环烷基石油磺酸钠胶束增溶及乳化携油作用分析及应用

　　摘要：为了揭示环烷基石油磺酸钠在砾岩油藏聚合物/表面活性剂二元复合驱中对提高采收率的影响，利用激光粒度仪和紫外分光光度仪测定了环烷基石油磺酸钠溶液的胶束尺寸和增溶量，利用微流控模型驱替实验和岩心驱替实验研究了环烷基石油磺酸钠乳化对提高采收率的影响。结果表明，与十二烷基苯磺酸钠、重烷基苯磺酸钠相比，同浓度下环烷基石油磺酸钠胶束增溶原油尺寸最大，增溶原油量最多，1t环烷基石油磺酸钠溶液可极限增溶350kg的原油。环烷基石油磺酸钠易与原油发生乳化，乳化后可增加驱油体系黏度，起到控制流度的作用，有利于提高采收率。在克拉玛依油田七中区二元复合驱现场试验中，根据岩心渗透率和含油饱和度的不同，通过改变表面活性剂的加量，调节驱油体系的乳化综合指数可大幅提高驱油效率。

　　关键词：环烷基石油磺酸钠;胶束增溶;乳化综合指数;二元复合驱;采收率

　　砾岩油藏是新疆主要开发油藏类型，经过半个世纪的注水开发，导致储层结构、油水分布更为复杂。新疆油田于2007年开展了七中区二元复合驱工业化试验，取得了较好的降水增油效果。二元复合驱用表面活性剂由新疆油田特有的环烷基原油经磺化后制备，具有良好的乳化性能、低界面张力以及普适性。

　　石油生产论文范例：石油化工劣质重油延迟焦化工艺分析

　　目前，聚合物/表面活性剂二元驱驱油机理认为聚合物的作用为增加黏度、弹性和扩大波及体积等，而表面活性剂的作用为降低界面张力、增加毛管数以提高洗油效率[1]。此外，国外普遍认为表面活性剂的驱油机理是形成微乳液和通过自发渗析改变岩石的润湿性[2-3]。胜利油田孤东七区、辽河油田锦16块等二元驱重大开发试验效果显著。孤东七区提高采收率16%，含水率由试验前的98.3%最低降至60.4%;锦16块阶段提高采收率11.7%，预计提高采收率约18%[4]。其现场试验均为砂岩油藏，所用表面活性剂为重烷基苯磺酸盐、甜菜碱等，且用量较大(>0.3%)[5]。

　　新疆砾岩油藏七中区二元复合驱用量仅为0.2%，预计提高采收率18%。目前，环烷基石油磺酸钠仅在新疆油田应用，为了在新疆油田进一步推广二元复合驱技术，有必要深入研究环烷基石油磺酸钠在二元复合驱中的作用[6-7]。本文利用动态光散射法、紫外分光光度法和微流控驱替实验[8]等深入研究了环烷基石油磺酸钠在二元复合驱提高采收率中的作用，为新疆油田老区稳产提供理论支撑。

　　1实验部分

　　1.1材料与仪器

　　环烷基石油磺酸钠(简称KPS)，有效物含量32%，工业级，克拉玛依金塔公司;重烷基苯磺酸钠，有效物含量50%，工业级，大庆东昊公司;十二烷基苯磺酸钠，工业级，南京佳吉化工有限公司;部分水解聚丙烯酰胺(KYPAM)，相对分子质量1.0×107，水解度26.7%，固含量93.14%，工业级，北京恒聚化工集团有限公司;荧光素，浓度为1×10-4mol/L，分析纯，天津市大茂化学试剂厂;克拉玛依油田A井区产出水，矿化度10260.8mg/L，主要离子质量浓度(单位mg/L)：Na++K+3438.8、Mg2+17.48、Ca2+16.47、Cl2941.78、SO42-227、HCO3-3339.03、CO32-280.32;七中区井区原油，黏度6.0mPa·s(40℃);白油，5mPa·s(40℃)，工业级，黄河新材料有限公司;人造非均质砾岩岩心，尺寸为3.8cm×30cm，渗透率分别为0.03、0.05、0.11、0.18μm2。

　　ZetasizerNanoZS激光粒度仪，英国马尔文仪器有限公司;Cary50紫外可见分光光度仪，安捷伦公司;Cryo-TEM低温冷冻透射电镜，美国FEI公司;Eurostar20digital数显搅拌器、KS4000ic恒温摇床，德国IKA公司;Gatan626低温保持器，美国Gatan公司;岩心驱油装置，江苏海安石油科技有限公司;微流控实验装置(苏州含光微纳有限公司)组成：HarvardPump11Elite注射泵、微流量压力传感器、微流控芯片、ZeissV12体式显微镜、Sony单发相机;其中，微流控芯片为玻璃材质，采用湿法刻蚀制备，微孔通道表面做亲水处理(1mol/L氢氧化钠润洗通道)，微孔通道宽度为100µm、深度为40µm。

　　1.2实验方法

　　(1)微流控驱油实验将微流控芯片固定在显微镜下的恒温热台上，设置热台温度为40℃，然后以注射泵向微通道中注入原油以模拟受困油，待通道中全部注满原油后，以另一注射泵向微通道中注入荧光标记的水相(水+表面活性剂+荧光素)，油水两相接触后分别在白光和470nm激发光下观察，对不同时刻的微孔通道拍照。

　　(2)KPS溶液增溶量的测定采用紫外可见分光光度仪测定溶液的透过率。首先于螺口瓶中分别加入不同量的白油，再加入表面活性剂溶液，置于40℃恒温摇床中振荡24h，使表面活性剂溶液完全增溶白油。以不含白油的表面活性剂溶液为空白，采用1cm吸收池，在600nm波长处测定各溶液的透过率，每次测定时，溶液需摇匀后再倒入吸收池中，恒温5min后进行测量。根据溶液透过率与模拟油量的曲线转折点可得到溶液对模拟油的最大增溶量。

　　(3)增溶胶束粒径的测定在表面活性剂溶液中分别加入不同量的白油，在40℃的摇床中振荡24h使原油完全增溶在胶束中。采用激光粒度仪测定体系的水动力学尺寸。用0.2μm针头式过滤器对待测样过滤以除去杂质，用针头式过滤器吸取1mL的溶液缓慢注入样品池中，防止起泡产生，且样品池保持洁净无擦痕，实验温度设置为40℃，每个样品至少重复3次。

　　(4)增溶胶束形貌的测定分别在形成的不同形貌区间选取一个浓度点，用低温冷冻透射电镜观察其形貌。在环境可控的低温制样装置中制备样品，相对湿度保持在90%以上以防止制备过程中溶液蒸发。制样过程如下：将2μL已在40℃预热的溶液置于由铜网支撑的碳涂覆的多孔膜上，用滤纸轻轻吸干，在网格上获得薄液体膜(20~400nm)。随后样品在-180℃下迅速移至含有液体乙烷的冷冻剂储库中，并转移至液氮(-196℃)中储存。然后使用低温保持器将储存在液氮中的样品转移至低温冷冻透射电镜。加速电压设定为200kV，工作温度保持在-170℃以下，使用电镜自带的电荷耦合装置照相机对图像进行数字记录。

　　(5)岩心驱替实验用产出水饱和岩心;用原油驱替至不出水;用产出水水驱至含水98%，计算采收率;注入0.5PV二元体系(0.3%KPS+0.1%部分水解聚丙烯酰胺)，用产出水水驱至含水98%，计算化学驱采收率。根据石油天然气行业标准SY/T6576—2016《用于提高石油采收率的聚合物评价方法》测定流出液的黏度及聚合物浓度，实验温度40℃，驱替速度为0.5mL/min。按流出液黏度(浓度)/原始溶液黏度(浓度)计算相对黏度(浓度)。

　　2结果与讨论

　　2.1KPS胶束与原油的相互作用

　　原油为黑色稠状液，加入KPS溶液中颜色较深，对后续测试及观察造成困难，故采用白油为模拟油。在10g0.2%KPS溶液中增溶不同量模拟油后的粒径变化。

　　0.2%KPS胶束直径约为3.5nm;当加入5mg模拟油时，胶束直径增至30nm，继续增溶模拟油至15mg，胶束直径高达250nm，充分说明了KPS胶束可以增溶原油。表面活性剂浓度若超过临界胶束浓度即形成球形胶束，而增溶其他物质后胶束形貌可能会发生相应变化。因此利用低温冷冻透射电镜观察了40℃下0.2%KPS溶液增溶不同量模拟油后的形貌。

　　当KPS溶液中加入5mg模拟油时，胶束仍为球形，只是粒径略有增大;当加入15mg模拟油时，形成乳状液，其平均粒径约为5μm，说明模拟油分子进入胶束中被KPS分子的非极性端所包围，呈现出“增溶作用”，随着进入胶束的油量增加，胶束溶胀形成了乳状液。

　　2.2KPS与原油乳化对提高采收率的影响

　　将0.5%KPS溶液注入微通道，通过对不同时刻的微通道拍照，考察乳化现象的产生及演化情况。当KPS溶液以0.1µL/min的流速进入微通道后，乳化现象迅速发生，3min时已能观察到明显的乳化层，20min时已能观察到明显的油包水液珠，乳化范围随时间推移不断扩大，3h时已扩展至封闭通道末端，而油包水液珠也在这一过程中逐渐变大，以至于连接成块，即KPS可以较容易地驱替出更多的原油。

　　为了能准确研究乳化对提高采收率的影响，开展岩心模拟驱油实验来反映二元驱(0.3%KPS+0.1%KYPAM)中体系乳化对提高采收率的影响。通常认为增大聚合物浓度可以提高体系黏度，起到扩大波及体系的作用[11-14]。研究结果表明，随着驱替的进行，流出液中聚合物浓度逐渐下降，但二元体系的相对黏度并未降低，说明乳化起到了控制黏度的作用，进而对于控制流度比有重要作用，有利于提高采收率。

　　2.3现场应用

　　在克拉玛依油田七中区二元复合驱现场，利用“可控乳化”设计配方体系，注入初期(0.2PV)利用强乳化(乳化综合指数大于70%)动用高渗储层剩余油;见效高峰期(0.4PV)利用中等乳化(乳化综合指数30%~70%)动用中低渗储层剩余油，高峰期含水由水驱末的95%下降为47.5%，实现了乳化大幅度提高采收率的目的。截至2019年11月，注入0.684PV二元体系，提高采收率17.1%。

　　3结论

　　与十二烷基苯磺酸钠和重烷基苯磺酸盐相比，同浓度下KPS胶束增溶模拟油尺寸最大，增溶模拟油量最多，1tKPS溶液可极限增溶350kg的模拟油。KPS易与原油发生乳化，乳化后可增加驱油体系黏度，起到控制流度的作用，有利于提高采收率。充分利用KPS易乳化的特点，对体系乳化性能进行指标量化，通过调节“可控乳化”驱油体系的乳化综合指数，初期含水下降期低含水稳定期含水回升期后续水驱可大幅提升驱油效率，为二元体系的设计提供重要指导。将“可控乳化”驱油体系应用于克拉玛依油田七中区二元复合驱现场试验，降水增油效果明显。

　　参考文献：

　　[1]浮历沛,廖凯丽,何岩峰,等.聚/表二元复合驱油技术研究[J].常州大学学报(自然科学版),2020,6(32):54-59.

　　[2]李杰瑞,王连刚,刘卫东,等.复合驱表面活性剂乳化研究现状[J].油田化学,2018,35(4):731-737.

　　作者：关丹1,2,3,4，阙庭丽1,2,3,4，曹强1,2,3,4，唐文洁1,2,3,4，栾和鑫1,2,3,4

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