表面活性剂在复合驱中的抗盐性研究

表面活性剂在复合驱中的抗盐性研究

大庆油田通过碱、表面活性剂和聚合物（酯）三元复合驱矿场试验（酯复合驱矿）取得了显著成效。但为了使油/水界面张力达到超低(10-3mN/m数量级)加入了大量的碱,由于碱的存在,出现了诸多问题:碱与储层流体及岩石矿物反应,导致储层中粘土分散、运移,油层渗透率下降;井筒出现结垢、卡泵、断杆现象,检泵周期缩短;采出液乳化严重,油水分离因难;使聚合物增黏作用降低。驱油常用表面活性剂是石油磺酸盐,但单一石油磺酸盐难以将油/水界面张力降至超低。为改善表面活性剂的性能,目前的方法是合成新型表面活性剂或将表面活性剂与其他化合物复配。由于新型表面活性剂研发难度大、成本高和周期长,难以满足矿场需求。所以,当前的研究以表面活性剂与其他化合物复配为主。作者通过研究溶液质量分数、矿化度对石油磺酸盐界面活性的影响以及不同类型表面活性剂与石油磺酸盐在降低油/水界面张力方面的协同效应,筛选出适合现场应用的表面活性剂复配体系,为聚合物、表面活性剂二元复合驱在现场的应用提供一些理论指导。1实验部分1.1实验试剂和仪器石油磺酸盐(XPS),有效物含量w=40%,新疆克拉玛依炼油厂;椰油酰丙基磺基甜菜碱(ASB)和十二烷基磺基甜菜碱(DSB),有效物含量w=32%,南京金陵石化研究院有限责任公司;壬基酚聚氧乙烯醚(TX1),有效物含量w=33%,江苏省海安石油化工厂;脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO1),有效物含量w=30%,江苏省海安石油化工厂;椰子油酸二乙醇酰胺(6501),有效物含量w=30%,上海盛众精细化工有限公司;十二烷基苯磺酸钠(ABS),有效物含量w=40%,上海盛众精细化工有限公司;氟碳类表面活性剂(FC),有效物含量w=99%,上海中科合臣股份有限公司;其他试剂均为国产分析纯。JJ2000B旋转液滴界面张力测量仪,上海中晨数字技术设备有限公司。实验用水依据大庆油田L区块注入水组成配制,总矿化度为4858.91mg/L,离子组成详见表1。实验用油是大庆油田L区块生产井井口取样原油,经脱气脱水处理。原油凝固点为31.9℃,含蜡量w=24.8%,含胶量w=8.8%。地层条件下,黏度为2.48mPa·s,密度为0.743g/cm3;地面条件下,原油黏度为11.22mPa·s,密度为0.838g/cm3。1.2旋转转速及温度参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5370—1999《表面及界面张力测定方法》,界面张力仪设置旋转转速为6000r/min,实验温度为69℃(油藏温度)。2结果与讨论2.1表面活性剂浓度对界面张力稳定值的影响配制质量分数分别为0.01%,0.03%,0.05%,0.1%,0.2%,0.3%,0.5%,1%和2%的XPS溶液。通过测定大庆原油与不同质量分数的XPS溶液的动态界面张力,获得界面张力稳定值(σ)。图1为界面张力稳定值随XPS溶液质量分数的变化曲线。从图1可知,随着XPS溶液质量分数的增大,油/水界面张力先减小,后缓慢增大。这说明XPS溶液质量分数较小时,随着其溶液浓度的上升,油/水界面吸附的表面活性剂增加,界面张力随即越低。当质量分数达到0.05%时,界面吸附趋于饱和,界面张力达到最低为3.812×10-2mN/m。进一步增加XPS的质量分数,发现界面张力反而缓慢增大。这是由于XPS是工业石油磺酸盐,并非单一纯组分,溶液浓度超过临界胶束浓度后,形成了较为复杂的胶束结构,溶液中活性剂浓度的增大反而降低了油/水界面的表面活性剂浓度,使得油/水界面张力反而增大。同时实验也表明,XPS难以使油/水界面张力降至超低。2.2矿化度对界面张力的影响用大庆L区块注入水配制质量分数为0.15%的XPS水溶液,同时加NaCl调整溶液矿化度分别至6000,7000,8000,10000,11000和12000mg/L,测试不同矿化度的XPS溶液与大庆原油间的界面张力,结果见图2。分析其原因,表面活性剂降低界面张力的机理是表面活性剂在界面的吸附,离子型表面活性剂在界面吸附后会形成扩散双电层结构。实验所用XPS属阴离子表面活性剂,反离子是Na+。当矿化度较低时,加入NaCl,Na+压缩了双电层,并与磺酸基离子(亲水基)紧密结合,导致界面的净电荷减少,界面吸附的粒子间静电排斥作用减弱,更多的表面活性剂进入油/水界面,降低了界面张力。矿化度增至6000mg/L后,进一步增加溶液的矿化度对界面张力影响较小。当矿化度超过10000mg/L,溶液中Na+浓度相对较大,导致水溶液极性增强,影响了表面活性剂分子在界面的吸附平衡。同时由于同离子效应,降低了石油磺酸盐在水中的电解度,使得溶液中的表面活性剂离子浓度降低,溶液内部和界面之间持续的离子交换,使界面吸附层的表面活性剂也随之减少。在这两种作用下,随着矿化度的增大,界面张力增大。此外,为了对比不同反离子对XPS溶液界面张力的影响,加KCl调整溶液矿化度至8000mg/L,此溶液与大庆原油稳定后的界面张力为1.966×10-2mN/m。而相同条件下,加NaCl的界面张力却为4.450×10-3mN/m。加入KCl,部分K+替代双电层中的Na+,由于K+的静电斥力大于Na+的静电斥力,界面吸附层内离子间的静电排斥作用增大,将不利于表面活性剂进入界面。可见,离子型表面活性剂的界面活性与反离子类型有一定关系。2.3复配表面活性剂的增效作用表面活性剂混合物降低油/水界面张力的能力有可能优于其组成物任一单组分,即复配增效作用。实验选用质量分数为0.2%和0.3%的XPS与不同类型表面活性剂复配,实验结果见表2。单一XPS在对应的两种质量分数下,界面张力分别为6.762×10-2mN/m和1.074×10-1mN/m。由表2可知,XPS分别与质量分数均为0.05%的TX1,AEO1和6501非离子表面活性剂以及质量分数为0.1%的ABS阴离子表面活性剂复配没有起到增效作用;与质量分数为0.05%的氟碳类表面活性剂FC复配有一定的增效作用;而与质量分数均为0.05%的ASB和DSB甜菜碱型表面活性剂进行复配,界面张力下降,增效作用明显。XPS溶液的最低界面张力出现在质量分数为0.05%(图1)。考虑到吸附损失,实验选取XPS溶液的质量分数分别为0.1%,0.15%和0.2%,考察了其与ASB的复配增效作用,实验结果见图3。由图3可知,溶液中XPS质量分数为0.1%,ASB质量分数为0.005%~0.04%,油/水界面张力达到超低;溶液中XPS质量分数为0.15%,ASB质量分数为0.01%～0.05%,油/水界面张力达到超低;溶液中XPS质量分数为0.2%,ASB质量分数0.008%～0.05%,油/水界面张力小于2.0×10-2mN/m。分析认为,甜菜碱型表面活性剂在溶液中显示出一定的正电性,复配体系中的ASB和DSB在静电引力的作用下易进入界面层,中和部分负电荷,从而降低了界面中XPS负电荷间的斥力作用,使更多的表面活性剂进入界面。因此,在离子间静电力和碳氢链疏水的双重作用下,甜菜碱型表面活性剂和阴离子型的石油磺酸盐复配,表面活性剂分子在界面的排列更加紧密,界面活性得到改善,显现出相对其他类型表面活性剂较好的协同增效作用。3复配表面活性剂的复配结果1)随着XPS质量分数的增大,油/水界面张力先减小后缓慢增大,质量分数为0.05%时,界面张力达最低值3.812×10-2mN/m。2)矿化度对XPS溶液界面活性影响显著。XPS质量分数为0.15%,通过加入氯化钠调整大庆某区块注入水矿化度为6000～10000mg/L,可使油/水界面张力达到超低。3)XPS与不同类型表面活性剂复配结果显示,与TX1,AEO1,6501和ABS没有起到复配增效作用,与氟碳类表面活性剂FC有一定的效果,但与ASB和DSB起到明显的复配增效作用。特别是在XPS质量分数0.1%~0.2%,ASB质量分数0.01%～0.05%进行复配,在静电力和碳氢链疏水的双重作用下,油/水界面张力达到超低。由图2可以看出,在矿化度小于6000mg/L的区间内,界面张力随着矿化度的增大而迅速降低,当溶液矿化度为6