界面张力对海上油田采收率影响机理研究

矫 龙，张 博，常 振

(中海油田服务股份有限公司，天津 300450)

海上油田原油黏度密度大，胶质沥青质含量高，容易黏附在油藏表层，常规水驱很难进行开采，必须使用驱油剂来提升采收率。驱油剂一般为表面活性剂，而表面活性剂一个重要的物理指标就是降低油水两相间的界面张力，所以界面张力机理是提高采收率机理中重要的组成部分。本文利用不同的表面活性剂作为驱油剂，对海上油田不同区块原油进行界面张力和一维驱替模拟实验，明确其中的对应关系及规律。

1 界面张力机理的研究现状

1.1 平衡界面张力与提高采收率的关系

平衡界面张力是油水接触一段时间后达到平衡不再变化时的界面张力，是一个静态的概念。廖广志[1]提出，平衡界面张力达到10-3mN/m超低界面张力时，采收率可以提高20%以上；李华斌等[2]提出要达到油水的平衡界面张力10-3mN/m数量级，采收率提高20%的目标，会在实际应用中出现表面活性剂的种类和来源受到严格的限制；陈中华等[3]也提出由毛管数推导计算出的10-3mN/m超低数量级界面张力值，可以作为活化残余油的结论，但是这只考虑了油水界面张力、驱油体系的黏度以及驱替速度等三个参数，而没有考虑其他的影响因素。

1.2 动态界面张力与提高采收率的关系

动态界面张力是油水间界面张力随时间变化的瞬时界面张力。李华斌和陈中华[2，3]利用大庆原油进行动态界面张力对驱油效率影响实验。研究结果表明，随着时间的变化，油水动态界面张力的变化随着时间变化，界面张力先是逐渐降低到10-3mN/m的超低值，然后又逐渐上升到10-2mN/m或10-1mN/m，甚至更高，卢祥国等[4]认为体系界面张力值越小，采收率越高，说明影响驱油效果的主要因素是油水瞬时界面张力的最低值，最低值越小，驱油效果越好。

2 实验内容

对海上油田两个区块的原油分别进行界面张力和一维驱替实验，通过实验结果可以直观的得出界面张力对采收率的影响机理。

2.1 界面张力测定实验

界面张力测试有很多方法，主要为：悬滴法、毛细管上升法、吊片法、最大气泡法，本文选取悬滴法测试驱油剂的界面张力。

2.1.1 实验仪器及用品

2.1.1.1 实验仪器 实验仪器(见表1、图1)。

表1 实验仪器Tab.1 Experimental apparatus

图1 TX-500界面张力仪Fig.1 TX-500 interfacial tensiometer

2.1.1.2 实验用品

实验用油：A-1区块原油、B-1区块原油。

实验药品：石油醚、无水乙醇、丙酮、去离子水，驱油剂的规格(见表2)。

表2 实验所用驱油剂规格及用途Tab.2 The specifications and function of the displacement agents

2.1.2 实验步骤

(1)仪器清洗：先用石油醚清洗，再用无水乙醇和丙酮继续清洗，晾干备用。

(2)装样：将样品注射器分别用去离子水和驱油剂润洗，抽取样品注满样品管，挑小米粒大小的特定区块原油放入驱油剂中，盖上封堵盖。

(3)恒温：把在控制面板上调至50℃，恒温30 min。

(4)测试：在控制面板上打开控制按钮，将转速设置为5 000 r/min，测定该条件下界面张力。

2.2 驱替实验

针对不同驱油剂对同一区块原油降低界面张力的差异、不同浓度的同一种驱油剂对同一区块原油降低界面张力的差异以及相同浓度同一种驱油剂对不同区块原油降低界面张力的差异，采用一维模拟驱替模型进行驱替模拟实验，直观的看出界面张力对提高采收率的影响。

2.2.1 实验仪器及用品 采用一维模拟驱替模型，模型装置图(见图2)。

实验用品：去离子水、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、石油醚、无水乙醇、丙酮等。

实验模拟岩心砂比：180 目：120 目：70 目=1：2：4。实验用油：A-1油田原油、B-1油田原油。

2.2.2 实验步骤 将目标原油注入到模拟岩心中，在50℃的实验条件下进行水驱和驱油剂驱，并且计算出最后的采收率，得出界面张力和采收率之间的关系。

图2 一维模拟驱替模型示意图Fig.2 One-dimensional simulation dislacement model

3 实验结果与分析

3.1 界面张力测定实验

对A-1油田的原油进行了油水界面张力测试，测试温度统一定在了50℃。药剂浓度从100 mg/L起始逐渐增大，直到测量指标趋向平衡。从结果可以看出十二烷基苯磺酸钠降低界面张力的能力较弱，在浓度达到5 000 mg/L时，油水界面张力达到平衡，界面张力降至10-2mN/m级别；而烷基酚聚氧乙烯醚降低界面张力的能力较强，在浓度达到2 000 mg/L时，油水界面张力基本平衡，界面张力降至10-3mN/m级别(见图3)。

对B-1油田原油进行界面张力测试，测试温度统一设定为50℃。药剂浓度从100 mg/L开始逐渐提升。十二烷基苯磺酸钠降低界面张力的能力还是比较弱，当浓度到3 000 mg/L时基本稳定，界面张力仅仅降至10-1mN/m级别；而烷基酚聚氧乙烯醚在浓度3 000 mg/L时也基本稳定，界面张力降至10-2mN/m级别，也低于对A-1油田原油降低界面张力的幅度(见图4)。

3.2 驱替实验

图3 不同驱油剂对A-1油田界面张力实验结果示意图(50℃)Fig.3 The interfacial tension test results schematic diagram by different oil displacement agent on A-1 oilfield crude oil(50℃)

3.2.1 十二烷基苯磺酸钠对不同区块原油的驱替实验十二烷基苯磺酸钠对A-1油田原油的驱替实验结果(见图5)可以看出：随着十二烷基苯磺酸钠的浓度提高，油水界面越来越低。由于十二烷基苯磺酸钠降低界面张力的能力较弱，所以对采收率的提高并没有多大贡献。当浓度为0.03%，油水界面张力为10-1mN/m级别时，采收率仅仅提高了1.1%；当浓度为0.5%，界面张力降至10-2mN/m级别时，采收率也只提高了5.95%。但是，采收率的总体趋势还是随着界面张力的降低而升高。

图4 不同驱油剂对B-1油田原油界面张力实验结果示意图(50℃)Fig.4 The interfacial tension test results schematic diagram by different oil displacement agent on B-1 oilfield crude oil(50℃)

图5 不同浓度十二烷基苯磺酸钠对A-1油田原油驱替实验结果图Fig.5 The experiment results schematic diagram by different concentrations of SDBS displace on the A-1 oilfield

十二烷基苯磺酸钠对B-1油田原油的驱替实验结果可以看出：随着十二烷基苯磺酸钠浓度的提高，油水界面越来越低，采收率也有小幅度的提升。当浓度为0.03%时，油水的界面张力降至1 mN/m级别时，采收率提高了0.75%，当浓度达到平衡浓度0.5%时，油水的界面张力降至10-1mN/m级别时，采收率提高了5.5%。但是提高采收率的幅度都小于同浓度十二烷基苯磺酸钠对A-1油田原油驱替时提高采收率的幅度，这是因为十二烷基苯磺酸钠对B-1油田原油降低界面张力的能力要弱于其对A-1油田原油降低界面张力的能力。

3.2.2 烷基酚聚氧乙烯醚对不同区块原油的驱替实验烷基酚聚氧乙烯醚对A-1油田原油驱替实验结果(见图6)可以看出：随着烷基酚聚氧乙烯醚浓度的提高，界面张力降低幅度很大，采收率的总体趋势也是提升。在浓度为0.03%时，界面张力降至10-1mN/m级别时，采收率提高了12.38%，虽然降低界面的程度和同浓度十二烷基苯磺酸钠基本一致，但是采收率远远大于十二烷基苯磺酸钠在同一浓度时对A-1油田原油的驱替采收率；在浓度为0.1%时，界面张力降至10-2mN/m级别，采收率提高的幅度进一步加大，最后提高了18.40%，也是远远大于同浓度的十二烷基苯磺酸钠对本区块原油的驱替采收率；在浓度为0.5%时，虽然界面张力降低的更多，基本达到了超低界面张力的10-3mN/m级别，但是对原油的驱替采收率和0.1%时基本持平甚至到了驱替末期会比浓度为0.1%时驱替采收率低，最后采收率提升了18.17%。

图6 不同浓度的烷基酚聚氧乙烯醚对A-1油田驱替实验结果Fig.6 The experiment results schematic diagram by different concentrations of polyoxyethylene alkylphenol ether displace on the A-1 oilfield

烷基酚聚氧乙烯醚对B-1油田原油驱替实验结果(见图7)可以看出：随着浓度的升高，界面张力降低，采收率也有提升的趋势。当浓度为0.03%时，界面张力为1 mN/m级别，提升采收率为1.64%，和同浓度十二烷基苯磺酸钠对B-1油田原油驱替提升采收率基本持平。当浓度为0.5%时，界面张力降至10-1mN/m级别，降低的界面张力和十二烷基苯磺酸钠降低的幅度持平，但是提升采收率的幅度要比十二烷基苯磺酸钠要大，最后提升了9.26%；由于在浓度为0.5%时界面张力为0.213 mN/m，接近10-2mN/m级别，所以比浓度为0.1%时，提升采收率的幅度要大。

4 结论

本章运用TX-500旋转界面张力仪和一维线性驱替模型分别测试两种驱油剂对特定区块的原油的油水界面张力以及这种界面张力的差异性和提高采收率之间的关系：

(1)对于不同浓度的同一驱油剂对特定区块原油驱替，随着浓度的提升，界面张力降低，当油水界面在10-2mN/m级别以上时，随着油水界面的降低，采收率有提升的趋势，在达到10-2mN/m级别时，有一个较大程度的升高。此时是因为界面张力的降低，降低了油滴和岩石间的粘附功，使得稠油从岩石中剥离效率提高，另外一个方面是增大了启动毛管数，使得稠油易于被运移启动。

(2)对于同一浓度的不同驱油剂对特定区块原油驱替，虽然在降低界面张力的能力持平，采收率还是有很大的差别。

图7 不同浓度的烷基酚聚氧乙烯醚对B-1油田驱替实验结果Fig.7 The experiment results schematic diagram by different concentrations of polyoxyethylene alkylphenol ether displace on the B-1 oilfield

(3)根据毛管效应公式，计算出油水临界超低界面应为10-3mN/m级别，即10-3mN/m级别时，采收率应该有一个很大幅度的升高，但是实验中却表现出了反常现象，可能的原因是，过低的界面张力会影响乳状液的界面膜稳定性从而影响乳状液的稳定性，不利于采收率的提升。

参考文献：

［1］廖广志.三元复合驱中超低界面张力影响因素研究［J］.大庆石油地质与开发，2001，12(2)：40-42.

［2］李华斌，陈中华.界面张力特征对三元复合驱油效率影响的实验研究［J］.石油学报，2006，27(5)：96-98.

［3］陈中华，李华斌，曹宝格.复合驱界面张力数量级与提高采收率的关系研究［J］.海洋石油，2005，25(3)：53-57.

［4］卢祥国，张云宝.聚合物驱后进一步提高采收率方法及其作用机理研究［J］.大庆石油地质与开发，2007，26(6)：113-118.