黏弹性表面活性剂吸附滞留特性研究

时冠兰，余晓玲，张 鑫

中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏扬州225009

在化学驱油过程当中，表面活性剂起着重要作用，它能减少油水界面张力、增加毛管数，因此，原油采收率可得到大幅度的提高［1］。表面活性剂的应用非常广泛，其吸附损失研究得到了关注和重视。在化学驱油过程中，表面活性剂在油藏中大量损失是最难解决的问题之一［2］。

目前在中、高渗油藏已成功推广应用的聚合物驱［3］，由于其注入压力高而无法在低渗油藏应用，黏弹性表面活性剂［4-5］具有一般驱油用表面活性剂降低油水界面张力的能力，同时因体系自身的黏弹性起到流度控制的作用，能够实现驱油剂“一元化”的可能，特别是在低渗油藏驱油中，由于黏弹性表面活性剂具有的剪切变稀和触变性，可有效保证低渗油藏驱油剂同时兼具易注入和流度控制能力，在低渗油藏具有更大的应用潜力，是一种极有前途的提高采收率方法。黏弹性表面活性剂在不同矿物表面均存在吸附损失，在驱油过程中也会不断与多孔介质表面发生接触，进而发生吸附滞留。由于不同表面活性剂吸附、脱附能力不同，其通过多孔介质后的驱油效果也会不同，因此，研究黏弹性表面活性剂在多孔介质中流动状态下的吸附滞留对于黏弹性表面活性剂驱油具有重要意义。

1 实验部分

1.1 材料及仪器

黏弹性表面活性剂VES；150～250 μm 的石英砂、蒙脱土、高岭土；蒸馏水、移液管、离心管、比色皿、安瓿瓶；模拟地层水，矿化度25 000 mg/Lo

UV 1800 型紫外分光光度计、万分之一天平、离心机、水浴槽。

1.2 静态吸附性能研究方法

1.2.1 吸附液固比的确定

按液固比10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1和60∶1（mL/g）准确称取不同质量的石英砂、蒙脱土和高岭土10、5、3.333、2.5、2和1.667 g，将其分别置于150 mL 的玻璃瓶中，各加入质量分数0.05%VES 溶液100 mL，将玻璃瓶置于水浴槽中，吸附温度设置为65 ℃，吸附时间为20 h，取上层清液，用离心机进行离心分离，再用紫外分光光度计测定VES吸附后的吸光度，算出吸附后的溶液浓度，进而得出吸附量。测试VES在不同液固比下吸附量的变化。

1.2.2 吸附平衡时间的确定

按确定液固比准确称取不同质量的石英砂、蒙脱土和高岭土各2.5 g，将其分别置于150 mL的玻璃瓶中，各加入质量分数0.05% VES 溶液100 mL。将玻璃瓶置于水浴槽中，吸附温度设置为65 ℃，每隔5 h 取上层清液，用离心机进行离心分离，再用紫外分光光度计测定VES 吸附后的吸光度，算出吸附后浓度，进而得出吸附量，测试VES在不同吸附时间下吸附量的变化。

1.3 动态滞留实验方法

1.3.1 岩心准备

选择外形完整的岩心在烘箱中烘干，称干质量并测量其外形尺寸，计算气测渗透率；将干岩心浸泡在盐水中，放进真空干燥器中抽空饱和盐水。 当岩心不再冒气泡、饱和完全后取出称质量，计算岩心孔隙度。

1.3.2 实验设备及流程

实验设备及动态滞留实验流程如图1所示。

图1 动态滞留实验流程

1.3.3 实验步骤

①将岩心装入岩心夹持器，各试剂装入中间容器，开启烘箱在65 ℃下恒温2 h；②用模拟地层水驱替，直到注入压力稳定为止；③按照实验计划注入不同浓度的VES 溶液，注入过程中监测注入压力的变化，同时在出口端等体积（0.1 PV）连续取样测定产出液样品平均浓度和平均黏度随注入PV 数的变化，直到产出液浓度不再变化为止；④根据流出液中测得的VES 浓度和体积，利用物质平衡原理计算岩心中滞留的VES滞留量。

2 结果与讨论

2.1 静态吸附研究

2.1.1 吸附液固比

研究测试VES 在不同液固比下吸附量的变化，结果如图2 所示。由图2 可知：VES 在液固比小于20∶1 的时候，石英砂、高岭土和蒙脱土的吸附量随着液固比的增加而逐渐增加；当液固比大于20∶1 以后，石英砂吸附量的变化开始趋于稳定，而蒙脱土和高岭土在液固比大于30∶1 以后也开始趋于吸附平衡。因此，VES 静态吸附测试的液固比确定为30∶1以上较合适。

图2 VES吸附量随液固比变化

2.1.2 吸附平衡时间

研究测试VES 在不同吸附时间下吸附量的变化，结果如图3所示。

图3 VES吸附量随时间变化

由图3 可知：VES 在石英砂和高岭土上吸附15 h 后即可达到吸附平衡，在蒙脱土上吸附20 h后可达到平衡，因此，确定吸附时间均为20 h。

2.1.3 静态吸附对性能的影响

VES 在矿物表面发生吸附后，其溶液浓度下降，相应地会对其溶液黏度产生影响。研究测试了65 ℃下吸附对VES 溶液黏度的影响，结果如图4所示。

为研究静态吸附对界面张力的影响，在65 ℃下测试了不同浓度的VES 溶液在石英砂、蒙脱土和高岭土表面吸附后的油水界面张力变化，结果如图5所示。

由图4 和图5 可知：随着VES 浓度的增加，VES 在石英砂表面吸附后黏度损失较小，而在蒙脱土和高岭土表面吸附后黏度损失幅度大。同时，VES 在不同矿物表面吸附前后的界面张力存在较大差别，其中在石英砂表面吸附后界面张力整体进一步下降或维持同一水平，而在蒙脱土和高岭土表面吸附后界面张力增大。

图4 吸附对VES溶液黏度的影响

图5 吸附对油水界面张力的影响

2.2 动态吸附滞留量的影响

由静态吸附研究可知，VES 在不同矿物表面均存在吸附损失，VES 在驱油过程中会不断与多孔介质表面发生接触，进而发生吸附滞留，研究动态条件下温度、VES浓度、储层渗透率、矿化度、注入速度等因素对动态吸附滞留量的影响，为黏弹性表面活性剂的应用提供依据。

2.2.1 浓度的影响

在65 ℃条件下考察不同浓度的VES 以0.5 cm3/min 的注入速度注入岩心（气测渗透率水平为100 mD）后的动态滞留量变化，结果如图6所示。

图6 不同注入浓度VES动态滞留曲线

由图6 可知：在测试的浓度范围内，随注入浓度的增大，注入VES 达到稳定后滞留量整体呈增大趋势。原因可能是浓度越高，VES 聚集体尺寸越大，结构越稳定，在多孔介质中更容易发生滞留。

2.2.2 渗透率的影响

在其他条件相同的情况下，考察5 000 mg/L的VES以0.5 cm3/min的速度注入不同渗透率岩心且达到稳定后的滞留量，结果如图7所示。

由图7 可知：VES 在较低渗透率（50 mD）时滞留量较小，后急剧增大并保持平稳状态。

图7 不同渗透率VES动态滞留曲线

2.2.3 矿化度的影响

在其他条件相同的情况下，考察不同矿化度水配制5 000 mg/L 的VES 溶液，以0.5 cm3/min 速度注入相同渗透率水平（气测100 mD）岩心且达到稳定后的滞留量，结果如图8所示。

图8 不同矿化度VES动态滞留曲线

由图8 可知：随配制水矿化度增大，VES 在岩心中的平衡滞留量整体呈增加趋势，其中，矿化度大于5 000 mg/L后滞留量增加幅度较平缓。

2.2.4 注入速度的影响

考察5 000 mg/L 的VES 溶液以不同速度注入相同渗透率水平（气测100 mD）的岩心且达到稳定后的滞留量，结果如图9所示。

图9 不同注入速度VES动态滞留曲线

由图9 可知：在较低的注入速度（小于0.5 cm3/min）下，VES 滞留量随注入速度增加较显著；注入速度进一步增大后滞留量略有下降；当注入速度达到1.0 cm3/min后，滞留量又有所上升。

2.2.5 温度的影响

考察不同温度下5 000 mg/L 的VES 以0.5 cm3/min注入速度注入相同渗透率水平岩心（气测100 mD）后的动态滞留量变化，结果如图10所示。

图10 不同温度VES动态滞留曲线

由图10 可知：随温度升高，VES 在岩石表面的滞留量呈显著下降趋势。

3 结论

1）通过实验确定静态吸附测试的液固比为30∶1 以上，吸附时间为20 h。VES 在石英砂表面吸附后黏度损失较小，而在蒙脱土和高岭土表面吸附后黏度损失较大；在不同矿物表面吸附前后的界面张力存在较大差别。

2）动态条件下，随注入浓度的增大，注入VES达到稳定后，滞留量整体呈增大趋势；随配制水矿化度增大，VES 在岩心中的平衡吸附量整体呈增加趋势，其中，矿化度大于5 000 mg/L 后，滞留量增加幅度较平缓；在较低的注入速度（小于0.5 cm3/min）下，VES 滞留量随注入速度增加较显著，注入速度进一步增大后滞留量略有下降；不同渗透率岩心中的滞留量表现为在较低渗透率（50 mD）时滞留量较小，后急剧增大并保持平稳状态；随温度升高，VES 在岩石表面的滞留量呈显著下降趋势。