表面活性剂驱油提高采收率原理及影响因素分析

候华晶

（大庆油田化工有限公司表活剂厂，黑龙江大庆 163000）

随着我国对石油需求的大幅增加，如何提高石油采收率是目前各大油田石油科技从业人员关心的重点，注水进行驱油由于操作简单、成本低廉被广泛应用于石油开采中，但是，在实践工作中，一旦油田含水量过高，注水驱油就无法满足实际开采需求，油藏中的剩余油及残余油无法顺利被开采出来，极大降低了石油开采效率，而表面活性剂作为一种化学驱油方法可以通过改变油藏在岩石孔隙中的性能而显著提高石油采收率，是目前我国驱油溶剂研究未来发展的方向。表面活性剂从分子结构上来看主要由具有亲水性和亲油性的粒子构成，表面活性剂驱油技术就是利用表面活性剂作为驱油剂来提高原油采收率。由于表面活性剂在石油开采中的应用越来越广泛，因此深入研究表面活性剂影响驱油技术对于提高原油采收率具有重要意义。表面活性剂溶于水后根据能否分解出离子而分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。表面活性剂驱油技术主要采用离子型表面活性剂，又细分为阳离子、阴离子和两性表面活性剂。表面活性剂在溶液中亲水基会不断向水相靠拢，而亲油机会向油相靠拢，基于表面活性剂的这种特殊性使得表面活性剂在油水混合界面上形成薄膜，表面活性剂的界面张力与其在油水界面上吸附程度成反比。表面活性剂溶解于溶液中后能够降低油水混合物的界面张力，从而产生湿润、乳化、增溶等效果。

表面活性剂是一种化学驱油技术，主要是将油藏空隙中的残余油和剩余油清洗出来而提高石油采收率。化学驱油技术主要通过以下3点来提高采收率：①对石油油藏缝隙中的运动特征和性能进行改变；②对石油与驱油溶液之间相互作用的物理及化学性质进行优化；③对油藏的物理和化学性质进行优化。理想的表面活性剂驱油技术要同时满足以上3点，但是目前完全满足以上条件的驱油介质还需要进一步探索及试验。表面活性剂作为一种化学驱油技术，其主要是通过降低油水混合物的表面界面张力来改变油藏缝隙中残余油剂剩余油的运动性能，从而达到减少能量损失提高油水混合物移动速率的目的，并最终实现提高石油采收率的目的。

1 表面活性剂提高石油采收率原理

1.1 通过降低界面张力提高石油采收率

在利用表面活性剂进行驱油时，表面活性剂通过作用在石油中的油水混合物产生降低油水界面表面张力的效果。由于油水混合物表面界面张力降低，导致残余石油或是剩余石油混合物聚集形成流体，而油水混合物的界面张力越小，油藏地下岩层中的缝隙对油水混合物的阻力也越小，石油就更容易在油藏中运移出来，达到将石油从岩石中洗出的效果从而提高石油的采收率。

1.2 通过增强岩石的湿润性来提高石油采收率

油水混合物在油藏缝隙中流动过程中，在流经亲油油层时油水混合物中的油相更容易吸附于油藏岩石表面，导致油水混合物流动性降低。而利用合适的表面活性剂可以增加岩石的湿润性，使亲油岩石逐步转变为亲水岩石来降低岩石表面对油水混合物所产生的吸附性，从而在提高油水混合物流动性的同时降低油水混合物流动时所损失的动能，增强了油水混合物的驱油效果。

1.3 通过乳化作用来提高石油采收率

表面活性剂进入油藏后与油藏内的油水混合物融合后在表面形成乳状液体。由于乳状液体在油藏中岩石表面上的吸附性较低，而使油水混合物的流动性增强，同时减少了油水混合物在岩石孔隙中的摩擦阻力，使油水混合物能够更好地聚集及移动，以便于清洗出油藏中的残余油和剩余油。

1.4 通过调节油水极性来提高石油采收率

在利用表面活性剂驱油技术进行驱油过程中，通常会加入醇类溶剂以调节油水混合物中油水极性，以促使表面活性剂能够更多地依附于油水界面来增强油水混合物的流动性。通过降低油水混合物表面的界面张力来提高表面活性剂性能。

2 影响表面活性剂驱油技术的主要因素

2.1 表面活性剂的化学结构会影响其驱油效果

表面活性剂的化学结构是影响油水混合物表面界面张力的重要因素之一，表面活性剂化学结构中带有支链结构加入油水混合物后其表面界面张力相对于不带支链结构的要小得多，同时基链长度也是影响表面活性剂驱油效果的一大因素，基链长度与加入油水混合物所产生的界面张力成反比。但是基链中的碳原子数量在超过14个的情况下，基链长度越长界面张力又会重新增大。因此，可以认为合格的表面活性剂要最大程度降低油水混合物的界面张力才能起到提高采收率的效果，这种情况下就要控制表面活性剂化学结构中的碳原子数量，一旦基链上碳原子数量超过14，就会对表面活性剂的界面张力产生影响，导致其驱油效果下降。在实践中，要想使表面活性剂的驱油效果达到预期目标，加入油藏的表面活性剂一般要选择基链上碳原子的数量在14左右。

2.2 表面活性剂溶液浓度会影响其驱油效果

在通常情况下，表面活性剂溶液浓度越高，导致油水混合物的界面张力越低，但是表面活性剂的浓度依然存在一个临界值会对油水混合物的界面张力产生反向影响。一旦表面活性剂的浓度超过该临界值，油水混合物的界面张力将不会再随表面活性剂浓度变化而变化，主要是因为表面活性剂浓度在临界值以下时，油水混合物界面上的表面活性剂浓度会随表面活性剂的浓度增大而增大，这样就会导致界面张力逐渐降低，而当表面活性剂浓度超过临界值，浓度持续加大会使油水界面上的表面活性剂进入油相之中，从而使其影响界面张力降低到一定程度，最终影响石油采收率。

2.3 表面活性剂中盐浓度会影响其驱油效果

在利用表面活性剂进行驱油的过程中，盐浓度也是影响驱油效果的重要因素之一。在理想情况下，界面张力越低驱油效果越好，而界面张力达到最佳驱油效果的条件就是表面活性剂和混合物中水相和油相形成的界面张力相等，此时会产生最佳驱油效果。而盐浓度可以调节表面活性剂与水相、油相相互作用产生的界面张力，因此存在一个最佳盐浓度来平衡油相界面张力与水相界面张力，使油水混合物的界面张力最小，这使得油水混合物在油藏缝隙中所受的摩擦阻力最小而使能量损失随之降低，从而提升了驱油效率及采收率。但是溶液中盐浓度控制油相、水相界面张力的原理还有待进一步研究，这也是表面活性剂驱油技术未来研究方向。

2.4 石油属性会影响其驱油效果

碳氢化合物是石油的主要成分之一，由于不同碳氢化合物的分子结构不同造成石油属性也不完全相同，其中分子结构中基链上碳原子数量对表面活性剂融入油水混合物后的界面张力有着极为重要的影响，而石油分子结构中烷烃、芳香烃等与表面活性剂进行反应后产生的界面张力也不尽相同。另外，石油化学结构中的碳氢比对界面张力也会产生重要影响。同样的，表面活性剂与不同石油油藏混合过程中，由于石油属性不同所形成的油水混合物的界面张力也会有所区别。因此，在利用表面活性剂进行驱油的过程中，应当首先分析该区块中油藏的石油属性，重点分析石油化学结构中的基链上碳原子的数量、碳氢比以及烃类元素，才能根据油藏中石油特性配制出适合该区块的表面活性剂以提高石油采收率。

2.5 地层温度会影响其驱油效果

地层温度随地层深度的变化而变化，不同油藏所处的地层深度不同导致油藏温度也不同，表面活性剂进行驱油的过程中，油藏温度超过一定数值后，表面活性剂因为吸附在油藏岩石孔隙中会导致表面活性剂浓度降低，间接影响与油水混合物反应后的界面张力。表面活性剂吸附于油藏岩石孔隙中导致石油流动的通道发生变化，高温环境下发生黏附，影响了石油的流动性从而不利于油水混合物运移，影响石油采收率。另外，较高的温度会影响表面活性剂整体性能，导致表面活性剂活性降低甚至失效。因此，在表面活性剂驱油过程中，要对油藏的温度进行测量，选择适合在该温度下反应的表面活性剂来提高石油采收率。目前，在石油开采前线，较深岩层的石油开采中，由于温度过高不适于利用表面活性剂进行驱油，因此，对于表面活性剂生产厂家及石油科技工作者寻求适合在高温环境工作的表面活性剂也是表面活性剂驱油技术研发的趋势。

2.6 醇类添加剂会影响其驱油效果

在表面活性剂驱油技术中添加醇类溶剂是较为普遍的做法，醇类添加剂进入油水混合物后，其中的醇分子产生降低油水混合物表面电荷数的效果，而油水混合物的表面电荷数降低后需要重新达成平衡就需要表面活性剂继续释放电荷，表面活性剂在释放电荷过程中，会提高表面活性剂的表面活性增强其性能，从而提高其驱油效果。除此之外，醇类添加剂通过与油水混合物中的盐发生反应来调节盐浓度，从而降低表面活性剂的能量消耗，提高石油流动性。在表面活性剂中添加醇类添加剂可以降低油水混合物的黏性，从而促使油水混合物更易流动，有利于提高驱油效率。

3 结论

1）在采油过程中，利用表面活性剂可以提高石油的采收率，表面活性剂化学结构中基链上的碳原子数量在14左右时，表面活性剂的性能最佳，可以有效提高石油采收率。

2）在采油单位对某个区块进行采油时，应当首先对该区块中不同浓度表面活性剂作用于油水混合物后的界面张力进行测量，确定出表面活性剂的合适浓度使油水混合物界面张力在最低值，同时配制出适合的表面活性剂溶液。

3）通过大量的实验及实践工作可知，油藏中油水混合物的油相与水相界面张力相等时油水混合物的界面张力达到最低值，而在利用表面活性剂进行驱油的过程中，盐溶液浓度可以有效调节油水混合物油相和水相的界面张力，因此在配制表面活性剂时要选择合适的表面活性剂类型及浓度来使盐溶液的浓度达到最优值，以产生较好的驱油效果。

4）实践表明，油藏储存的地层深度过高的话，由于高温环境会使表面活性剂性能降低甚至完全失去活性，因此对于深岩层的油藏在开采时不适宜通过表面活性剂来提高石油采收率。

5）适当添加醇类添加剂可以显著提高表面活性剂活性，降低油水混合物黏性从而提高油藏中油水混合物的流动性，使油藏更易采收。

4 结语

主要对表面活性剂驱油技术原理进行简要概述，通过表面活性剂作用于油藏的方式和结果来分析影响石油采收率的主要因素，并重点分析各影响因素在表面活性剂驱油技术中起到的作用和产生的影响，以及表面活性剂各项性能与油藏存贮条件对油水混合物表面界面张力的影响，为提高表面活性剂驱油技术的进一步发展提供了一定的参考。