耐温耐盐增稠型表面活性剂体系的应用

范锡彦

（中国石化 中原油田分公司濮东采油厂，河南 濮阳 457100）

表面活性剂驱、聚合物驱和二元复合驱对90℃以下的高渗、中高渗油藏提高采收率效果明显［1-6］。中国石化中原油田于1998年在文明寨油田、文中油田开展了聚合物驱和表面活性剂驱先导试验，并取得成功；2005年在濮城油田开展了二元复合驱技术推广应用，现场实施效果明显［7-8］。

随着表面活性剂驱、聚合物驱和二元复合驱油技术的推广应用，中原油田东濮凹陷一类和二类油藏储量已全部动用。以高温高盐和低渗透性为特点的三类油藏，对驱油体系的耐温耐盐性和可注入性提出了更高的要求。单纯应用表面活性剂驱，由于储层的非均质性，造成表面活性剂窜流严重，驱油效率很低［9-10］。在90 ℃以上温度条件下，聚丙烯酰胺类聚合物存在强烈的热降解现象，同时低渗油藏对聚合物的剪切作用更加明显，因此聚合物驱和二元复合驱油技术均不适用于该类油藏［11-13］。而表面疏水改性超细SiO2（CXS）经过改性后具有很好的分散性［14-17］，可作为增稠剂，提高表面活性剂溶液的黏度，同时具有良好的耐温耐盐性能［18-19］。

本工作在表面活性剂S10中添加CXS得到增稠型表面活性剂体系S10/CXS，利用黏度、界面张力等测试方法考察了CXS添加量对体系黏度、油水界面张力的影响，评价了S10/CXS体系的耐温耐盐性能、封堵性能和提高采收率能力，并通过现场应用验证了该体系的驱油效果。

1 实验部分

1.1 主要原料

实验用水：桥口油田桥口联注入水，矿化度1.85×105mg/L，氯化钙型；实验用油：桥口油田桥21块脱气原油，密度0.83 g/cm3，地面原油平均黏度5.35 mPa·s，凝固点平均为34 ℃；表面活性剂S10：阴非离子型，临沂绿森化工有限公司；CXS：Zeta电位电性为负，绝对值大于32 mV，润湿角为86.8°，3 000目，濮阳市科洋化工有限公司；部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）：相对分子质量107，水解度32%，河南五江水处理材料有限公司。

Brook fi eld DV-Ⅲ型黏度仪：美国博飞公司；TX-500C型旋转界面张力仪：上海安德仪器设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 S10/CXS体系的制备与黏度测试

S10/CXS体系的制备方法为：配制S10溶液，将CXS加入S10溶液中，常温低速搅拌4 h，使溶液混合均匀并充分作用，然后常温下将悬浮液静置

24 h，无明显沉淀、分层时即得目标产品。

用布氏黏度计测试S10/CXS体系悬浮液黏度，并测试不同温度、不同矿化度下的黏度。

1.2.2 界面张力测试

油水界面张力测试按 SY/T 5370—1999［20］规定的方法进行，将油滴置于充满表面活性剂溶液的内径为3 mm的玻璃管中，设置界面张力仪旋转转速为6 000 r/min，记录不同时刻油滴形态变化，计算不同时刻油水界面张力，实验温度为50 ℃。

1.2.3 动态驱替实验

封堵性评价：使用60～200目的石英砂，制作填砂管长60 cm、直径2.5 cm的岩心模型，包括单管、双管模型；对所做岩心抽真空、饱和水；首先注入表面活性剂，压力稳定后再转注S10/CXS体系，并记录压力变化；计算阻力系数和残余阻力系数。

驱油性评价：继续进行水驱或其他动态驱替实验，并记录压力变化和产量变化。

驱油效率的测试方法：使用60～200目的石英砂，制作均质单管模型和非均质三管模型，对所做模型抽真空、饱和油；先水驱至含水率达到98%，记录采油量并计算采收率；再表面活性剂驱至含水率达到98%，记录采油量并计算采收率；最后转注S10/CXS体系，记录采油量并计算采收率。1.2.4 混合液超低界面张力临界浓度测定实验

配制一定质量分数的S10溶液，该溶液油水界面张力可达超低（10-3mN/m）级别，向该溶液添加CXS直至混合液油水界面张力恰好可达超低级别，记录该临界点的CXS质量分数为S10溶液所能容纳的CXS最大质量分数。

2 结果与讨论

2.1 CXS添加量对S10/CXS体系黏度的影响

不同CXS添加量对0.5%S10/CXS（百分数表示质量分数，下同）体系黏度的影响见图1。从图1可看出，当CXS质量分数为0.5%～6.0%时，体系黏度随CXS质量分数的增大而迅速增大。这是因为，CXS表面的疏水基团发挥作用，提高了CXS的分散性和悬浮稳定性，CXS作为一种“填充料”提高了体系的黏度。当CXS质量分数超过6.0%时，体系的分散能力达到饱和状态，增稠效果趋于稳定。

图1 CXS质量分数对S10/CXS体系黏度的影响Fig.1 Effect of modified ultrafine silica(CXS) mass fraction on viscosity of S10/CXS system.

2.2 温度和矿化度对S10/CXS体系黏度的影响

温度对不同体系黏度的影响见图2。从图2可看出，0.5%S10溶液、0.5%S10/0.5%HPAM体系、0.5%S10/6%CXS体系的黏度均随温度的升高而降低。其中，0.5%S10溶液的初始黏度低变化范围小；0.5%S10/0.5%HPAM体系初始黏度最大，黏度变化范围最大，当温度在80～95 ℃时，随温度升高，体系黏度平稳下降，当温度超过95 ℃后，体系黏度急剧下降；而0.5%S10/6.0%CXS体系的初始黏度较高，黏度变化范围小，最终黏度最大，随着温度的升高体系黏度平稳下降，未出现明显的温度敏感点。S10具有耐温性能，所以黏度随温度变化小；S10/HPAM体系中HPAM是体系黏度的主要影响因素，HPAM受耐温性限制，当温度升高，分子间网络结构被破坏，黏度降低，当温度达到95 ℃时，分子降解，黏度急剧下降；而S10/CXS体系受温度影响较小，高温条件无法破坏CXS或CXS与液体分子的分子间作用，因此具有良好的耐温性能。

图2 温度对不同体系黏度的影响Fig.2 Effect of temperature on the viscosity of different systems.

不同矿化度模拟盐水配制的0.5%S10/6.0%CXS体系的黏度见图3。从图3可看出，矿化度的升高对体系黏度的变化影响较小，体系稳定无沉淀等现象。这可能是因为，无机离子对CXS或CXS与液体分子的分子间作用影响很小，未造成网络结构的破坏，说明S10/CXS体系具有良好的耐盐性能。

2.3 CXS添加量对界面张力的影响

CXS添加量对0.5%S10/CXS体系界面张力的影响见图4。从图4可知，0.5%S10与原油的界面张力能达到超低（10-3mN/m）级别；对于0.5%S10/CXS体系，当CXS的质量分数为0.5%～2.0%时， 0.5%S10/CXS体系与原油的界面张力可以达到超低级别；当CXS的质量分数超过3.0%后，0.5%S10/CXS体系与原油的界面张力处在低界面（10-2mN/m）级别，即当CXS用量超过一定值后，随CXS用量的增大，体系与原油的界面张力增大。

图3 矿化度对0.5%S10/6.0%CXS体系黏度的影响Fig.3 Effect of salinity on the viscosity of 0.5%S10/6%CXS system.

图4 CXS添加量对0.5%S10/CXS体系界面张力的影响Fig.4 Effect of CXS addition on interface tension of 0.5%S10/CXS systems.

为了更好地解释这一现象，进行了混合液超低界面张力临界浓度测定实验，为保证S10/CXS体系与原油的界面张力仍可达到超低级别，测定不同S10用量对应的CXS最大允许添加量。结果见图5。从图5可看出，当S10质量分数为0.3%和0.4%时，通过添加少量的CXS就可使S10/CXS体系与原油的界面张力达到超低级别；当S10质量分数超过0.5%时，为了使S10/CXS体系与原油的界面张力达到超低级别，允许CXS的最大添加量随S10用量的增加而增大。这是因为，CXS表面的亲水基和疏水基具备表面活性，与S10发挥协同作用，可降低油水界面张力至超低级别；当CXS用量逐渐增大时，SiO2分子与S10分子在油水界面产生竞争吸附，同时SiO2分子造成S10分子的消耗，因此，不同用量的S10容纳的CXS的最大添加量不同。

综合考虑界面张力和黏度，当S10质量分数为0.5%、CXS质量分数为2.3%时，既可起到增稠作用，还可保证S10/CXS体系与原油界面张力达到超低级别，形成增稠型表面活性剂体系。

图5 保持超低界面张力时不同S10用量对应的CXS最大添加量Fig.5 Max addition of CXS vs. different S10 dosage to maintain ultra-low interface tension.

2.4 S10/CXS体系的注入性

选取0.5%S10/2.3%CXS体系，运用室内单管填砂模型，进行注入性实验。制作渗透率为3.5 μm2的岩心，测试体系的可注入性，获得注入压力随注入体积的变化情况和采出液中物质含量，测试结果见图6。

图6 0.5%S10/2.3%CXS体系注入压力随注入量的变化Fig.6 Changes of injection pressure with injection volume of 0.5%S10/2.3%CXS system.

从图6可看出，随注入体积的增加，岩心的注入压力均匀上升直至平稳，且当注入量为1.6 PV时产出液中出现固相，说明0.5%S10/2.3%CXS体系的可注入性能好。

2.5 S10/CXS体系的封堵性

选取0.5%S10/2.3%CXS体系，运用室内单管填砂模型，取高、中、低渗三种渗透率的填砂管，进行封堵性实验，结果见表1。

表1 0.5%S10/2.3%CXS体系的封堵性Table 1 Plugging property of the system of 0.5%S10/2.3%CXS

从表1可看出，0.5%S10/2.3%CXS体系对于高、中、低渗填砂管均具有调驱能力，且随着岩心渗透率的减小，阻力系数和残余阻力系数均逐渐增大，调驱特征越来越明显；对于中、低渗填砂岩心，残余阻力系数均超过了5，说明0.5%S10/2.3%CXS体系对于中、低渗油藏具有更好的调驱能力。这是因为，0.5%S10/2.3%CXS体系具有更高的黏度，体系流度小，注入压力更高，产生了阻力效应；复合驱后，超细SiO2残留在岩心中，起到了一定的封堵能力，所以具备残余阻力效应；由于超细SiO2的粒径较小，在高渗岩心中聚集成团形成的封堵较弱，而在中、低渗岩心中可以形成高效的封堵。

2.6 S10/CXS体系的驱油效果

2.6.1 均质单管填砂模型

均质单管岩心的驱油效果见表2。从表2可看出，低渗岩心水驱后的采收率接近50%，注入0.5%S10和0.5%S10/2.3%CXS体系均起到提高采收率的作用。其中，注入0.5%S10提高采收率12.11百分点，注入5%S10/2.3%CXS体系提高采收率21.19百分点；S10/CXS体系的总采收率较S10高出近10百分点。S10/CXS体系较好的提高采收率能力是因为该体系中CXS具有“调”、S10具有“洗”的功能，前者的聚并封堵作用提高了波及体积，后者降低油水界面张力提高了洗油效率。在两者的协同作用下，S10/CXS体系具有较好的驱油效果。

表2 均质单管岩心的驱油效果Table 2 Homogeneous single-tube core flooding effect

2.6.2 非均质并联填砂模型

制作三管并联填砂岩心，进行驱油实验，结果见表3。由表3可知，水驱后总采收率为39.8%；S10驱后总采收率达到51.3%，采收率较水驱提高了11.5百分点，这是因为注入S10后，高渗岩心含水降低进而提高采收率，同时高渗岩心中产生原油乳化，增加了一定的流动阻力，使得中、低渗岩心得到进一步的动用。

转注0.5%S10/2.3%CXS体系后，总采收率提高至67.2%，较S10驱提高了15.9百分点，中、低渗岩心得到了较充分的动用，这是由于S10/CXS体系中的CXS聚并成团后有一定的封堵作用，使得非均质并联填砂模型的高、中、低渗透岩心之间出现滞留封堵，液体在流动过程中产生了微观到宏观的液流转向，起到了深部调剖的作用，增大了中、低渗透率岩心的波及体积，再加上S10/CXS体系中S10具有提高洗油效率的作用，使最终的采收率得到了大幅提高。

表3 非均质并联填砂管驱油效果Table 3 Heterogeneous parallel-tube core flooding effect

3 现场应用

为提高CXS分散性，利用自吸式射流泵提高配液效率。选取桥口油田桥21块开展耐温耐盐增稠型表面活性剂驱。桥21块主要含油层位是下第三系沙河街组沙二下亚段，是一套复合型的湖成三角洲砂泥岩沉积，油藏埋深3 370～3 670 m，储层平均孔隙度19.0%，平均渗透率41.9×10-3μm2，属于强非均质低渗储层。地层水的矿化度一般为15×104～23×104mg/L，水型为CaCl2型。该块含油面积3.4 km2，地质储量78.0×104t，可采储量11.72×104t，累计产油6.52×104t，区块剩余油富集。

目前桥21块注水井10井次，采油井16井次，自2015年来开展了表面活性剂驱试点项目，2015年12月日增油12.5 t，2016年7月表面活性剂窜流严重，效果逐渐变差；2016年12月桥21块转注0.5%S10/2.3%CXS体系，2017年3月效果显现，区块整体含水下降3百分点，日增油达到5.8 t，2017年8月日增油达到峰值18.9 t，含水下降5.8百分点，截至2018年10月，S10/CXS驱累计增油6 206.8 t。

4 结论

1）将CXS添加进表面活性剂S10溶液中，溶液黏度提高，CXS可以起到较好的增稠作用，形成的S10/CXS体系具有良好的耐温耐盐性能。

2）对于0.5%S10/CXS体系，当CXS的质量分数为0.5%～2.0%时，0.5%S10/CXS体系与原油的界面张力可以达到超低（10-3mN/m）级别。当CXS用量超过一定值后，随CXS用量的增大，S10/CXS体系与原油的界面张力增大。

3）0.5%S10/2.3%CXS体系注入性能好，对于中、低渗油藏具有更好的调驱能力，在中、低渗岩心中可以形成高效的封堵。其中，CXS的聚并封堵作用可提高波及体积，S10可降低油水界面张力从而提高洗油效率。在两者的协同作用下，S10/CXS体系具有较好的驱油效果。