向 輝，馮 寧，職文棟，馬迪娜·馬吾提汗

（1.新疆油田公司 準(zhǔn)東采油廠勘探開發(fā)研究所，新疆 阜康 831511；2.新疆油田公司 采油二廠地質(zhì)研究所，新疆 克拉瑪依 834000）

表面活性劑驅(qū)油技術(shù)是國內(nèi)外各大油田最常用的三次采油技術(shù)之一，從20 世紀(jì)30年代開始，表面活性劑作為驅(qū)油劑就被應(yīng)用到了油田現(xiàn)場施工中，并取得了良好的提高采收率效果。近年來，表面活性劑驅(qū)油技術(shù)已經(jīng)取得了比較大的發(fā)展，并積累了較多的現(xiàn)場施工經(jīng)驗，成為水驅(qū)油開發(fā)后一項重要的增油措施[1-4]。低滲透油田由于其儲層物性差，原油的采出程度通常不高，因此，表面活性劑驅(qū)油技術(shù)在低滲透油田有著比較廣闊的應(yīng)用前景。

表面活性劑驅(qū)油的機(jī)理主要包括降低界面張力、改變巖石潤濕性、乳化剝離原油以及改善原油流變性等，其可以將水驅(qū)開發(fā)后殘留在儲層孔隙中的剩余油驅(qū)替出來，有效提高原油的采收率[5-7]。目前，用于驅(qū)油作業(yè)中的表面活性劑類型主要包括陽離子型、陰離子型、非離子型、兩性離子型以及雙子表面活性劑等[9-13]，其中雙子表面活性劑相比于其他類型的表面活性劑，具有比較大的優(yōu)勢，由于其可以同時具有兩個親水基團(tuán)和兩個親油基團(tuán)，使其具有更高的界面活性和水溶性，并且與其他表面活性劑有更好的協(xié)同效應(yīng)。因此，近年來，雙子表面活性劑作為驅(qū)油劑應(yīng)用于油田提高采收率的研究逐漸增多。本文以低滲透油藏為研究對象，通過分析研究區(qū)塊的基本地質(zhì)概況，以新型雙子表面活性劑GSK-1 為主要處理劑，輔以非離子型表面活性劑AEO，研究出了一套適合低滲透油藏的表面活性劑驅(qū)油體系，室內(nèi)評價了其綜合性能，并成功在現(xiàn)場進(jìn)行了應(yīng)用。

1 目標(biāo)區(qū)塊地質(zhì)概況

目標(biāo)研究區(qū)塊位于準(zhǔn)噶爾盆地西北部，主要含油目的層位為三疊系的克拉瑪依組，儲層埋深平均為2405m，儲層巖性主要為細(xì)砂巖和砂礫巖，其次為礫狀砂巖，其中砂巖成分以變質(zhì)巖為主。碎屑顆粒以次棱角狀為主，分選性較差。膠結(jié)物的主要成分為方解石，膠結(jié)類型主要為孔隙型。儲層黏土礦物含量較高，在5%～20%之間，平均為13.3%，儲層物性較差，滲透率在0.25～65.7mD 之間，平均為8.95mD，孔隙度在8.6%～17.2%之間，平均為11.6%，屬于典型的低孔、低滲油藏。儲層溫度在80℃左右，地層水礦化度為25415mg·L-1，水型為CaCl2型。

2 實驗材料及儀器

新型雙子表面活性劑GSK-1（實驗室自制）；陽離子型表面活性劑CTAB、陰離子型表面活性劑AES、非離子型表面活性AEO、兩性離子型表面活性劑BS-12，均為工業(yè)品，濟(jì)南奧斯利化工有限公司；模擬地層水（總礦化度為15360mg·L-1）；儲層原油（50℃下黏度值為3.67mPa·s，密度為0.857g·cm-3），取自目標(biāo)區(qū)塊儲層段；天然巖心，取自目標(biāo)區(qū)塊儲層段。

JYW200a 型全自動界面張力儀（承德優(yōu)特檢測儀器制造有限公司）；HH-1 型恒溫水浴鍋（濟(jì)南歐萊博科學(xué)儀器有限公司）；OCA25-視頻接觸角測量儀（北京奧德利諾儀器有限公司）；HKY 型多功能巖心驅(qū)替實驗裝置（海安縣石油科研儀器有限公司）。

3 表面活性劑驅(qū)油體系配方優(yōu)選及性能評價

3.1 表面活性劑驅(qū)油體系配方優(yōu)選

3.1.1 驅(qū)油體系主劑濃度優(yōu)選 表面活性劑驅(qū)油體系的界面張力大小是評價其性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。因此，室內(nèi)針對前期研制的新型雙子表面活性劑GSK-1 進(jìn)行了評價，使用模擬地層水配制不同濃度的表面活性劑溶液，然后采用全自動界面張力儀測定了不同濃度表面活性劑溶液的界面張力值，結(jié)果見圖1。

圖1 雙子表面活性劑GSK-1 濃度對界面張力的影響Fig.1 Effect of Gemini surfactant GSK-1 concentration on interfacial tension

由圖1 可以看出，隨著溶液中雙子表面活性劑GSK-1 質(zhì)量濃度的不斷增大，界面張力值呈現(xiàn)出“先降低后稍微升高”的趨勢，當(dāng)雙子表面活性劑GSK-1 的質(zhì)量濃度為2000mg·L-1時，溶液的界面張力值達(dá)到最低值，可以達(dá)到10-2mN·m-1數(shù)量級，再繼續(xù)增大雙子表面活性劑GSK-1 的濃度，界面張力值有所升高。因此，為了保證驅(qū)油效果和降低現(xiàn)場施工成本，選擇雙子表面活性劑GSK-1 的最佳質(zhì)量濃度為2000mg·L-1。

3.1.2 驅(qū)油體系輔劑優(yōu)選 根據(jù)相關(guān)調(diào)研結(jié)果分析，在表面活性劑驅(qū)油技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用過程中，使用單一的表面活性劑驅(qū)油往往很難達(dá)到較好的驅(qū)油效果，因此，需要研究在主劑中加入一定的輔劑來進(jìn)一步提高驅(qū)油效率。室內(nèi)以2000mg·L-1的雙子表面活性劑GSK-1 為主劑，再加入不同類型、不同濃度的輔劑，進(jìn)一步考察了其對溶液界面張力的影響，輔劑的類型選擇為陽離子型表面活性劑CTAB、陰離子型表面活性劑AES、非離子型表面活性AEO，以及兩性離子型表面活性劑BS-12，結(jié)果見圖2。

圖2 不同輔劑濃度對溶液界面張力的影響Fig.2 Effects of different adjuvant concentrations on solution interfacial tension

由圖2 可以看出，在主劑濃度確定的情況下，隨著溶液中不同輔劑濃度質(zhì)量分?jǐn)?shù)的逐漸增大，溶液的界面張力值呈現(xiàn)出不同的變化。輔劑的類型為陽離子型表面活性劑CTAB 時，隨著輔劑濃度的增大，溶液的界面張力值呈現(xiàn)出“先降低后升高”的趨勢，兩種表面活性劑的協(xié)同效果較差；而輔劑的類型選擇為陰離子型表面活性劑AES、非離子型表面活性AEO 以及兩性離子型表面活性劑BS-12 時，隨著輔劑濃度的增大，溶液的界面張力值均呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，3 種輔劑與主劑均具有一定的協(xié)同效應(yīng)。其中非離子型表面活性AEO 與主劑的協(xié)同增效作用最好，當(dāng)其質(zhì)量濃度為1500mg·L-1時，可使復(fù)合表面活性劑溶液的界面張力值降低至10-3mN·m-1數(shù)量級，達(dá)到超低界面張力水平。因此，選擇非離子型表面活性AEO 作為驅(qū)油體系的輔劑，推薦其加量為1500mg·L-1。

3.1.3 表面活性劑驅(qū)油體系配方確定 根據(jù)上述主劑雙子表面活性劑GSK-1 濃度的優(yōu)選實驗結(jié)果，并結(jié)合驅(qū)油體系輔劑的優(yōu)選實驗結(jié)果，最終確定適合目標(biāo)低滲透油藏的表面活性劑驅(qū)油體系配方為：2000mg·L-1雙子表面活性劑GSK-1+1500mg·L-1非離子型表面活性AEO，并進(jìn)一步對其綜合性能進(jìn)行了評價。

3.2 表面活性劑驅(qū)油體系性能評價

3.2.1 乳化性能 表面活性劑驅(qū)油體系的乳化性能對提高原油采收率具有十分重要的影響，因此，室內(nèi)通過乳化穩(wěn)定性實驗評價了表面活性劑驅(qū)油體系的乳化性能。具體實驗步驟為：將表面活性劑溶液與儲層原油按照一定的比例混合均勻，在80℃水浴加熱下攪拌使其充分乳化，然后將其放置不同時間，測定其析水率隨時間的變化情況，以此評價表面活性劑驅(qū)油體系的乳化性能，結(jié)果見圖3。

圖3 表面活性劑驅(qū)油體系的乳化性能實驗結(jié)果Fig.3 Experimental results of emulsifying performance of surfactant flooding system

由圖3 可以看出，隨著乳狀液放置時間的不斷延長，析水率呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，當(dāng)時間達(dá)到120min 時，乳狀液的析水率仍低于30%，說明表面活性劑驅(qū)油體系具有較強(qiáng)的乳化性能，能夠使其與原油形成的乳狀液保持較長時間的穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而有助于提高原油的采收率。

3.2.2 潤濕性能 表面活性劑驅(qū)油體系的潤濕性能同樣是提高低滲透油藏驅(qū)油效率的一個重要因素，因此，室內(nèi)通過接觸角變化情況來考察表面活性劑驅(qū)油體系的潤濕性能。具體實驗步驟為：將目標(biāo)區(qū)塊儲層段巖心經(jīng)過烘干處理后，切割成大小尺寸統(tǒng)一的切片，然后將其在表面活性劑驅(qū)油體系中浸泡不同時間，浸泡實驗溫度為80℃，浸泡結(jié)束后取出，將其使用蒸餾水沖洗干凈，再次烘干后，使用視頻接觸角測量儀測定蒸餾水在巖心切片表面上接觸角的變化情況，以此考察表面活性劑驅(qū)油體系的潤濕性能。結(jié)果見圖4。

圖4 表面活性劑驅(qū)油體系的潤濕性能實驗結(jié)果Fig.4 Experimental results of wettability of surfactant flooding system

由圖4 可以看出，未經(jīng)浸泡的巖心切片表面初始接觸角為110.3°，呈現(xiàn)出親油狀態(tài)，而隨著巖心切片在表面活性劑驅(qū)油體系中浸泡時間的不斷延長，其表面接觸角呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，逐漸向親水性方向轉(zhuǎn)變，當(dāng)浸泡時間達(dá)到48h 時，巖心切片表面的接觸角可以降低至50.4°，潤濕性改變比較明顯。這說明研制的表面活性劑驅(qū)油體系具有良好的潤濕反轉(zhuǎn)性能，能使目標(biāo)區(qū)塊儲層段巖石表面的潤濕性由親油性向親水性方向轉(zhuǎn)移，進(jìn)而提高洗油效率，達(dá)到提高低滲透油藏原油采收率的目的。

3.2.3 驅(qū)油性能 室內(nèi)通過巖心流動實驗評價了表面活性劑驅(qū)油體系的驅(qū)油效果，具體實驗步驟為：（1）將儲層段天然巖心洗油、洗鹽、烘干處理后，稱量干重和氣測滲透率；（2）將巖心抽真空飽和模擬地層水，稱濕重計算孔隙體積和孔隙度；（3）在地層溫度條件下將巖心繼續(xù)飽和儲層原油，然后關(guān)閉巖心驅(qū)替裝置的進(jìn)出口閥門，靜置24h；（4）使用模擬地層水驅(qū)替巖心，直至巖心出口端液體含水率達(dá)到98%為止，計算水驅(qū)油采收率；（5）注入不同PV 數(shù)的表面活性劑驅(qū)油體系，繼續(xù)使用模擬地層水驅(qū)替巖心，直至巖心出口端液體含水率再次達(dá)到98%為止，計算最終采收率。驅(qū)替實驗流速均為0.2mL·min-1，結(jié)果見表1。

表1 表面活性劑驅(qū)油體系的驅(qū)油效果Tab.1 Oil displacement effect of surfactant oil displacement system

由表1 可以看出，目標(biāo)低滲透油藏天然巖心的水驅(qū)油采收率基本維持在39%左右，而注入不同PV數(shù)的表面活性劑驅(qū)油體系后，最終采收率均呈現(xiàn)出不同程度的升高現(xiàn)象，并且注入PV 數(shù)越大，提高采收率的幅度就越大，當(dāng)表面活性劑驅(qū)油體系注入PV數(shù)為0.5 時，其提高原油采收率的幅度可以達(dá)到15%以上，而再繼續(xù)增大表面活性劑驅(qū)油體系的注入PV 數(shù)，原油采收率增大的幅度逐漸下降。因此，綜合考慮施工效果和成本等因素，推薦表面活性劑驅(qū)油體系的最佳注入量為0.5PV。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

將研究的表面活性劑驅(qū)油體系在目標(biāo)區(qū)塊的低滲透油藏成功進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，該區(qū)塊經(jīng)過長期注水開發(fā)，已經(jīng)進(jìn)入中高含水期階段，注水開發(fā)效果逐年變差，采取注表面活性劑驅(qū)油體系措施后，區(qū)塊內(nèi)的采油井大部分均達(dá)到了降水增油的效果，施工成功率較高，取得了良好的開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益。圖5為區(qū)塊內(nèi)5 口采油井的生產(chǎn)參數(shù)。

圖5 采油井注表面活性劑前后日產(chǎn)油量對比結(jié)果Fig.5 Comparison results of daily oil production before and after surfactant injection in production wells

由圖5 可知，注表面活性劑驅(qū)油體系措施前，5口采油井的日產(chǎn)油量均低于1.5t，而采取表面活性劑驅(qū)油措施后，5 口井的日產(chǎn)油量均顯著提升，均達(dá)到了3t 以上，日產(chǎn)油量提升幅度均在2 倍以上，增油效果顯著，取得了良好的現(xiàn)場施工效果。

5 結(jié)論

（1）在分析了目標(biāo)區(qū)塊地址概況的基礎(chǔ)之上，通過對新型雙子表面活性劑GSK-1 濃度的優(yōu)化以及輔劑的優(yōu)選實驗，研究出了一套適合低滲透油藏的表面活性劑驅(qū)油體系，具體配方為：2000mg·L-1雙子表面活性劑GSK-1+1500mg·L-1非離子型表面活性AEO。

（2）表面活性劑驅(qū)油體系性能評價結(jié)果表明，該驅(qū)油體系具有較強(qiáng)的乳化性能和潤濕反轉(zhuǎn)性能，并且其驅(qū)油效果較好，當(dāng)目標(biāo)區(qū)塊儲層段天然巖心使用水驅(qū)至含水率達(dá)98%以后，注入0.5PV 的表面活性劑驅(qū)油體系，可使采收率繼續(xù)提高15%以上。

（3）現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，目標(biāo)區(qū)塊內(nèi)5 口采油井實施表面活性劑驅(qū)油措施后，日產(chǎn)油量顯著提升，增長幅度均可達(dá)到2 倍以上，說明研究的表面活性劑驅(qū)油體系具有良好的驅(qū)油效果，能夠顯著提高低滲透油藏油井的采收率。