時光 耿志剛 趙法軍

蒸汽驅(qū)用表面活性劑的室內(nèi)實驗*

董龍1；2劉永建1時光1耿志剛1趙法軍1

1東北石油大學石油工程學院；2大慶師范學院化學化工學院

稠油熱采添加劑是在蒸汽的協(xié)同作用下進入油藏，改善油藏巖石的濕潤性及界面張力，使巖石表面變親水，有效溶解膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，從而提高注蒸汽熱采效果。取質(zhì)量分數(shù)為5%的木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑CRF溶液，根據(jù)GB11278—89測定（20℃）表面張力。表面活性劑溶液的表面張力為30.2mN/m。由三管驅(qū)油實驗結(jié)果可知：高、中、低3個填砂模型的剩余油飽和度分別降低了2.5%、4%和6%，總采收率達到65.7%，提高了6.7個百分點。由此可以看出，木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑能提高巖心的采收率。

表面活性劑；蒸汽驅(qū)；采收率；稠油；實驗

我國稠油資源豐富，勝利、遼河及新疆等油田都存在著大量的稠油油藏。稠油的黏度高，可達幾萬到十幾萬毫帕秒，瀝青質(zhì)、膠質(zhì)含量大[1]。蒸汽驅(qū)是蒸汽吞吐后提高原油采收率的重要技術(shù)，在國內(nèi)外油田已大規(guī)模應用[2]。稠油熱采添加劑可在蒸汽的協(xié)同作用下進入油藏，改善油藏巖石的濕潤性及界面張力[3]，使巖石表面變親水，有效溶解膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，從而提高注蒸汽熱采效果。

1 實驗過程

將蘆葦造紙黑液溶于水，過濾，除去雜質(zhì)，用10%的硫酸調(diào)節(jié)pH值為2，靜置、沉淀、離心分離，在50℃下真空干燥，研磨粉末，得到木質(zhì)素樣品，保存?zhèn)溆?。?0%的NaOH溶液溶解一定質(zhì)量的木質(zhì)素，置于0.3L的高壓反應釜中，使之與O2、H2O2進行反應。反應后冷卻至室溫，經(jīng)抽濾、干燥后提純得樣品。取部分樣品與亞硫酸鈉、甲醛和壬基酚溶解，加入密閉耐壓反應釜中，開始攪拌并升溫到40～60℃，反應結(jié)束后冷卻至室溫。將上述反應物過濾收集獲得沉淀物，將沉淀物在50℃下進行真空干燥，可得到棕色固體粉末，即為實驗室自制驅(qū)油劑CRF木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑。

表面張力的測定：取質(zhì)量分數(shù)為5%的木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑CRF溶液，根據(jù)GB11278—89測定（20℃）表面張力。

開展單管模型驅(qū)替實驗和三管并聯(lián)一維管式模型實驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑表面張力測定

在實驗中，由于反應溫度較高，并且在木質(zhì)素溶液中含有重金屬離子，因而有利于OH·的生成。采用氧化斷鏈的方法使木質(zhì)素發(fā)生羥基化和木質(zhì)素芳香環(huán)的開環(huán)反應等，分子量降低并發(fā)生均一化，通過側(cè)鏈引入壬基酚的方法，能夠使木質(zhì)素表面張力降低[4]。從表面活性劑溶液表面張力曲線可以看出，質(zhì)量分數(shù)為5%的木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑CRF溶液的表面張力最低為30.2mN/m。

2.2 蒸汽+表面活性劑提高采收率實驗

單管模型實驗的巖心滲透率為4.89μm2，用于蒸汽和蒸汽+表面活性劑CRF的填砂管的含油飽和度分別為65.3%和65.5%。單管實驗表明，蒸汽驅(qū)的巖心剩余油飽和度為14.37%，采收率為78%；蒸汽+表面活性劑CRF的巖心剩余油飽和度為11.13%，采收率達到83%，比單純蒸汽驅(qū)高出5%。

將處理過的砂粒按不同粒徑依照行業(yè)標準制作成滲透率為高、中、低3個級別的填砂巖心來模擬油層的非均質(zhì)性，實驗均在等溫（200℃）條件下進行。

從三管填砂巖心驅(qū)油效率結(jié)果可以看出，三管實驗中單一使用蒸汽驅(qū)時的低、中、高填砂模型的剩余油飽和度分別為42.1%、22.6%和12.1%，總體采收率為59.0%；而添加表面活性劑之后的低、中、高個填砂模型的剩余油飽和度分別為36.1%、18.6%和9.6%，總采收率達到65.7%。由此可見，在非均質(zhì)油藏蒸汽驅(qū)過程中，合成的木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑能夠顯著改善低巖心的波及效果，提高低滲透巖心的驅(qū)油效率，使總體采收率提高6.7%。

2.3 蒸汽/蒸汽+木質(zhì)素表面活性劑巖心兩端壓差

從蒸汽/蒸汽+木質(zhì)素表面活性劑巖心兩端壓差曲線圖可以看出：注入表面活性劑CRF后，在驅(qū)替的中后期填砂巖心兩端的壓差逐漸增大，蒸汽明顯發(fā)生了轉(zhuǎn)向，說明木質(zhì)素表面活性劑CRF在稠油油藏蒸汽驅(qū)過程中具有改善蒸汽波及效率和提高驅(qū)油效率的雙重作用。

3 結(jié)論

（1）采用氧化斷鏈的方法使木質(zhì)素發(fā)生羥基化和木質(zhì)素芳香環(huán)的開環(huán)反應，分子量降低并發(fā)生均一化，再通過磺化、側(cè)鏈引入壬基酚的方法，可以合成改性的木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑。質(zhì)量分數(shù)為5%木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑溶液的表面張力為30.2mN/m。

（2）由三管驅(qū)油實驗結(jié)果可知：高、中、低填砂模型的剩余油飽和度分別降低了2.5%、4%和6%，總采收率達到65.7%。提高了6.7個百分點。由此可以看出，木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑能提高巖心的采收率。

（3）通過注入和產(chǎn)出端的壓差曲線可以看出，在蒸汽驅(qū)過程中注入表面活性劑CRF后，在驅(qū)替的中后期填砂巖心兩端的壓差逐漸增大，說明表面活性劑CRF能夠提高蒸汽波及效率。

[1]張凱，李陽，王琳娜，等．稠油流變性實驗研究[J]．油氣地質(zhì)與采收率，2007，14（5）：91-94.

[2]劉其成．火燒油層室內(nèi)實驗及驅(qū)油機理研究[D]．大慶．東北石油大學，2011.

[3]蔡文斌，謝志勤．勝利王莊油田火燒驅(qū)油試驗研究[J]．石油天然氣學報（江漢石油學院學報），2005，27（2）：397-398．

[4]任承霞，李忠正．木質(zhì)素氧化制取表面活性劑的適宜條件[J]．南京林業(yè)大學學報，2001，25（3）：73-75.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.028

基金論文：國家科技重大專項（2011ZX05012—003）、國家自然科學基金（21046002）和黑龍江省青年科學基項目（QC2012C128）資助。