基于不同表面活性劑的洗油效率研究*

曹廣勝，李 丹，陳小璐，王 鑫，張紫航

（1.東北石油大學 提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318；2.新疆克拉瑪依油田工程技術研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

隨著石油的不斷開采，水驅、聚合物驅等驅油方式開發一段時間之后，剩余油在地層巖石孔隙中的存在狀態越來越復雜，以往的研究主要針對提高波及體積開展，針對洗油效率的研究相對較少。白玉杰[1]等人通過分子模擬的方式研究了不同的表面活性劑對原油及巖石吸附能力的影響，分析了致密級油藏滲吸采油機理。曹廣勝[2-5]等人研究基于不同乳化劑結構的油水乳化性能。張志秋[6]等人合成并分析了腰果酚表面活性劑對活性原油堵水的影響?？梢哉f，油田用表面活性劑種類復雜[7]，大幅度的改變地層中油、水以及巖石之間的界面性能和表面性能，實現油水在地層內的乳化、破乳以及其在巖石表面的吸附和分散，進而提高油井采收率[8-10]。目前，三次采油大多利用降低油與巖石之間的界面張力將油驅出。但表活劑的活性容易受溫度和濃度的影響，尤其針對特殊的油藏，壓力和溫度影響藥劑驅油的效果。除此之外，表活劑的用量也會對最終的洗油效率有影響[11]。因此，需要研究溫度等因素對不同表活劑洗油效率的影響，從而在石油開采過程中能夠更好的選擇合適的表活劑進行驅油。而單純的巖心驅油實驗中由于巖石內部孔隙結構復雜，流體的流動狀態以及所注流體的波及程度會嚴重影響原油的采出程度，因此，為了分析不同表面活性劑的洗油效率，本文通過洗油實驗來消除注入流體的驅替、攜帶作用以及巖石孔隙內的波及程度對洗油效率的影響。進而明確不同表面活性劑在不同的用量、溫度、濃度下洗油效率的變化規律，為表面活性劑驅的廣泛應用提供依據。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

原油（大慶五廠）；40～70目石英砂（連云港浩森礦產品有限公司）；洗油的表活劑有三乙醇胺油酸皂（山東初鑫化工有限公司）；十二烷二甲基甜菜堿（BS-12）（AR山東邦化工貿中心）；椰油酰胺丙基甜菜堿（AB-35）（AR臨沂市綠森化工有限公司）；吐溫80（AR南通仁達有限公司）；脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES）（AR濟南國丞化工有限公司）；十六烷基三甲基溴化銨（C19H42BrN）（AR山東邦化工貿中心）；椰油酸鉀皂（CPS）（AR昆山晟安生物科技有限公司）。實驗中配制溶液用蒸餾水作為溶劑。

天平；離心管（質量m0為10.0559g）；烘箱；燒杯。

1.2 原理與方法

（1）將40～70目石英砂用水沖洗后烘干其中的水，并將油與砂按1∶5混合放到烘箱60℃老化24h后取出作為實驗備用。

（2）?。?）中油砂為m1（實驗過程中取的油砂質量為2g,共含油0.33g）放入離心管中，向其中加入一定量的表活劑溶液，適當左右震動4次，蓋好蓋后放入烘箱中，設定相應的溫度，20h后取出。

（3）取出后沖洗掉洗出的油，同時倒掉里邊的溶液，并過濾3次，在過濾過程中用小水流進行過濾，避免將石英砂洗掉，影響實驗結果。洗后放到烘箱里，在60℃下烘干里邊的水。

（4）將（3）中烘干的油砂進行稱量（離心管+油砂），質量為m2。

洗油效率η通過如下公式進行計算：

在整個實驗過程中，利用控制變量法對影響不同表面活劑洗油效率的因素進行研究，所用的油砂質量及洗油時間均相同。實驗通過η的大小來評價某種表面活劑洗油能力的大小。

2 結果與討論

2.1 表面活性劑的量對洗油效率的影響

按上述實驗步驟在45和60℃下進行，表活劑濃度為2%，研究不同表面活性劑用量對以上7種表活劑洗油效率的影響，實驗過程中以油砂與表面活性劑的比值來代替表面活性劑的量，并分別在二者之比為1∶1、1∶2、1∶3時進行研究。結果見圖1。

圖1 不同表活劑在不同的油劑比下的洗油結果Fig.1 Washing oil results of different surfactants in different oil agent ratios

由圖1可以看出，對于某些表面活性劑而言油砂與表面活性劑的比越小，所驅出的油越多，離心管中的油圈越厚；而一些表面活性劑的洗油能力并不隨著表面活性劑的增多而提高。

由圖1可知，在同一溫度下，隨著油砂與劑比的變化，1∶1與1∶2之間洗油效率相差較大，并且空白對照組和BS-12在兩種溫度下的洗油能力隨著表活劑量的增加而升高，高溫時，AB-35與AES增加表活劑的量對提高洗油效率起作用，而對于吐溫80來說，在高溫時增加其用量對洗油效率幾乎不產生影響，洗油效率增加并不明顯，因為吐溫80的洗油能力主要受溫度影響。并且由兩個溫度下的結果可以看出，油：表面活性劑為1∶3時洗油效率均比較小，而未加入表面活性劑的空白樣品中，適當的增加水量能夠明顯的增加洗油效果，這是由于油和水之間在巖石表面的吸附差異導致的，在7種表面活性劑中，C19H42BrN、CPS、三乙醇胺油酸皂、AB-35在油砂與表面活性劑的比值為1∶2時的洗油效率均最高，而不同類型的表面活性劑會改變這種吸附能力，在一定程度下，當表面活性劑用量較高時，油滴會更容易從巖石表面剝離，而剝離之后的油滴并不穩定，部分表面活性劑會大規模的剝離巖石表面的原油，這種原油油滴尺寸較大，而油滴在重力作用下運移的過程中會重新破碎、吸附，導致在較高的用量下其洗油效果降低。小顆粒的油滴則會更容易從巖石顆粒之間的孔隙中運移，不會被破碎。另外對比兩種實驗溫度，發現在較高的溫度下洗油效率較高，這說明較高的實驗溫度有助于表面活性劑的剝離作用，分析其原因認為原油是一種非常復雜的有機混合物，原油中的飽和烴、芳香烴、膠質瀝青質含量對原油的吸附性能和流動能力影響巨大，一般原油中的膠質瀝青質含量較高，受溫度影響，在較高的溫度下會使整個原油體系的黏度降低，進而增加原油液滴的流動能力，增加洗油效率。

2.2 溫度對洗油效率的影響

由于從上述表面活性劑的量對洗油效率的影響的結果發現，在7種洗油劑中CPS與三乙醇胺油酸皂的洗油現象不明顯，見圖2。因此，在分析溫度對洗油效率的影響時，只使用另外的5種藥劑進行實驗。當溫度較高時，原油在表面活性劑的作用下從巖石表面剝離之后會在重力的作用下進入到水相的上部，而產出的原油會吸附在管壁附近，這說明對于地層內的原油，經過洗油效率較高的表面活性劑剝離之后會重新在油濕的部分進行二次吸附，因此，對于表面活性劑洗油來說，一方面需要大幅度的改變巖石的潤濕性，盡可能的將吸附在巖石表面的原油剝離，另一方面需要將剝離的原油分散成小油滴，避免其在地層內的二次吸附。我們進一步改變實驗中溫度分別為30、45、60和75℃，油砂與表面活性劑的比為1∶2，實驗結果見圖2。

圖2 不同溫度下的洗油結果Fig.2 Washing oil results at different temperatures

由圖2可見，隨著溫度的升高，洗油效率也隨之升高，并且這5種表面活性劑均呈現這樣的趨勢，溫度為30℃時只有BS-12的洗油效率與溫度為45℃時差別較小，而另外4種表活劑在以上兩個溫度下的洗油效率差別比較大，45、60及75℃時的洗油效率較接近，當溫度升高到一定程度時表面活性劑的洗油能力增加值不再增加。通過實驗發現75℃時，AB-35的洗油效率與60℃時的洗油效率較接近，可見AB-35隨著溫度的增加，洗油效率并不會隨之升高。而吐溫80的洗油效率一直隨著溫度的升高而增加，這種表面活性劑較易受溫度影響，這與吐溫80在低溫時容易成膠狀，而高溫時復原才能夠發揮其洗油的能力有關。其更合適在溫度較高的條件下洗油。

2.3 表活劑濃度對洗油效率的影響

經過分析不同溫度和不同油劑比對洗油效率的影響實驗，發現AES的洗油效果相對不明顯，并且其狀態為粘稠狀，放入蒸餾水中不易均勻溶解，在進一步研究濃度對洗油效率的影響實驗中易影響實驗結果。因此，在分析表面活劑濃度對洗油效率的影響時利用剩下的4種表面活劑進行實驗。洗油結果見圖3。

圖3 不同表面活性劑濃度下的洗油效果Fig.3 Washing effect of different surfactant concentration

實驗中，表活劑濃度分別為0.25%、0.5%、1.5%、2%及4%，溫度控制在60℃，油砂與表面活性劑的比值為1∶2。由圖3可以看出，隨著表面活性劑濃度的增加，洗油效率先增加后降低，每種表面活性劑都有相應的合適濃度。濃度為0.25%時，C19H42BrN、AB-35和吐溫80這3種表活劑的洗油效率都最低，中BS-12、AB-35和吐溫80在濃度為0.5%時的洗油效率都比較高，相反在濃度為4%時表面活性劑的洗油能力并不高。在以上幾個表面活性劑濃度下吐溫80的洗油效率均最高，對于C19H42BrN只有濃度為2%時洗油效率才較高。

3 結論

（1）當油砂與表面活性劑量的比值為1∶1和1∶2時所呈現的差別比較明顯，油砂與表面活性劑的比值為1∶2時，對提高C19H42BrN、CPS、三乙醇胺油酸皂、AB-35的洗油效率有效。

（2）在7種表面活性劑中，三乙醇胺油酸皂的洗油效率最低，CPS洗油結束后現象不明顯，不會像其他表面活性劑洗油結束后洗出的油浮在表活劑溶液上。

（3）隨著溫度的升高，表面活性劑的洗油效率隨之升高。AB-35的洗油效率受溫度影響比較小，而AES和吐溫80的洗油效率受溫度影響較大。

（4）隨著表面活性劑濃度的增加，洗油效率先增加后降低，不同表面活性劑均有其相對應的最佳濃度，而不同表面活性劑下洗油時發現吐溫80洗油效率均最高。