新型驱油剂DL-15性能与应用*

李乐，邱晓慧，卢拥军，吕开河，崔伟香

（1.中石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊065007；2.中国石油大学（华东）石油工程学院；山东青岛266580）

新型驱油剂DL-15性能与应用*

李乐1,2，邱晓慧1，卢拥军1，吕开河2，崔伟香1

（1.中石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊065007；2.中国石油大学（华东）石油工程学院；山东青岛266580）

中石油廊坊分院为改善压裂作业中油藏的油水界面性能，研发了新型驱油剂DL-15。本文对DL-15展开了性能评价和驱油机理探究并介绍其应用。实验表明：0.2%浓度的DL-15在20℃下能使长庆原油界面张力降低至：0.061mN·m-1，提高温度或者加入低浓度盐均能进一步改善其界面性能，使之达到10-3mN·m-1，耐盐性实验和驱替实验均表明在高矿化度条件下，DL-15依然可以保持较好的界面活性。填砂管实验和岩心驱替实验表明0.5%DL-15相对水洗油，水驱油采收率分别提升10.6%和9.04%。分析DL-15提高采收率的机理，主要是良好的渗透性能、适当的亲水性、低的界面张力共同作用。根据长庆油田现场应用瓜胶—DL-15体系压注采一体化作业动态生产数据，驱油剂DL-15提高采收率性能优越，对比压注采作业前，日产油量提升70%以上。

驱油剂；界面张力；驱替评价实验；提高采收率机理

为了实现压注采一体化作业的驱油功能，提高低渗透油藏的采收程度，中石油廊坊分院压裂中心研发了新型驱油剂DL-15，该驱油剂以阴离子型表面活性剂为主剂，具有低表界面张力、耐温抗盐性能出色，能有效提高驱油效率，与常规压裂液配伍性好、价格便宜特点。本文针对驱油剂DL-15展开了一系列性能评价和提高采收率机理探究并介绍其现场应用效果。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

DL-15（50%北京宝丰春石油技术有限公司）；NaCl、Na2C03、Na2S04、KCl、CaCl2，均为分析纯，天津化学试剂厂生产；癸基葡糖苷（APG10 50%）、十二烷基硫酸钠（SDS AR），均为临汾绿森化工有限公司生产。

自来水（实验室取）；20～40目石英砂（市售）；脱水煤油（20℃时粘度：2.51mPa·s），长庆油田鄂尔多斯盆地井口脱水原油（20℃时粘度为：22.1mPa·s），长庆油田7-2区块天然岩心，模拟地层水总矿化度：15700mg·L-1（NaCl：10000mg·L-1；KCl：1800mg·L-1；Na2C03：1300mg·L-1；CaCl2：1200mg·L-1；K2C03：1200mg· L-1；Na2S04：200mg·L-1）。

TX500K旋转滴界面张力仪（美国科诺工业有限公司）；150mL型填砂管（江苏东海县宏典石英制品有限公司）；K100表面张力仪（德国KRUSS公司）；特低渗岩心伤害仪（德国KRUSS公司）；ZC-1型多功能采油室内模拟实验装置（海安石油科研仪器厂）；DSA100型视频光学接触角测量仪（德国KRUSS公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 cmc值和γcmc测量cmc值测量采用表面张力法。实验仪器：K100表面张力仪。实验依据标准：SY/T-5370-1999中刮片法测得。临界胶束浓度（cmc）及对应的γcmc根据γ表～lgc关系图确定。

1.2.2 油水界面张力测量界面张力测量采用标准SY/T5370-1999中3.2.2旋转滴法测量。实验仪器为TX500K旋转滴界面张力仪。实验转速为：5050r· min-1，实验温度分别为：20，50，80℃。实验用油分别为：市售脱水煤油、长庆油田鄂尔多斯盆地区块脱水原油。实验数据取最终稳定值。

1.2.3 DL-15抗盐性测试及盐对DL-15的影响取DL-15试剂，溶于模拟地层水中配制不同浓度溶液，测量DL-15在高矿化度地层水下与脱水原油的界面张力。向0.5%DL-15溶液中加入不同含量的盐，测试DL-15在不同盐浓度下的界面张力变化。

1.2.4 润湿性实验取长庆区块7-2天然岩心，线加工成2cm×2cm×2mm的岩心块。将岩心块分别置于空气、蒸馏水、煤油、0.5%DL-15溶液、0.5%十二烷基硫酸钠溶液中浸泡，并将上述溶液置于水浴锅中升温至80℃，96h后取出岩心烘干，于光学接触角测量仪上进行接触角实验。实验方法参照标准SY/T5153-1999中接触角法。

1.2.5 填砂管实验将20～40目石英砂洗净烘干，置于脱水煤油中浸泡48h，实验时，往填砂管内注入少量煤油，再用注射器往填砂管中加砂，确保沙粒全部浸入煤油中，震荡填砂管使沙堆压实并不断补充沙粒，直至沙粒平铺至75mL刻度处不再变化。放掉多余煤油使其恰好淹没沙粒顶端。

分别往填砂管内加入蒸馏水、0.5%十二烷基硫酸钠（SDS）、0.5%D-15水溶液、0.5%DL-15模拟地层水配制液至150mL处。打开填砂管下端阀门，用秒表记录在每个单位时间内流入下端量筒中的液体总体积和下端水溶液体积，直至液体体积不再变化为止。试验中观察有无油水乳化现象。

1.2.6 驱替效果评价实验测定天然岩心基本物性参数，将岩心抽真空，饱和模拟地层水。再将岩心饱和脱水煤油。用多功能岩心驱替装置对岩心进行常规水驱和0.5%DL-15驱。实验围压：3MP，泵速：0.5mL·min-1，驱替压力：0.6MP，实验温度：20℃。驱替直至岩心出口端无油相流出后继续泵液30min，实验结束[1，2]］。

2 结果与讨论

2.1 DL-15的cmc值与γcmc值

临界胶束浓度（cmc）是表面活性剂的一大重要特征，用来表征表面活性剂分子在溶剂中缔合形成胶束的最低浓度[3]］。当溶液达到临界胶束浓度时，表面活性剂分子定向排列在溶液表面，达到单层饱和吸附状态，此时溶液的表面张力降至最低值。若再提高表面活性剂浓度，水溶液中的表面活性分子开始以几十或几百个聚集在一起排列成憎水基向里亲水基向外的胶束，溶液表面张力不再降低[4-5]。根据表面活性剂的这一特性，可以用表面张力来测量其cmc值。以表面张力对表面活性剂浓度的对数作图，曲线转折点相对应的浓度即为cmc值[5，6]］。

室温下不同浓度对应的表面张力数据见图1；取浓度对数作γ表～lg C图像见图2。

图1 DL-15浓度对表面张力的影响Fig．1 Influence of DL-15 concentration on the surface tension

图2 γ表～lg C关系图Fig．2 Images of the surface tension and the concentration logarithm

由图1、2可知，当DL-15的浓度达到0.05%时，溶液的表面张力基本保持在23.46mN·m-1不再变化。图2中两直线交点即为临界胶束浓度点。经计算，DL-15的临界胶束浓度为：0.048%，其γcmc= 24.27mN·m-1。临界胶束浓度数值越小，意味着能够在更低的浓度下达到最低表界面张力，可以降低试剂用量。从界面分子动力学看，低的临界表面张力可以使溶质更容易溶解，铺展、渗透性能更佳，DL-15表现出的低表面张力，使之能在地层中具有良好的渗透性，更易于微小孔道与原油介质接触。

2.2 DL-15界面张力性能

液体与另一种不相混溶的液体接触，其界面产生的力叫液相与液相间的界面张力［4］。驱油体系和原油之间的界面张力是筛选驱油组分的重要指标。一般认为：油水界面张力存在最佳值，此时驱油效率最高。DL-15在不同浓度下的界面张力见图3。

图3 DL-15浓度对油水界面张力的影响Fig．3 Influence of DL-15 concentration on the oil/water interfacial tension

由图3可知，随着溶液浓度的不断增加，油水界面张力继续下降，在DL-15浓度为0.5%时，界面张力达到最低点。此时煤油-水界面张力达到1.2× 10-2mN·m-1，原油-水界面张力达到2.6×10-2mN·m-1。此后油水界面张力随溶液浓度增加呈部分上升趋势。当DL-15的浓度达到2%之后，油水界面张力趋于稳定。对比DL-15与煤油、脱水原油的界面张力数值，可以看出：DL-15与煤油的界面张力相对脱水原油较低。主要原因是两者的化学组分差异造成的。一方面，煤油的轻质组分烃远多于原油，在一定表面活性剂浓度下，轻质组分含量高的油界面活性明显要好于轻质组分低的油［7，8］，另一方面，同温度下煤油的粘度远小于原油，使其比原油更容易与活性物质反应拉伸变形。

图4是不同温度下不同浓度DL-15对原油界面张力的影响。由图可知：随着温度的上升，原油粘度下降，油水界面张力也随之下降。当温度达到80℃时，油水界面张为4.6×10-3mN·m-1，达到10-3mN·m-1级别。这是因为温度升高原油体积膨胀，网状结构破坏，分子间距离增大，分子间吸引力减小，导致界面张力下降［7］。

虽然低的油水界面张力是提高水驱采收率的关键已到共识，许多学者认为水驱、化学驱要大幅提高驱油效率油水界面张力要达到需要达到10-3mN·m-1之下［9-11］。但DL-15溶液在油井中的注入方式有别于常规水驱。其随压裂液注入，又同井抽吸返排，可连续进行采油作业。驱油剂在地层中经过一段时间憋压焖井后，能够渗入地层微小孔道，与深层原油接触，发挥其渗吸作用和洗油性能，依靠的主要不是驱替作用，而是渗吸置换作用，因此不能单纯追求低的界面张力，否则会导致渗吸机能的主要作用力毛管力大幅下降，对渗吸造成不利影响。在综合采收率与界面张力相关性上国内外研究成果较少，尚还需要进一步探究。

图4 不同温度对油水界面张力的影响Fig.4 Influence of temperature on the oil/water interfacial tension

2.3 盐对DL-15的影响

DL-15在20℃下与模拟地层水配制成溶液后，测其与脱水原油的界面张力数值见图5。

图5 模拟地层水对油水界面张力的影响Fig．5 The influence of simulated water on the oil/water interfacial tension

由图5可知，DL-15与模拟地层水配制成溶液油水界面张力虽然略有上升，但保持着较好的低界面张力性能和稳定性。

图6 不同盐浓度对油水界面张力的影响Fig.6 The influence of salt concentration on the oil/water interfacial tension

图6是50℃时0.5%DL-15与不同浓度NaCl、Na2CO3、CaCl2配制后的界面张力数值。

根据曲线，不同种类的盐对DL-15油水界面影响不尽相同。其中，CaCl2改善界面张力效果不理想，Na2CO3能较大程度上改善油水界面张力，且达到10-2以下的浓度窗口较宽，分析可能原因由于Na2CO3发生水解，pH值呈现弱碱性，与原油中的石油酸反应生成表面活性剂辅助外加的DL-15表活剂协同降低了界面张力。此外每条界面曲线均出现了最低值，存在最佳盐浓度，使界面张力值最小。由图6可知，NaCl对应的的最佳盐浓度大约在20～30g·L-1之间，CaCl2的最佳盐浓度最低为50g·L-1左右，而Na2CO3大概在100g·L-1。国内有学者对表面活性剂最佳盐浓度进行了研究，认为当驱油体系中含盐量达到“适宜盐浓度”时，中相微乳液与油的界面张力和中相微乳液与水的界面张力相等，此时的油水界面张力达到最低。并且认为在“适宜盐浓度”条件下，驱油体系中的表面活性剂在油层中的损耗最低，也是使石油在该浓度下采收率达到最高的原因之一［12-14］。

2.4 润湿性实验

润湿性是用来表征一种液体在固体表面铺展的能力和倾向，一般来说，润湿性的改变取决于矿物表面吸附中心与流体分子活性中心的相互作用，大多数油藏具有中间润湿性［15］。

本次实验岩石润湿性变化数据见表2。

表2 润湿性实验结果Tab．2 Results of the wettability test

由表2可知，长庆7-2天然岩心为中间润湿性。经过蒸馏水润洗之后，其润湿性能向亲水性转变，但幅度不大。SDS的HLB值为40，表现为强亲水性，接触角改变率达到-45.45%，亲水转向明显。DL-15也表现出亲水性能，但其亲水性比SDS差，经DL-15处理后的岩心显弱亲水性。

国外学者很早就指出中间润湿和弱水湿岩样的水驱效率较强水湿和油湿的都高。当润湿性从强水湿向弱水湿或者中间润湿时，原油/盐水/岩石系统的水驱油效率最高［16］。国内学者也通过现场试验指出储层由亲油转向亲水过程中，最终采收率能提高10%［17］。由此可见，中间润湿和弱亲水性对提高采收率最有利。DL-15表现的弱亲水性在水驱上非常有利，在渗吸上，也可使渗吸毛管力增大，对逆向渗吸有促进作用，同样可以提高渗吸效率。

2.5 填砂管实验

填砂管实验用来评价驱油剂的洗油能力。在重力作用下，驱替液顺填砂管流入饱和沙段，将沙粒表面的油携带并洗出，通过计量流入量筒中的液体体积来定量描述驱替液的洗油效率。

根据流出液量，计算出上层油量。结果见图7中。

图7 不同驱油体系填砂管实验结果Fig．7 Influence of different oil displacement agents on sand pack experiment

从图7中可以看到，DL-15的洗油效率（不含乳状液）要高于其他驱替体系，达到了45.3%，蒸馏水洗油效率最差，只有34.7%。相对于水洗油，DL-15的洗油效率提升了10.6%。与模拟地层水配制后洗油效率也未见明显下降。

2.6 驱替效率评价实验

实验选取了长庆油田7-2区块同组天然岩心展开不同驱替体系下的驱替实验。实验结果见表3。

表3 岩心驱替实验结果Tab．3 Results of core flooding experiment

由表3可知，在岩心气测渗透率为0.8～0.9之间时，模拟地层水的驱油效率为：43.27%，0.5%DL-15与地层水混合溶液的驱油效率为51.24%，采收率比单纯水驱提高了8.97%，驱油效果明显。对比用蒸馏水与地层水做溶剂情况下DL-15的驱替效率，可以证明在高含盐量的模拟地层水条件下，DL-15依然可以保持较高的驱油效率，可以在高矿化度的低渗透油藏中应用。

3 应用与结论

3.1 DL-15现场应用

DL-15作为新型压裂添加剂，用来改善低渗油藏压裂作业中地层的油水界面性能，提高油井后期采收率，目前，已经开始在长庆油田鄂尔多斯盆地数口井得到应用。本文截取其中两口油井压注采作业前后生产数据，见表4。

表4 压注采一体化作业前后油井生产数据对比Tab．4 Comparison of oil well production data before and after fracture-fill-extraction integrated operation construction

由表4可知，对比压裂作业前后日产液量、产油量，可以看出，经过瓜胶-DL-15压注采一体化作业后的两口油井的日产液量、产油量均得到大幅提升。

3.2 结论

（1）DL-15具有较高的界面活性，在0.5%浓度时能使粘度为22.1mP·s脱水原油界面张力降至2.6×10-2mN·m-1。当T=80℃时，DL-15能使油水界面张力降至4.6×10-3mN·m-1。

（2）该驱油剂耐温抗盐性能出色。在温度升高时，界面活性进一步增强。与高矿化度地层水配伍后界面张力依然保持较低数值，在盐浓度较低时，还能协同降低界面张力。

（3）DL-15表现出的亲水性能能够发挥润湿反转的功效，使岩石向弱亲水性转变，有利于岩石自发逆向渗吸置换原油的发生。

（4）DL-15具有较好的洗油效率和驱油效率。对比在重力作用下的水洗沙粒驱油，DL-15能够使洗油效率提升10.6%；对比带压驱替下天然岩心的驱替效率，DL-15能够使驱油效率提升8.97%。

（5）DL-15主要靠4种机能综合提高采收率的原理：①低的表面张力和良好渗透性能，使其能够渗入地层深处和微小孔隙，配合转向剂和暂堵剂共同使用，能够提高驱油剂的波及系数。②低的界面张力，使原油的黏附功和内聚力下降，有利于将原油剥离岩心表面或者将大油滴分散成小油滴带走。③弱亲水性能促进了渗吸作用吸吮并置换出微小孔隙中的油滴。④低界面张力使油水孔道的毛管力降低，贾敏效应削弱，孔道中的原油更易被抽吸推向大裂缝，有助于后期吞吐采油过程中原油在孔道中流动和聚并［18］。

（6）经过室内评价和油田现场应用，DL-15作为新型驱油剂在低渗高盐油藏中显示出较大的应用潜能。

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Evaluation and application of a new type of oil displacement agent—DL-15*

LI Le1,2,QIU Xiao-hui1,LU Yong-jun1,LV Kai-he2,CUI Wei-xiang1
（1.RIPED-Langfang,PetroChina,Langfang 065007,China;2.China University ofpetroleum（East China）,Qingdao 266580,China）

In order to improve the interfacial properties of reservoir water in fracturing operations,Fracturing Services Institute Petro-China RIPED-Langfang developed a new type of oil displacement agent-DL-15.This paper is related to DL-15＇s performances evaluation,D-15＇s oil displacement mechanism exploration and DL-15’s application introduction.A series of experiments show that 0.2%DL-15 at 20℃can reduce the Changqing crude oil interfacial tension to 0.061 mN·m-1.And the interfacial tension could even reduce to 10-3mN·m-1by increasing the temperature or adding a low concentration of salt.Salt tolerance experiments and displacement experiments both show that DL-15 can still maintain a good interfacial activity in high salinity brine.Sand pack flood tests and core displacement tests show the oil recovery by 0.5%DL-15 is 10.6%higher than washing oil out sand and 9.04%higher than water flooding recovery.The analysis of the DL-15 oil displacement mechanism mainly includes the penetration properties,the appropriate hydrophilicity and the low interfacial tension interaction.According the data from Changqing Oilfield application Guar Gum-DL-15 fracture-fill-extraction integrated operation dynamic production, DL-15 enhanced oil recovery performance is superior.And it can help more than 70%daily oil production before the previous injection-production pressure job.

displacing agent;interfacial tension;oil displacement efficiency experiments;mechanism of enhanced oil recovery

TE357.46

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170166

2016-11-10

国家863计划“致密砂岩气藏低伤害压裂液体系研究与应用”（No.2013AA064801）；国家课题：储层改造压裂液关键技术研发（No.2016ZX05023003）

李乐（1990-），男，中国石油大学（华东）在读研究生，从事驱油剂与压裂液配方研究。

导师简介：卢拥军（1965-），男，博士，教授级高级工程师，从事低渗透油气藏压裂酸化技术研究与管理工作。