基于不同表面活性剂的洗油效率研究*

曹广胜，李 丹，陈小璐，王 鑫，张紫航

（1.东北石油大学 提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318；2.新疆克拉玛依油田工程技术研究院，新疆 克拉玛依 834000）

随着石油的不断开采，水驱、聚合物驱等驱油方式开发一段时间之后，剩余油在地层岩石孔隙中的存在状态越来越复杂，以往的研究主要针对提高波及体积开展，针对洗油效率的研究相对较少。白玉杰[1]等人通过分子模拟的方式研究了不同的表面活性剂对原油及岩石吸附能力的影响，分析了致密级油藏渗吸采油机理。曹广胜[2-5]等人研究基于不同乳化剂结构的油水乳化性能。张志秋[6]等人合成并分析了腰果酚表面活性剂对活性原油堵水的影响。可以说，油田用表面活性剂种类复杂[7]，大幅度的改变地层中油、水以及岩石之间的界面性能和表面性能，实现油水在地层内的乳化、破乳以及其在岩石表面的吸附和分散，进而提高油井采收率[8-10]。目前，三次采油大多利用降低油与岩石之间的界面张力将油驱出。但表活剂的活性容易受温度和浓度的影响，尤其针对特殊的油藏，压力和温度影响药剂驱油的效果。除此之外，表活剂的用量也会对最终的洗油效率有影响[11]。因此，需要研究温度等因素对不同表活剂洗油效率的影响，从而在石油开采过程中能够更好的选择合适的表活剂进行驱油。而单纯的岩心驱油实验中由于岩石内部孔隙结构复杂，流体的流动状态以及所注流体的波及程度会严重影响原油的采出程度，因此，为了分析不同表面活性剂的洗油效率，本文通过洗油实验来消除注入流体的驱替、携带作用以及岩石孔隙内的波及程度对洗油效率的影响。进而明确不同表面活性剂在不同的用量、温度、浓度下洗油效率的变化规律，为表面活性剂驱的广泛应用提供依据。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

原油（大庆五厂）；40～70目石英砂（连云港浩森矿产品有限公司）；洗油的表活剂有三乙醇胺油酸皂（山东初鑫化工有限公司）；十二烷二甲基甜菜碱（BS-12）（AR山东邦化工贸中心）；椰油酰胺丙基甜菜碱（AB-35）（AR临沂市绿森化工有限公司）；吐温80（AR南通仁达有限公司）；脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）（AR济南国丞化工有限公司）；十六烷基三甲基溴化铵（C19H42BrN）（AR山东邦化工贸中心）；椰油酸钾皂（CPS）（AR昆山晟安生物科技有限公司）。实验中配制溶液用蒸馏水作为溶剂。

天平；离心管（质量m0为10.0559g）；烘箱；烧杯。

1.2 原理与方法

（1）将40～70目石英砂用水冲洗后烘干其中的水，并将油与砂按1∶5混合放到烘箱60℃老化24h后取出作为实验备用。

（2）取（1）中油砂为m1（实验过程中取的油砂质量为2g,共含油0.33g）放入离心管中，向其中加入一定量的表活剂溶液，适当左右震动4次，盖好盖后放入烘箱中，设定相应的温度，20h后取出。

（3）取出后冲洗掉洗出的油，同时倒掉里边的溶液，并过滤3次，在过滤过程中用小水流进行过滤，避免将石英砂洗掉，影响实验结果。洗后放到烘箱里，在60℃下烘干里边的水。

（4）将（3）中烘干的油砂进行称量（离心管+油砂），质量为m2。

洗油效率η通过如下公式进行计算：

在整个实验过程中，利用控制变量法对影响不同表面活剂洗油效率的因素进行研究，所用的油砂质量及洗油时间均相同。实验通过η的大小来评价某种表面活剂洗油能力的大小。

2 结果与讨论

2.1 表面活性剂的量对洗油效率的影响

按上述实验步骤在45和60℃下进行，表活剂浓度为2%，研究不同表面活性剂用量对以上7种表活剂洗油效率的影响，实验过程中以油砂与表面活性剂的比值来代替表面活性剂的量，并分别在二者之比为1∶1、1∶2、1∶3时进行研究。结果见图1。

图1 不同表活剂在不同的油剂比下的洗油结果Fig.1 Washing oil results of different surfactants in different oil agent ratios

由图1可以看出，对于某些表面活性剂而言油砂与表面活性剂的比越小，所驱出的油越多，离心管中的油圈越厚；而一些表面活性剂的洗油能力并不随着表面活性剂的增多而提高。

由图1可知，在同一温度下，随着油砂与剂比的变化，1∶1与1∶2之间洗油效率相差较大，并且空白对照组和BS-12在两种温度下的洗油能力随着表活剂量的增加而升高，高温时，AB-35与AES增加表活剂的量对提高洗油效率起作用，而对于吐温80来说，在高温时增加其用量对洗油效率几乎不产生影响，洗油效率增加并不明显，因为吐温80的洗油能力主要受温度影响。并且由两个温度下的结果可以看出，油：表面活性剂为1∶3时洗油效率均比较小，而未加入表面活性剂的空白样品中，适当的增加水量能够明显的增加洗油效果，这是由于油和水之间在岩石表面的吸附差异导致的，在7种表面活性剂中，C19H42BrN、CPS、三乙醇胺油酸皂、AB-35在油砂与表面活性剂的比值为1∶2时的洗油效率均最高，而不同类型的表面活性剂会改变这种吸附能力，在一定程度下，当表面活性剂用量较高时，油滴会更容易从岩石表面剥离，而剥离之后的油滴并不稳定，部分表面活性剂会大规模的剥离岩石表面的原油，这种原油油滴尺寸较大，而油滴在重力作用下运移的过程中会重新破碎、吸附，导致在较高的用量下其洗油效果降低。小颗粒的油滴则会更容易从岩石颗粒之间的孔隙中运移，不会被破碎。另外对比两种实验温度，发现在较高的温度下洗油效率较高，这说明较高的实验温度有助于表面活性剂的剥离作用，分析其原因认为原油是一种非常复杂的有机混合物，原油中的饱和烃、芳香烃、胶质沥青质含量对原油的吸附性能和流动能力影响巨大，一般原油中的胶质沥青质含量较高，受温度影响，在较高的温度下会使整个原油体系的黏度降低，进而增加原油液滴的流动能力，增加洗油效率。

2.2 温度对洗油效率的影响

由于从上述表面活性剂的量对洗油效率的影响的结果发现，在7种洗油剂中CPS与三乙醇胺油酸皂的洗油现象不明显，见图2。因此，在分析温度对洗油效率的影响时，只使用另外的5种药剂进行实验。当温度较高时，原油在表面活性剂的作用下从岩石表面剥离之后会在重力的作用下进入到水相的上部，而产出的原油会吸附在管壁附近，这说明对于地层内的原油，经过洗油效率较高的表面活性剂剥离之后会重新在油湿的部分进行二次吸附，因此，对于表面活性剂洗油来说，一方面需要大幅度的改变岩石的润湿性，尽可能的将吸附在岩石表面的原油剥离，另一方面需要将剥离的原油分散成小油滴，避免其在地层内的二次吸附。我们进一步改变实验中温度分别为30、45、60和75℃，油砂与表面活性剂的比为1∶2，实验结果见图2。

图2 不同温度下的洗油结果Fig.2 Washing oil results at different temperatures

由图2可见，随着温度的升高，洗油效率也随之升高，并且这5种表面活性剂均呈现这样的趋势，温度为30℃时只有BS-12的洗油效率与温度为45℃时差别较小，而另外4种表活剂在以上两个温度下的洗油效率差别比较大，45、60及75℃时的洗油效率较接近，当温度升高到一定程度时表面活性剂的洗油能力增加值不再增加。通过实验发现75℃时，AB-35的洗油效率与60℃时的洗油效率较接近，可见AB-35随着温度的增加，洗油效率并不会随之升高。而吐温80的洗油效率一直随着温度的升高而增加，这种表面活性剂较易受温度影响，这与吐温80在低温时容易成胶状，而高温时复原才能够发挥其洗油的能力有关。其更合适在温度较高的条件下洗油。

2.3 表活剂浓度对洗油效率的影响

经过分析不同温度和不同油剂比对洗油效率的影响实验，发现AES的洗油效果相对不明显，并且其状态为粘稠状，放入蒸馏水中不易均匀溶解，在进一步研究浓度对洗油效率的影响实验中易影响实验结果。因此，在分析表面活剂浓度对洗油效率的影响时利用剩下的4种表面活剂进行实验。洗油结果见图3。

图3 不同表面活性剂浓度下的洗油效果Fig.3 Washing effect of different surfactant concentration

实验中，表活剂浓度分别为0.25%、0.5%、1.5%、2%及4%，温度控制在60℃，油砂与表面活性剂的比值为1∶2。由图3可以看出，随着表面活性剂浓度的增加，洗油效率先增加后降低，每种表面活性剂都有相应的合适浓度。浓度为0.25%时，C19H42BrN、AB-35和吐温80这3种表活剂的洗油效率都最低，中BS-12、AB-35和吐温80在浓度为0.5%时的洗油效率都比较高，相反在浓度为4%时表面活性剂的洗油能力并不高。在以上几个表面活性剂浓度下吐温80的洗油效率均最高，对于C19H42BrN只有浓度为2%时洗油效率才较高。

3 结论

（1）当油砂与表面活性剂量的比值为1∶1和1∶2时所呈现的差别比较明显，油砂与表面活性剂的比值为1∶2时，对提高C19H42BrN、CPS、三乙醇胺油酸皂、AB-35的洗油效率有效。

（2）在7种表面活性剂中，三乙醇胺油酸皂的洗油效率最低，CPS洗油结束后现象不明显，不会像其他表面活性剂洗油结束后洗出的油浮在表活剂溶液上。

（3）随着温度的升高，表面活性剂的洗油效率随之升高。AB-35的洗油效率受温度影响比较小，而AES和吐温80的洗油效率受温度影响较大。

（4）随着表面活性剂浓度的增加，洗油效率先增加后降低，不同表面活性剂均有其相对应的最佳浓度，而不同表面活性剂下洗油时发现吐温80洗油效率均最高。