在原油和表面活性劑比例為1∶1混合的條件下，油相和水相體積沒有發(fā)生顯著變化，變黑顯現(xiàn)也沒有在水相中發(fā)生，說(shuō)明復(fù)配體系的自乳化性能力較差。

從圖4（b）中可以看出，在原油和表面活性劑比例為3∶1混合條件下，經(jīng)過(guò)充分振蕩，使復(fù)配體系和原油充分接觸，觀察其乳化力度，發(fā)現(xiàn)原油能與復(fù)配體系在瓶中互溶，說(shuō)明乳化力度比較良好。

圖4 不同原油和表面活性劑比例下乳化效果

巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)是室內(nèi)評(píng)價(jià)表面活性劑驅(qū)油效果的主要方法，首先用L油田脫氣原油在恒定壓力下驅(qū)替已飽和地層水的巖樣至出口100%出油，記錄水驅(qū)油的體積，計(jì)算束縛水和原始含油飽和度；然后用注入水驅(qū)替原油至巖樣出口出水接近100%，記錄水驅(qū)油的體積，計(jì)算出水驅(qū)殘余油飽和度和水驅(qū)油效率；最后再用表面活性劑復(fù)配體系（OP-50和AES-9Na比例4∶1、總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%）驅(qū)油至巖樣出口100%出水，計(jì)算表面活性劑驅(qū)油殘余油飽和度和表面活性劑驅(qū)油效率，結(jié)果如表2所示。

表2 表面活性劑驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2表明，復(fù)配體系具有較高的洗油效率，降低了水驅(qū)殘余油飽和度(殘余油飽和度平均降低3.16%)，使得水驅(qū)油效率得到明顯的提高，提高5.96%。因此可以看出，當(dāng)向地層中注入表面活性劑復(fù)配體系，可以顯著地降低注水井周圍的殘余油，從而減小了注入水的滲流阻力，進(jìn)而改善油田的注水效果。

3 結(jié) 論

1）OP-50與AES-9Na復(fù)配，在復(fù)配比為4∶1、總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%和0.6%時(shí)，界面張力值為 8.8×10-3、8.2×10-3mN·m-1，達(dá)到了超低界面張力水平，復(fù)配效果較好。

2）OP-50與AES-9Na復(fù)配體系能抗Ca2+能力可達(dá)到5 000 mg·L-1，抗Mg2+能力可達(dá)500 mg·L-1，抗鹽能力較強(qiáng)，適用于Ca2+較高的油藏。

3）OP-50與AES-9Na復(fù)配體系的耐溫性較差，自乳化性較差，乳化力能力較好。

4）OP-50與AES-9Na復(fù)配體系在模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)良好，表明該體系能夠很好地提高原油采收率。

［1］葉仲斌，提高采收率原理[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2007．

［2］劉彩娟，表面活性劑的應(yīng)用與發(fā)展[J]．河北化工，2007（4）： 20-21．

［3］趙濤濤，宮厚健，徐桂英，等.陰離子表面活性劑在水溶液中的耐鹽機(jī)理[J]．油田化學(xué)，2010，27（1）：112-118．

［4］王業(yè)飛，趙福麟.非離子-陰離子型表面活性劑的耐鹽性能[J]．油田化學(xué)，1999（4）：336-340．

［5］黃宏度，何歸，張群，等.非離子、陽(yáng)離子表面活性劑與驅(qū)油表面活性劑的協(xié)同效應(yīng)[J]石油天然氣學(xué)報(bào)，2007（4）：101-104．

［6］蘇慕博文．新型Gemini兩性表面活性劑的制備及頁(yè)巖抑制性能評(píng)價(jià)[J]．當(dāng)代化工，2019，48（6）：1194-1196．

［7］許園，唐永帆，李偉，等．基于易降解型雙子氟碳表面活性劑的新型助排劑研究[J]．石油與天然氣化工，2019，48（5）：62-65.

［8］林超，潘仁明，邢萍，等．新型支鏈型氟碳表面活性劑的合成及性能研究[J]．有機(jī)化學(xué)，2018，38（12）：3260-3269．

［9］馮雷雷．用于降壓增注的雙子表面活性劑在渤海油砂上的吸附行為[J]．當(dāng)代化工，2018，47（8）：1626-1629．

［10］沙帆，表面活性劑驅(qū)油劑的配方研究[D]．西安：西安石油大學(xué)，2013．

Study on Compound System of Octyl Phenol Polyoxymethylene Ether and Aliphatic Alcohol Ether Sodium Sulfate

1,1,1,2

（1. School of Petroleum Engineering, Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China;2. Xinjiang Oilfield Company Oilfield Technology Service Branch, Karamay Xinjiang 834000, China）

The compatibility, interfacial activity, emulsification and oil displacement effect of the complex system of octyl phenol polyoxymethylene ether OP-50 and aliphatic alcohol ether sodium sulfate AES-9Na were studied. The results showed that when the complex ratio of OP-50 and AES-9Na was 4∶1 and the total mass fractions were 0.4% and 0.6%, the interfacial tension values were 8.8×10-3mN·m-1and 8.2×10-3mN·m-1, reaching the ultra-low interfacial tension level, and the anti-Ca2+ability reached 5000 mg·L-1, the resistance to Mg2+was up to 500mg·L-1, with a strong salt resistance, being suitable for reservoirs with high Ca2+. It had poor temperature resistance, poor self-emulsification and good emulsification ability. The composite system performed well in the simulated oil displacement experiment, which indicated that the system could improve the oil recovery.

OP-50; AES-9Na; Interfacial tension; Oil displacement effect

TE39

A

1004-0935（2022）02-0170-04

2021-07-23

嚴(yán)亮（1996-），男，新疆自治區(qū)克拉瑪依市人，長(zhǎng)江大學(xué)石油工程專業(yè)碩士研究生，研究方向：提高采收率。