優選乳液表面活性劑在子北油田適用性評價

朱長福，趙 婷，雷婷婷，張園園，龐建云，張 康

（延安大學石油工程與環境工程學院，陜西延安 716000）

子北油田位于我國鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，屬于典型的“ 三高一低”低滲透油藏，采用超前注水開發方式。由于長時間注水開發，含水上升速度加快，遞減速度增加，水驅效率降低。采用常規水驅開采很難解決原油被滯留和剩余油流動性差等難題。為了進一步有效提高原油采收率，可采用物理化學和生物學等技術來強化開采剩余油。乳液表面活性劑驅技術是目前最重要的提高采收率技術之一，由于其提高采收率程度高，適用范圍廣，被廣泛應用在各類油田的注水開發中[1，2]。

表面活性劑驅油是微乳液驅油的一種方式，近幾年許多專家都致力于微乳液在石油領域的應用。李家學等[3]采用超級界面張力的納米乳液來處理含油作業廢物。殷代印等[4]采用SDBS/DTAB 復配微乳液驅與三元復合驅驅油效果進行對比，得出微乳液驅采收率比三元復合驅增加0.06 %～0.35 %。李兆敏等[5]對二氧化碳微乳液微觀穩定性進行了研究。但是對表面活性劑驅油的研究較少，周敏[6]對特高溫油藏開展乳液表面活性劑驅實驗。吳偉[7]對特高溫中低滲透油藏乳液表面活性劑驅提高采收率進行研究。目前，對于低滲透致密砂巖采用微乳液表面活性劑驅油來提高采收率的研究很少，尤其是鄂爾多斯盆地伊陜斜坡段低滲致密砂巖的表面活性劑驅油研究幾乎缺乏。本文針對鄂爾多斯盆地子北油田毛家河區低滲致密砂巖油藏，優選適合該油田的乳液表面活性劑，以期進一步提高油井產量和最終采收率。

1 乳液表面活性劑體系實驗分析

通過測定界面張力來評價兩種乳液表面活性劑在研究區低滲透油藏條件下的適用性，選出最適合研究區油藏特征的乳液表面活性劑體系，再通過現場應用，考察該表面活性劑體系的驅油能力。

1.1 乳液表面活性劑體系實驗準備

1.1.1 實驗藥品準備

（1）乳液表面活性劑樣品：OAF1-2和OLF1-2表面活性劑驅油體系；

（2）實驗油樣：研究區1 號注水站附近受益油井脫水后的原油；

（3）實驗水樣：研究區1 號注水站注入水。

1.1.2 實驗儀器 本次對乳液表面活性劑篩選主要用到的儀器為TX500C 的旋滴界面張力儀，另外還包括恒溫箱，玻璃管，計量泵，電子天平等。

1.2 乳液表面活性劑體系實驗原理

乳液表面活性劑主要由OAF2和OLF1兩種驅油劑組成，當乳液表面活性劑濃度＞2 %時，可以形成水連續相，油為分散相的水包油乳狀液。該表面活性劑進入油層后，會在油水界面上產生吸附，降低油水界面張力使得原油剝離巖石表面，提高水驅油效率[8]（見圖1）。

圖1 微乳液表面活性劑驅油原理示意圖（引自趙方劍，2017）

該技術主要包括油滴變形、降低界面張力、潤濕性的改變和蠟、膠質和瀝青的溶解作用等幾個方面。該體系中的表面活性劑可以和油互溶，削弱網狀分子結構，降低原油的極限動剪切應力，提高原油采收率。

1.3 乳液表面活性劑體系實驗方法與步驟

本次實驗主要使用旋滴法測油水的界面張力，對比優選乳液表面活性劑體系對油水界面張力的降低程度。主要是在毛細管中加入兩液相，再將管子以一定的角速度進行旋轉，由于離心力、重力、界面張力共同作用，使得液滴（低密度）在液體（高密度）中形成圓柱形或者橢球形，圓柱直徑越小，界面張力就越低[9]。

具體實驗步驟如下：

（1）用注射器裝水樣，并注意裝樣時不產生氣泡，使得水樣加至液面離管子頂端2 mm 處停止。

（2）保持溫度恒定，用微量注射器裝入油樣，推入4 μL～8 μL 油樣后抽出針頭，利用慣性將油滴留在毛細管的下部。用裝水樣的注射器將毛細管裝滿，擠走氣泡后插入裝有墊片和O 形圈的壓帽中。

（3）用濾紙吸干外漏液體，避免腐蝕。再將毛細管的壓帽放置到界面張力儀的旋轉軸上。

（4）打開界面張力儀，并將溫度調至控制溫度，移動讀取顯微鏡，調焦距直到在毛細管中找到被拉長的油珠。

（5）測定時，調整讀數旋鈕使得眼睛與油柱下端重合，讀取螺旋測微器（d1），再雙線向上移至油柱上端，讀?。╠2）。油柱直徑為d（單位10-4m）=d2-d1。每隔一段時間測量讀數一次，計算動態界面張力，直到兩次讀數差在±0.001 cm，則認定該體系達到平衡狀態。

（6）測量油、水密度，測水的折光率。當油柱長度大于直徑的4 倍時，計算界面張力：

式中：δ-油水界面張力，mN/m；ρ-油水相對密度，10-3kg/m3；Y-油柱直徑，10-4m；P-轉速的倒數，ms/rev；n-水相折光率，無量綱。

但是如果油柱的長度比直徑小于4 時，計算界面張力的公式變為：

式中：δ-油水界面張力，mN/m；ρ-油水相對密度，10-3kg/m3；Y-油柱直徑，10-4m；P-轉速的倒數，ms/rev；n-水相折光率，無量綱；Z-油柱長度，）-校正因子，無量綱。

2 乳液表面活性劑體系的篩選

通過大量文獻調研可以發現，乳液表面活性劑的好壞的評價一般用其對油水界面張力來評價[6-9]。因此本文主要通過對比兩種乳液表面活性劑對研究區油水界面張力的降低，與研究區地層水的配伍性以及最佳濃度三方面作為乳液表面活性劑的優選條件。

2.1 配伍性實驗研究

在溫度30 ℃下進行了乳液表面活性劑體系與研究區注入水及地層水的配伍性實驗。在實驗過程中，溶液表面活性劑的濃度為4 %，同時隨機配制1 %、4 %、6 %的溶液來進行實驗，如果溶液和地層水不匹配，則會產生沉淀，堵塞孔隙（見表1）。

表1 表面活性劑體系配伍性實驗

從表1 可以看出，濃度為2 %和4 %的OAF1-2和OLF1-2溶液與地層水的混合實驗中，實驗結果為澄清狀態，或者是渾濁狀態，說明配伍性較好。而OLF1當濃度為5 %時，與地層水混合產生懸浮物，說明OLF1溶液在濃度較大時，配伍性差。

2.2 界面活性評價

表面活性劑洗油能力強弱的重要指標為界面張力，根據前人研究成果可以得出，如果所測得的界面張力越低，殘余油飽和度就越小，乳液表面活性劑的洗油效率就越高，提高采收率的能力也就越高，將＜10-3mN/m的界面張力稱為超低界面張力[10-12]。本文評價了四種乳液表面活性劑的界面張力，進一步優選具有超低界面張力的體系。

本次實驗溫度恒定為30 ℃，將OAF1、OAF2、OLF1、OLF2系配成濃度為4 %的溶液，靜置密封24 h 之后，測定動態界面張力（轉速6 000 r/min），實驗結果（見圖2）。

從圖2 可以看出，四種表面活性劑乳液與原油的界面張力都隨時間的增加而下降，其中OAF2和OLF1界面張力始終低于OAF1和OLF2，也就是說OAF2和OLF1兩種溶液更容易將殘余油從地層巖石上剝離下來。而OLF1比其他三種溶液更快達到動態界面張力平衡狀態，說明該表面活性劑體系吸附能力更強，其分子在水中運移速度更快，可在較短時間內達到吸附速率和脫附速率相等，達到界面張力平衡狀態。而OAF1和OLF2界面張力值達不到10-3mN/m，不適合作為研究區的乳液表面活性劑。

圖2 表面活性劑體系與原油動態界面張力曲線圖

3 乳液表面活性劑在研究區適應性評價

本次適用性評價主要采用TX500C 型旋滴界面張力儀，常溫常壓下對不同比例的OAF2和OLF1表活體系進行篩選，測定了不同比例時的油水界面張力（見圖3）。經過實驗得出，OAF2和OLF1在2:3 比例條件下，油水兩相界面張力最低，適合實驗區油藏特征。

根據子北油田地層特征和流體性質，并結合乳液表面活性劑驅油的技術原理，在該區選擇注水井4226-4 和5226-4 進行乳液表活劑驅實驗。

3.1 5226-4 井組受益油井效果評價

圖3 乳液表面活性劑在不同比例下與原油界面張力圖

圖4 5226-4 井組施工前后對比圖

5226-4 為研究區長6 儲層注水井，有利層位為741.3 m～748.5 m、750.7 m～752.9 m，日注水量為12.2 m3，注水方式為籠統注水（見圖4）。

對比施工前后受益井可知，5226-4 井組累計增油量達到75.91 t，其中5237-4 采油井的增油效果最為明顯。平均日產油比施工前增加了0.4 倍，有效期內累計增油24.1 t，含水率上升了1.7 %。主要是由于5237-4井與5226-4 井之間連通性好，乳液表面活性劑更多的作用在其上，將該井生產層內部剩余油更大程度的驅替出來。除了5225-3 增油效果不明顯外，其他采油井都在一定程度上受到了乳液表面活性劑的作用，增加產量降低綜合遞減率。

3.2 5229 井組受益油井效果評價

5229 井組注水井注水方式為分層配注。該井組主力開采層位為長6 層，日注水量為11.3 m3。對比施工前后受益井效果圖（見圖5）得知，該井組累計增油量達到127.2 t，其中采油井理75-2 增油效果最明顯，主要是由于理75-2 與注水井5229 之間連通性好，乳液表面活性劑作用范圍更廣，降低了綜合遞減率。其次是5237-4 井，平均日產油量增加了0.4 倍，累計增油24.1 t，含水率增加1.7 %。最后是5226-3 井，累計產油量增加了1 倍，累計增油23.58 t。

3.3 5273-4 井組受益油井效果評價

5273-4 井組注水方式為分層配注。主力層位為長6 層，日注水量10.3 m3。對比乳液表面活性劑前后效果（見圖6）可以看出，該井組增油量達到271.74 t，其中5275 平1 井增油效果最明顯，累計增油75.98 t，含水率下降了27 %。其他生產井也一定程度的受到了乳液表面活性劑驅油的作用，增加了產量，降低了綜合遞減率。

圖5 5229 井組受益油井施工效果圖

圖6 5273-4 井組受益井效果評價圖

圖7 理75-3 注水井組受益效果圖

3.4 理75-3 井組受益油井效果評價

理75-3 井組注水方式為分層配注，主力開發層位為長6 層，日注水量為11.4 m3。

從該井組受益效果圖（見圖7）可以看出，該井組累計增油量高達67.82 t，其中理75-2 和5253-4 井的增油效果最明顯。理75-2 井乳液表面活性劑驅油后，平均日產量增加了2 倍，累計增油36.68 t，含水率幾乎不變。其次是5253-4 井，增產將近1 倍，乳液表面活性劑驅油之后，累計增油25.62 t，含水率下降了15 %。

通過對4 口實驗井注入實驗所篩選的乳液表面活性劑驅油，OAF2和OLF1在2:3 比例條件下注入井組。結果表明實驗井組控制的21 口生產井產量都有了明顯提高，累計增油542.68 t。平均累計增油25.84 t，取得了良好的經濟效益，實驗效果較為明顯。

4 結論

（1）濃度為2 %和4 %的OAF1-2和OLF1-2溶液與地層水配伍性好，OLF1當濃度為5 %時，與地層水混合產生懸浮物，說明OLF1溶液在濃度較大時，配伍性差。

（2）OAF2和OLF1兩種溶液更容易將殘余油從地層巖石上剝離下來，而OLF1比其他三種溶液更快達到動態界面張力平衡狀態，說明該表面活性劑體系吸附能力更強。

（3）OAF2和OLF1在2:3 比例條件下，油水兩相界面張力最低，適合實驗區油藏特征。

（4）按照乳液表面活性劑OAF2和OLF1以2:3 的比例注入4 口實驗井組，受益效果顯示，該4 個井組所控制的21 口生產井的產量都有了明顯的提高，累計增油542.68 t，平均累計增油25.84 t，取得良好經濟效益。