表面活性剂降压增注技术现状及展望

李旭东，刘 音，李 欣，刘云博，戈素青，李 博，王瑞泓

（中国石油渤海钻探井下技术服务分公司，天津 300280）

众所周知，低渗透油藏具有储层致密、渗透率低等特点，采油过程中通常会导致油层吸水能力低、注水压力过高等。如果长期达不到注水配注要求，地层能量下降较快，将严重影响油井产量。目前，油田常用酸化压裂、纳米增注等措施降低注水压力，提高注水量。但是，上述措施也存在有效期短、作用半径小、成本较高等问题，亟需寻找替代方案。

近年来，表面活性剂因其具有特殊结构和优良的界面活性，常被用来降低渗透油藏的油水界面张力，改变岩石表面润湿性，乳化分散原油，提高水相渗透率，达到降压增注的目的。目前，国内外均有以表面活性剂作为压裂段塞的现场增产试验，如靖安油田采用表面活性剂WLW[1]、美国耶茨油田（Yates Field）采用烷基醇聚氧乙烯醚[2]，均取得了较为良好的增产效果。本文综述了国内低渗油藏表面活性剂降压增注技术的发展现状，总结和分析了成功经验，对低渗油藏开展降压增注研究及工程实践具有重要的借鉴意义。

1 表面活性剂降压增注原理

表面活性剂是一种在低浓度下迅速降低表面张力的物质，分子结构上同时具有亲水基和亲油基。正是因为它的这种“两亲”性质，使其能够显著降低界面张力。根据表面活性剂的亲水基团类型、组成及结构特点，可将其划分为六种类型，即阴离子型、非离子型、阳离子型、复配型、双子型以及两性表面活性剂。基于表面活性剂的作用特征，可从以下几种机理达到提高采收率的目的。

（1）降低油水界面张力。在石油采收过程中，驱油剂的波及系数和洗油效率是采收率的决定性因素。洗油效率随着毛细管准数增加而增加。在注水开发后期，通过降低油水界面张力，可使毛细管准数有2～3 个数量级的变化。加入表面活性剂可导致地层的毛细管作用大为降低，从而降低了剥离原油所需的黏附功，最终提高洗油效率。

（2）降低边界层厚度，提高油水相渗流能力。表面活性剂分子吸附在低渗储层的边界层流体表面，导致边界层流体的剥落功率大大的减小，岩心可流动孔喉变大，最终导致流体流动阻力减小，油水相的渗流能力增加。

（3）改变原油的流变性。原油的黏度受剪切应力的影响，降低黏度和极限动剪切应力，会导致采收率提高。表面活性剂吸附在沥青质点上，可以减弱沥青质点间的相互作用，增强其溶剂化外壳的牢固性，从而降低原油的极限剪切应力，提高采收效率。

（4）改变岩石表面的润湿性。驱油效率通常受岩石的湿润性影响。亲水性表面活性剂的驱油效率较好，而亲油性表面活性剂的驱油效率差。驱油过程中，亲水性表面活性剂可以使原油与岩石界面的接触角增加，进一步使岩石表面的亲油性亲水性发生反转，从而减少油滴在岩石表面的黏附功，促进原油的剥离。

（5）降低残余油饱和度和注入压力。表面活性剂体系对原油具有较强的乳化作用，在油水两相流动剪切作用下，迅速使岩石表面的原油剥离、分散，形成水包油型乳状液，改善油水两相的流度比，波及系数会大大提高，毛管阻力和渗流阻力同时也会降低很多，导致油滴通过微小岩石孔道时的贾敏效应减小，最后启动压力就会降低很多。

2 表面活性剂降压增注技术发展现状

表面活性剂由于其特殊结构和优良的界面活性，可以通过单分子层吸附机理、离子对机理及胶束增溶机理改变岩石表面润湿性和油水界面张力，进而提高渗吸效率，改善低渗透油藏的油水渗流特性，从而达到降压增注的目的。本文从不同表面活性剂类型（阴离子型、非离子型、双子型和两性表面活性剂、复配型表面活性剂）总结了表面活性剂降压增注技术的发展现状。

2.1 阴离子型表面活性剂

在表面活性剂的生产过程中，阴离子表面活性剂的生产量最大，品种也特别多。按其亲水基团的结构主要可以分为磷酸酯盐、羧酸盐、磺酸盐和硫酸酯盐四大类别。陈文斌等[3]选取了聚氧乙烯烷基酚醚硫酸酯钠盐（AES）、聚氧乙烯烷基酚醚磷酸酯钠盐（AEP）、聚氧乙烯烷基酚醚硫酸酯铵盐（AEN）和膨化剂聚季铵盐（JC-931）进行组配，对长庆油田油房庄地区进行试验，同时从配伍性、耐温性、界面张力稳定性和耐盐性等方面对表面活性剂种类、表面活性剂和膨胀剂的加量确定百分比，最终确定了0.5 % AES+0.1 % JC-931 为最佳体系。周燕等[4]采用具有代表性的阴离子型表面活性剂石油羧酸盐对孔隙率很小的乌南油田实施降压增注试验。结果表明，加入石油羧酸盐表面活性剂的情况下，残余油饱和度下水相渗透率可以得到很大程度增加，渗透率提高率最高能够达到133 %，其平均值能够达到125 %。可见，阴离子表面活性剂在降压增注领域应用效果较好，具有良好的前景。

2.2 非离子型表面活性剂

非离子表面活性剂是一种在水溶液中含有不离解的亲水基醚基的表面活性剂，其表面活性由中性分子体现出来。按照亲水基的结构可以分为聚氧乙烯型、多元醇型、烷醇酰胺型、聚醚型、氧化胺型等几种类型。与其他类型表面活性剂的相容性好，与阴离子和阳离子表面活性剂都可兼容；无毒、无刺激、生物降解性好，是新一代“绿色产品”。李晓东等[5]采用烷醇酰胺表面活性剂在室内模拟和对大庆油田的采油二厂的7 口井进行降压增注试验。结果表明，烷醇酰胺表面活性剂能够使采油的污水中界面张力达到10-2mN/m 数量级，界面张力的稳定性非常好，同时发现该体系抗盐能力也很强。此类表面活性剂也存在不足之处，其在地层中的稳定性很差，并且不能耐高温，价格很高，不能大量使用。崔晓东等[6]选取了OCS 表面活性剂和烷醇酰胺表面活性剂进行模拟试验，结果表明OCS 表面活性剂的界面张力在10-2mN/m～10-3mN/m，并且发现OCS 表面活性剂的采收率明显高于烷醇酰胺表面活性剂，表明非离子表面活性剂也存在一定程度的不足。

2.3 双子表面活性剂

双子表面活性剂是一种新型的表面活性剂，通过化学键将两个或两个以上的同一或几乎同一的表面活性剂单体，在亲水头基或靠近亲水头基附近用联接基团将这两亲成分联接在一起，形成的一种表面活性剂。孙玉海等[7]采用G-3、G-4 和G-6 三种表面活性剂对胜利油田的原油进行降压增注的室内试验，结果表明，双子表面活性剂可将胜利油田的界面张力降到10-3mN/m。李瑞冬等[11]采用H 双子表面活性剂在临盘低渗油田进行效果试验，结果表明，当含量为0.05%～0.3%的时候，原油的界面张力达到10-2mN/m 数量级。马锐[8]用烷基二甲基叔胺、卤代烷烃为主要原料制备了一种适用于注水井降压增注的杂双子表面活性剂GXS-2，反应方程式如下：

表1 GXS-2 溶液界面性能评价结果Tab.1 Evaluation results of GXS-2 solution interface performance

对GXS-2 与其他常规表面活性剂从协同性以及降压增注效果进行研究，在常温下的表面/界面张力。实验表明，该杂双子表面活性剂的界面活性很高，当加量为0.05 %的时候，界面张力可达到0.028 mN/m，完全符合超低界面张力的效果。但是，双子表面活性剂价格昂贵，难以大规模使用，并且国内的研究仍然处于起步阶段（见表1）。

2.4 两性表面活性剂

两性表面活性剂是在同一分子中既含有阴离子亲水基又含有阳离子亲水基的表面活性剂，最大特征在于其既能给出质子又能接受质子。此类表面活性剂主要分为氨基酸型、甜菜碱型和咪唑啉型。翟怀建等[9]提出在无碱条件下，注入甜菜碱型两性活性剂的原油的界面张力可达10-3mN/m 超低水平。室内的驱替实验和现场应用均表明，甜菜碱两性表面活性剂可以大大提高原油采收率。范华波等[13]从界面张力和岩心湿润性等方面进行实验，研究表明两性表面活性剂椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱的效果均不如阴离子型表面活性剂AN211，AN211 更适合用于非常规的油气藏储层驱油。由此可见，两性表面活性剂也存在不足之处。

2.5 复配型表面活性剂

复配表面活性剂比单一的表面活性剂具有很多优势，比如成本低、用量少等。复配产生增效作用同时，还会大大改善表面活性剂性能。唐敬珍等[14]对不同表面活性剂进行了筛选及复配，最终选择由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂组成的复配体系，应用于低渗透油田的降压增注。现场试验发现，4 口井的注入压力明显下降，视吸水指数上升，且有效期达到一年以上。张永刚等[10]采用由糖脂类表面活性剂与少量烷基酚聚氧乙烯醚类和烷醇酰胺类等非离子表面活性剂复配，组成了4 种生物表面活性剂OBS-01、OBS-02、OBS-03、OBS-04，对温度为35 ℃、黏度为16.32 mPa·s的渭北油田长3 油藏脱气、脱水原油，以及渭北油田长3 油藏地层产出水进行试验，发现OBS-03 型表面活性剂可以使油水界面张力达到10-2mN/m，在形成胶束时可以有效地降低渭北油田长3 原油黏度，并且耐温和耐矿化度性能较好[12]。

此外，大庆油田选取HB-1 和ZS-1 两种表面活性剂作为复配表面活性剂体系主要成分，对低渗透油田降压增注进行效果试验，最终确定复配表面活性剂体系配方为0.3 % ZS-1+0.2 % HB-1+0.6 %NaCl，完全符合降压增注的需求，但其应用依然存在一些问题。

3 展望

表面活性剂降压增注技术在室内试验和现场试验方面均取得较好的效果，说明这是一种适合低渗透油田降压增注的新技术。但是，此技术在国内仍然处于发展阶段，现场应用也不是很普遍，且成本较高，仍有较大研究和进步空间。

3.1 优选表面活性剂

考察和研究目前油田注采状况以及油藏自身地质条件，建立注入工艺参数，筛选出使用方便且不会造成二次油层污染的低浓度表面活性体系，同时能够有半年以上有效期且降压增注效果显著。

3.2 降低表面活性剂合成成本

此技术在国内仍然处于发展阶段，在合成技术和成本方面仍然不成熟。未来可以寻找低成本、来源广泛的原料和制备方法，以便显著降低表面活性剂的合成成本。

3.3 深化研究降压增注技术

由于试验区的层数多、储层物性层间差异大等问题，使其平面及纵向矛盾更加突出。因此，未来可以针对这些存在的问题利用油藏数值模拟技术和中心注汽井分注技术来研究改善表面活性剂降压增注技术。

4 结论

通过分析表面活性剂的作用特征，总结了提高采收率的作用机理。通过综述国内低渗油藏表面活性剂降压增注技术的发展现状，总结和分析了成功经验。目前的研究现状表明，表面活性剂降压增注技术能够取得较好的效果，是极具发展潜力的低渗透油田降压增注的新技术。但是，此技术在国内仍然处于发展阶段，现场应用不是很普遍，且成本较高，仍有较大研究和进步空间。对今后该技术的发展方向进行了展望，需在优选表面活性剂、降低表面活性剂合成成本、多技术融合方面深化对表面活性剂降压增注技术的研究。