阴-阳离子表面活性剂润湿性能研究

张 磊，梁 伟，宋志东，宋 菲，冯雷雷

（中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东东营 257000）

表面活性剂驱是油田化学驱[1，2]的一个方法，由于阴-阳离子表面活性剂复配[3，4]时其水溶液容易形成沉淀，从而导致阴阳离子表面活性剂混合体系不仅在应用中成为配伍禁忌，而且相关理论研究也比较滞后，因此阴阳离子表面活性剂在油田化学驱中的应用报道较少。近年来的研究发现，阴阳离子表面活性剂混合体系水溶液具有很多异常性质，如由于阴阳离子表面活性剂在水溶液中存在着强烈的静电作用和疏水性碳链间的相互作用[5，6]，促进了两种带不同电荷表面活性剂离子间的缔合，在溶液中很容易形成胶束，产生比单一表面活性剂更高的表面活性。此外，阴阳离子表面活性剂混合体系可明显降低阳离子表面活性剂在岩心上的吸附损耗，从而可显著降低阳离子表面活性剂的固有缺陷。Shell 的Scott L.Wellington 研究了阴离子-阳离子表面活性剂的驱油性能。印度Dibrugarh 大学的Gogoi教授研究了阳离子表面活性剂双十二烷基溴化胺与阴离子表面活性剂木质素磺酸钠复配体系的驱油性能。但是目前关于阴-阳离子表面活性剂微乳体系对原油增溶性能的研究较少。本文通过室内实验自制的双亲水头基，双聚醚官能团的阴非离子表面活性剂，并与含有阳离子的表面活性剂进行复配，克服了阴、阳离子表面活性剂复配时容易生成沉淀、液晶等缺点。本文研制的用于强化采油的阴阳离子复合表面活性剂，在使用浓度极低的条件下，既可实现微乳驱的作用，现场实验证明具有良好的降压增注效果。

1 实验部分

1.1 主要材料和仪器

聚醚羧酸盐磺酸盐[7，8]，实验室自制；双十八烷基二甲基氯化铵，苏州源泰润化工有限公司；岩心薄片，胜利油田纯41 沙四段岩心；原油，胜利油田纯41 块沙四段；注入水，胜利油田纯8 注水站注入水；接触角测定仪，常州泰勒仪器科技有限公司；气相色谱质谱联用分析仪，江苏天瑞仪器股份有限公司；激光粒度仪，HORIBA；凝固点测定仪，山东盛泰仪器有限公司；磁力加热搅拌器，常州金坛良友仪器有限公司；真空干燥箱，上海坤天实验室仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 阴-阳离子表面活性剂SL-YYH-1 的制备 把聚醚羧酸盐磺酸盐、双十八烷基二甲基氯化铵、水、溶剂按1:1:90:8 的比例配比加入搅拌器，加热搅拌混合均匀后放入烘箱，蒸除溶剂及水后得到阴-阳离子表面活性剂。

1.2.2 润湿性改变性能测试实验 表面活性剂对岩石润湿性的改变，是降低驱替液的注入压力，提高低渗透油藏采收率的关键作用之一。润湿性的测定方法有自吸法、离心法、接触角法等多种，本文采用的是接触角测量法：将岩心薄片浸入油或水中，然后在岩石薄片表面上滴上一滴油或水，利用接触角测定仪测出接触角，详细步骤参考标准SY/T 5153-2017《油藏岩石润湿性测定》中第5 章的规定和方法。

1.2.3 降压物模实验

（1）用精滤后的注入水饱和经洗油、烘干处理好的岩心（要饱和较长时间，每隔2 h 抽0.5 h，饱和48 h以上，以保证岩心全部水湿）；

（2）装岩心，打环压；

（3）容器内装煤油，放空，建立束缚水饱和度。具体实验过程为：干净的岩心样品—多次（抽空—饱和地层水）—油驱水—直至连续一段时间（1 h 以上）没有水出来为止。实验开始时采用较低的速度驱替，然后逐渐提高驱替速度，确保建立起真正的束缚水饱和度；

（4）自检、校零，用精滤注入水正向测定渗透率，记录压力；

（5）反通表活剂溶液4 PV，停3 d，然后用注入水正测渗透率，记录压力。

根据上述实验过程，室内开展了微乳降压物模实验（见图1）。

2 结果与讨论

2.1 润湿性能改变实验结果与讨论

图1 降压模拟实验装置图Fig.1 Depressurization simulation test device diagram

2.1.1 室温下油田注入水和0.5 %的SL-YYH-1 溶液在原油饱和岩心表面的接触角 室温条件下，取原油饱和岩心切片置于接触角测量仪的测量台中，向切片表面滴加5 μL 油田注入水，测得水滴与切片表面的接触角为77.07°（见图2）。

图2 注入水滴与原油饱和岩心切片的接触角Fig.2 Contact angle between injected water drop and saturated core slice of crude oil

室温条件下，取原油饱和岩心切片置于接触角测量仪的测量台中，向切片表面滴加5 μL 浓度0.5 %的SL-YYH-1 溶液，检测得液滴与切片表面的接触角为22.29°（见图3）。

图3 液滴与原油饱和岩心切片的接触角Fig.3 Contact angle between droplet and saturated core slice of crude oil

注入水与饱和岩心切片的接触角数据证明，原油饱和岩心切片模拟的长期采油过程中的岩心孔道表面的润湿性为油湿型。在油田开采中，原油在长期运移过程中在岩心表面不断吸附、渗透，最终造成岩心表面由水湿型转变为油湿型。原油和其他有机堵塞物会聚集、黏附于油湿型的岩心表面，造成地层岩心孔道的堵塞。0.5 %的SL-YYH-1 溶液与饱和岩心切片的接触角数据证明，阴阳离子表面活性剂体系具有一定的亲油性，在油湿型的岩心表面迅速地铺展开来，有利于表面活性剂体系在地层岩心孔道表面发挥作用，从而进一步发挥表面活性剂体系和微乳液体系的解堵性能。

图4 注入水中油滴与原油饱和岩心切片的接触角Fig.4 Contact angle between oil drop in injection water and saturated core slice of crude oil

2.1.2 室温下原油在注入水和0.5 %的SL-YYH-1 溶液中与原油饱和岩心表面的接触角 室温条件下，取原油饱和岩心切片置于接触角测量仪石英检测池中，向切片表面滴加5 μL 原油，向检测池中注入10 mL现场注入水，检测得在注入水中油滴与切片表面的接触角为27.39°（见图4）。

室温条件下，取原油饱和岩心切片置于接触角测量仪石英检测池中，向切片表面滴加5 μL 原油，向检测池中注入10 mL 的0.5 % 的SL-YYH-1 溶液，测得在表面活性剂溶液中油滴与切片表面的接触角为34.47°（见图5）。

图5 SL-YYH-1 溶液中油滴与原油饱和岩心切片的接触角Fig.5 Contact angle between oil drop in SL-YYH-1 solution and saturated core slice of crude oil

注入水中油滴与饱和岩心切片的接触角数据进一步证明，岩心表面为油湿型，原油与岩心表面的接触角小，在运移过程中易于黏附于固体表面。而表面活性剂溶液中油滴与岩心表面的接触角相较于水中已有一定程度的增大，说明在仅室温条件下，表面活性剂体系已经对岩心的表面润湿性产生了一定的影响与改变。

2.1.3 90 ℃下原油在注入水和0.5 %SL-YYH-1 溶液中与原油饱和岩心表面的接触角 取原油饱和岩心切片置于接触角测量仪石英检测池中，向切片表面滴加5 μL 油田原油，向检测池中注入10 mL 的90 ℃恒温30 min 的现场注入水，检测得在高温注入水中油滴与切片表面的接触角为30.77°（见图6）。

图6 高温注入水中油滴与原油饱和岩心切片的接触角Fig.6 Contact angle between oil drop in high temperature injection water and saturated core slice of crude oil

接触角数据表明，在高温注入水条件下，油滴与岩心的接触角相较于常温条件有一定程度的增大，但是增大程度有限。这能在一定程度说明高温条件下岩心表面的油湿程度能够得到很小幅度的缓解，但是依然不能改变岩心表面油湿型的本质。取原油饱和岩心切片置于接触角测量仪石英检测池中，向切片表面滴加5 μL 原油，向检测池中注入10 mL 90 ℃恒温30 min的0.5 %降压增注化学剂，结果显示在高温表面活性剂溶液中油滴迅速从岩心表面剥离并增溶至表面活性剂溶液中（见图7）。

油滴在高温表面活性剂溶液中从岩心表面剥离并增溶至体相中的现象说明，SL-YYH-1 体系能够很好地改善岩心表面的油湿性，极大程度地促进原油从岩心表面脱离，同时该表面活性剂体系对原油有着极佳的增溶能力。

图7 高温下表面活性剂溶液中油滴在原油饱和岩心切片上的增溶情况Fig.7 Solubilization of oil droplets in surfactant solution on saturated core section of crude oil at high temperature

表1 降压前后渗透率、压力对比表Tab.1 Comparison of permeability and pressure before and after depressurization

2.2 降压物模实验结果与讨论

降压物模实验结果（见表1）。由表1 实验结果可以看出，微乳液可以起到明显的降压效果，降压率可达30 %以上。

3 结论

（1）通过聚醚羧酸盐磺酸盐和双十八烷基二甲基氯化铵研制的阴-阳离子表面活性剂体系，具有良好的润湿改变能力。

（2）油滴在高温表面活性剂溶液中从岩心表面剥离并增溶至体相中的现象说明，SL-YYH-1 体系能够很好地改善岩心表面的油湿性，极大程度 地促进原油从岩心表面脱离，同时该表面活性剂体系对原油有着极佳的增溶能力。

（3）物模实验显示，使用阴-阳离子表面活性剂体系驱替岩心，对岩石渗透率提高率超过20 %，对注水降压率超过30 %。