本文摘要：摘要：為了揭示環烷基石油磺酸鈉在礫巖油藏聚合物/表面活性劑二元復合驅中對提高采收率的影響，利用激光粒度儀和紫外分光光度儀測定了環烷基石油磺酸鈉溶液的膠束尺寸和增溶量，利用微流控模型驅替實驗和巖心驅替實驗研究了環烷基石油磺酸鈉乳化對提高采收率
摘要：為了揭示環烷基石油磺酸鈉在礫巖油藏聚合物/表面活性劑二元復合驅中對提高采收率的影響，利用激光粒度儀和紫外分光光度儀測定了環烷基石油磺酸鈉溶液的膠束尺寸和增溶量，利用微流控模型驅替實驗和巖心驅替實驗研究了環烷基石油磺酸鈉乳化對提高采收率的影響。結果表明，與十二烷基苯磺酸鈉、重烷基苯磺酸鈉相比，同濃度下環烷基石油磺酸鈉膠束增溶原油尺寸最大，增溶原油量最多，1t環烷基石油磺酸鈉溶液可極限增溶350kg的原油。環烷基石油磺酸鈉易與原油發生乳化，乳化后可增加驅油體系黏度，起到控制流度的作用，有利于提高采收率。在克拉瑪依油田七中區二元復合驅現場試驗中，根據巖心滲透率和含油飽和度的不同，通過改變表面活性劑的加量，調節驅油體系的乳化綜合指數可大幅提高驅油效率。
關鍵詞：環烷基石油磺酸鈉;膠束增溶;乳化綜合指數;二元復合驅;采收率
礫巖油藏是新疆主要開發油藏類型，經過半個世紀的注水開發，導致儲層結構、油水分布更為復雜。新疆油田于2007年開展了七中區二元復合驅工業化試驗，取得了較好的降水增油效果。二元復合驅用表面活性劑由新疆油田特有的環烷基原油經磺化后制備，具有良好的乳化性能、低界面張力以及普適性。
石油生產論文范例：石油化工劣質重油延遲焦化工藝分析
目前，聚合物/表面活性劑二元驅驅油機理認為聚合物的作用為增加黏度、彈性和擴大波及體積等，而表面活性劑的作用為降低界面張力、增加毛管數以提高洗油效率[1]。此外，國外普遍認為表面活性劑的驅油機理是形成微乳液和通過自發滲析改變巖石的潤濕性[2-3]。勝利油田孤東七區、遼河油田錦16塊等二元驅重大開發試驗效果顯著。孤東七區提高采收率16%，含水率由試驗前的98.3%最低降至60.4%;錦16塊階段提高采收率11.7%，預計提高采收率約18%[4]。其現場試驗均為砂巖油藏，所用表面活性劑為重烷基苯磺酸鹽、甜菜堿等，且用量較大(>0.3%)[5]。
新疆礫巖油藏七中區二元復合驅用量僅為0.2%，預計提高采收率18%。目前，環烷基石油磺酸鈉僅在新疆油田應用，為了在新疆油田進一步推廣二元復合驅技術，有必要深入研究環烷基石油磺酸鈉在二元復合驅中的作用[6-7]。本文利用動態光散射法、紫外分光光度法和微流控驅替實驗[8]等深入研究了環烷基石油磺酸鈉在二元復合驅提高采收率中的作用，為新疆油田老區穩產提供理論支撐。
1實驗部分
1.1材料與儀器
環烷基石油磺酸鈉(簡稱KPS)，有效物含量32%，工業級，克拉瑪依金塔公司;重烷基苯磺酸鈉，有效物含量50%，工業級，大慶東昊公司;十二烷基苯磺酸鈉，工業級，南京佳吉化工有限公司;部分水解聚丙烯酰胺(KYPAM)，相對分子質量1.0×107，水解度26.7%，固含量93.14%，工業級，北京恒聚化工集團有限公司;熒光素，濃度為1×10-4mol/L，分析純，天津市大茂化學試劑廠;克拉瑪依油田A井區產出水，礦化度10260.8mg/L，主要離子質量濃度(單位mg/L)：Na++K+3438.8、Mg2+17.48、Ca2+16.47、Cl2941.78、SO42-227、HCO3-3339.03、CO32-280.32;七中區井區原油，黏度6.0mPa·s(40℃);白油，5mPa·s(40℃)，工業級，黃河新材料有限公司;人造非均質礫巖巖心，尺寸為3.8cm×30cm，滲透率分別為0.03、0.05、0.11、0.18μm2。
ZetasizerNanoZS激光粒度儀，英國馬爾文儀器有限公司;Cary50紫外可見分光光度儀，安捷倫公司;Cryo-TEM低溫冷凍透射電鏡，美國FEI公司;Eurostar20digital數顯攪拌器、KS4000ic恒溫搖床，德國IKA公司;Gatan626低溫保持器，美國Gatan公司;巖心驅油裝置，江蘇海安石油科技有限公司;微流控實驗裝置(蘇州含光微納有限公司)組成：HarvardPump11Elite注射泵、微流量壓力傳感器、微流控芯片、ZeissV12體式顯微鏡、Sony單發相機;其中，微流控芯片為玻璃材質，采用濕法刻蝕制備，微孔通道表面做親水處理(1mol/L氫氧化鈉潤洗通道)，微孔通道寬度為100µm、深度為40µm。
1.2實驗方法
(1)微流控驅油實驗將微流控芯片固定在顯微鏡下的恒溫熱臺上，設置熱臺溫度為40℃，然后以注射泵向微通道中注入原油以模擬受困油，待通道中全部注滿原油后，以另一注射泵向微通道中注入熒光標記的水相(水+表面活性劑+熒光素)，油水兩相接觸后分別在白光和470nm激發光下觀察，對不同時刻的微孔通道拍照。
(2)KPS溶液增溶量的測定采用紫外可見分光光度儀測定溶液的透過率。首先于螺口瓶中分別加入不同量的白油，再加入表面活性劑溶液，置于40℃恒溫搖床中振蕩24h，使表面活性劑溶液完全增溶白油。以不含白油的表面活性劑溶液為空白，采用1cm吸收池，在600nm波長處測定各溶液的透過率，每次測定時，溶液需搖勻后再倒入吸收池中，恒溫5min后進行測量。根據溶液透過率與模擬油量的曲線轉折點可得到溶液對模擬油的最大增溶量。
(3)增溶膠束粒徑的測定在表面活性劑溶液中分別加入不同量的白油，在40℃的搖床中振蕩24h使原油完全增溶在膠束中。采用激光粒度儀測定體系的水動力學尺寸。用0.2μm針頭式過濾器對待測樣過濾以除去雜質，用針頭式過濾器吸取1mL的溶液緩慢注入樣品池中，防止起泡產生，且樣品池保持潔凈無擦痕，實驗溫度設置為40℃，每個樣品至少重復3次。
(4)增溶膠束形貌的測定分別在形成的不同形貌區間選取一個濃度點，用低溫冷凍透射電鏡觀察其形貌。在環境可控的低溫制樣裝置中制備樣品，相對濕度保持在90%以上以防止制備過程中溶液蒸發。制樣過程如下：將2μL已在40℃預熱的溶液置于由銅網支撐的碳涂覆的多孔膜上，用濾紙輕輕吸干，在網格上獲得薄液體膜(20~400nm)。隨后樣品在-180℃下迅速移至含有液體乙烷的冷凍劑儲庫中，并轉移至液氮(-196℃)中儲存。然后使用低溫保持器將儲存在液氮中的樣品轉移至低溫冷凍透射電鏡。加速電壓設定為200kV，工作溫度保持在-170℃以下，使用電鏡自帶的電荷耦合裝置照相機對圖像進行數字記錄。
(5)巖心驅替實驗用產出水飽和巖心;用原油驅替至不出水;用產出水水驅至含水98%，計算采收率;注入0.5PV二元體系(0.3%KPS+0.1%部分水解聚丙烯酰胺)，用產出水水驅至含水98%，計算化學驅采收率。根據石油天然氣行業標準SY/T6576—2016《用于提高石油采收率的聚合物評價方法》測定流出液的黏度及聚合物濃度，實驗溫度40℃，驅替速度為0.5mL/min。按流出液黏度(濃度)/原始溶液黏度(濃度)計算相對黏度(濃度)。
2結果與討論
2.1KPS膠束與原油的相互作用
原油為黑色稠狀液，加入KPS溶液中顏色較深，對后續測試及觀察造成困難，故采用白油為模擬油。在10g0.2%KPS溶液中增溶不同量模擬油后的粒徑變化。
0.2%KPS膠束直徑約為3.5nm;當加入5mg模擬油時，膠束直徑增至30nm，繼續增溶模擬油至15mg，膠束直徑高達250nm，充分說明了KPS膠束可以增溶原油。表面活性劑濃度若超過臨界膠束濃度即形成球形膠束，而增溶其他物質后膠束形貌可能會發生相應變化。因此利用低溫冷凍透射電鏡觀察了40℃下0.2%KPS溶液增溶不同量模擬油后的形貌。
當KPS溶液中加入5mg模擬油時，膠束仍為球形，只是粒徑略有增大;當加入15mg模擬油時，形成乳狀液，其平均粒徑約為5μm，說明模擬油分子進入膠束中被KPS分子的非極性端所包圍，呈現出“增溶作用”，隨著進入膠束的油量增加，膠束溶脹形成了乳狀液。
2.2KPS與原油乳化對提高采收率的影響
將0.5%KPS溶液注入微通道，通過對不同時刻的微通道拍照，考察乳化現象的產生及演化情況。當KPS溶液以0.1µL/min的流速進入微通道后，乳化現象迅速發生，3min時已能觀察到明顯的乳化層，20min時已能觀察到明顯的油包水液珠，乳化范圍隨時間推移不斷擴大，3h時已擴展至封閉通道末端，而油包水液珠也在這一過程中逐漸變大，以至于連接成塊，即KPS可以較容易地驅替出更多的原油。
為了能準確研究乳化對提高采收率的影響，開展巖心模擬驅油實驗來反映二元驅(0.3%KPS+0.1%KYPAM)中體系乳化對提高采收率的影響。通常認為增大聚合物濃度可以提高體系黏度，起到擴大波及體系的作用[11-14]。研究結果表明，隨著驅替的進行，流出液中聚合物濃度逐漸下降，但二元體系的相對黏度并未降低，說明乳化起到了控制黏度的作用，進而對于控制流度比有重要作用，有利于提高采收率。
2.3現場應用
在克拉瑪依油田七中區二元復合驅現場，利用“可控乳化”設計配方體系，注入初期(0.2PV)利用強乳化(乳化綜合指數大于70%)動用高滲儲層剩余油;見效高峰期(0.4PV)利用中等乳化(乳化綜合指數30%~70%)動用中低滲儲層剩余油，高峰期含水由水驅末的95%下降為47.5%，實現了乳化大幅度提高采收率的目的。截至2019年11月，注入0.684PV二元體系，提高采收率17.1%。
3結論
與十二烷基苯磺酸鈉和重烷基苯磺酸鹽相比，同濃度下KPS膠束增溶模擬油尺寸最大，增溶模擬油量最多，1tKPS溶液可極限增溶350kg的模擬油。KPS易與原油發生乳化，乳化后可增加驅油體系黏度，起到控制流度的作用，有利于提高采收率。充分利用KPS易乳化的特點，對體系乳化性能進行指標量化，通過調節“可控乳化”驅油體系的乳化綜合指數，初期含水下降期低含水穩定期含水回升期后續水驅可大幅提升驅油效率，為二元體系的設計提供重要指導。將“可控乳化”驅油體系應用于克拉瑪依油田七中區二元復合驅現場試驗，降水增油效果明顯。
參考文獻：
[1]浮歷沛,廖凱麗,何巖峰,等.聚/表二元復合驅油技術研究[J].常州大學學報(自然科學版),2020,6(32):54-59.
[2]李杰瑞,王連剛,劉衛東,等.復合驅表面活性劑乳化研究現狀[J].油田化學,2018,35(4):731-737.
作者：關丹1,2,3,4，闕庭麗1,2,3,4，曹強1,2,3,4，唐文潔1,2,3,4，欒和鑫1,2,3,4
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