一种驱油用表面活性剂GY-9的制备及性能评价

     作者：高进浩，沈一丁，王  磊，马国艳，魏向博，罗  灿，郭  兴

    (教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室，陕西科技大学，陕西西安710021)

    摘要：通过阴离子表面活性剂( ME-3)、非离子表面活性剂(SM_2)、两性表面活性剂（AO-3）制备驱油用耐高温表面活性剂GY-9。在不同矿化度、温度下，对GY-9体系进行了油水界面张力、乳化性能、吸附性能等测试，并用长庆城95岩心进行模拟驱替实验。结果表明：体系具有较宽的温度和矿化度适用范围。在质量浓度为4.Og/L,50 000 mg/L矿化水，模拟原油比为6:4时，油水界面张力达到2.754×10'3 mN/m数量级；当质量浓度为5.0g/L时，界面张力可达6.7×10-4mN/m数量级，远高于行业标准。GY-9溶液的稳定性、耐温性均良好；驱替实验表明，可有效提高采收率约11.3%，在三次采油中具有极大的应用价值。

    关键词：高温表面活性剂；驱油剂；采收率；油水界面张力

    中图分类号：TE254.4    文献标志码：A    文章编号：0253 -4320(2015)10 -0091 -04

    DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2015. 10. 023

    Development and performance of temperature tolerance surfactant GY-9 GAO Jin-hao, SHEN Yi-ding,WANG Lei, MA Guo-yan, WEI Xiang-bo, LUO Can, GUO Xing  ( Key Laboratory of Auxiliary Chemistry&Technology for Chemical Industry, Ministry of Education,Shaanxi University of Science&Technology, Xi' an 710021, China)

    Abstract:A kind of high temperature surfactant GY-9 is developed by using an amomc surfactant( ME-3),anonionic surfactant( SM-2)  and amphoteric surfactants( A0-3). The effects of salinity and temperature on the oil--waterinterfacial tension,emulsifying properties and adsorption performance of the GY-9 system are tested. Changqing City 95cores are used to simulate the oil displacement effect. The results show that the oil-water interfacial tension can reach2. 754x10-3mN/m when the surfactant concentration is 5.0g/L,the salinity of water is 50 000 mg/L and the oil issimulated crude oil.It can reach 6.7×10-4mN/m when the surfactant concentration is 4.0g/L. GY-9 is also proved tohave good good temperature resistance and stability. The displacement simulation experiments indicate that recovery ratiois enhanced by 11. 30/0. It suggests that the surfactant GY-9 has great application value in EOR.

    Key words: high-temperature surfactant; oil displacement agent; recovery efficiency; oil-water interfacial tensio

    表面活性剂在化学驱油过程中起着重要的作用，可以降低油／水界面张力，从而大幅度的提高采收率。目前三次采油中对驱油剂的要求越来越高，如耐高温、耐盐、低界面张力、低吸附损失等。然而对于单一的驱油用表面活性剂而言，往往出现高温条件下驱油剂性能差，表活剂失活等局限，不能满足应用要求等问题，制约对油田的深度开发。笔者针对高温表面活性剂进行了研究，制备了一种可以耐高温、耐盐复合型驱油表面活性剂，并且通过大量室内实验性能测试，结果表明，该表面活性剂具有很好的耐高温、耐盐性能及吸附损失低等。

    1实验

    1.1实验药品

    无水氯化镁、氯化钠、无水氯化钙，AR，天津市申泰化学试剂有限公司生产；阴离子表面活性剂ME-3，自制；非离子复合表面活性剂SM -2，自制；两性表面活性剂AO-3，自制；助溶剂；高纯水；模拟油为原油（以C8一C20的烷烃为主）与航空煤油按质量比6:4配制（航空煤油密度为0.78g／cm3），陕西孚威新材料有限公司生产；海明标准液，AR，北京市庆胜达化工技术有限公司生产；实验室用水为50 000 mg/L矿化水，由氯化钠45.18 g、氯化钙2. 94 g、氯化镁1.88 g配制而成；实验室岩心：长庆城95岩心（Φ2.5 cm x7 cm），渗透率为44.5×10-3~1 050 x10-3um2。

    1.2实验仪器

    恒温干燥箱，吴江德顺电热设备厂生产；TX -500C旋转超低界面张力仪，美国科诺公司生产；岩心驱替评价装置，长庆油田采油工艺研究院生产。

    1.3表面活性剂的制备

    分别取3g阴离子表面活性剂ME-3，4g非离子表面活性剂SM-2，置于干净的烧杯中，加入1 g助溶剂，搅拌混合充分，静置约6 h，待颜色变为淡黄；再加入2g两性表面活性剂AO-3，此时混合物为黏稠状棕色液体，搅拌10 min，得棕色透明溶液GY-9。

    1.4表面活性剂性能测试

    1.4.1  油水界面张力的测定

    参照中国石油天然气行业标准SY/T 5370-1999，采用旋滴法测定油水界面张力，其基本原理是根据Bashforth -Adams方程从液滴的形状和尺寸求出界面张力，通过旋转使液滴处于一定的离心力场之中，调节转速可改变液滴的平衡形状以便于测定。

    测定的方法是把形成液面的两液相加入玻璃管中，再使玻璃管以一定角速度自转，在离心力、重力及界面张力的作用下，较轻的液体（原油）在较重的液体（注入水）中形成一长椭球形或圆柱形液滴。

    1.4.2表面活性剂耐温性测试

    耐温性测试：①直接测定相同浓度GY-9在不同温度下的油水界面张力；②将GY-9溶液加热至沸腾，观察溶液的透明度及降温后的稳定性，测定降低界面张力的能力。

    1.4.3  吸附及乳化性的测定

    在80C恒温箱中按照油水体积比7:3，测定GY-9溶液乳化能力；测定不同浓度的表活剂在岩心吸附中的吸附量，结合吸附量筛选出GY-9的最佳使用浓度，测定在最佳浓度下的抗吸附能力。

    1.4.4  室内岩芯驱油实验

    模拟油进行GY-9溶液驱替试验，直至驱出液中含水率为98 010，恒温老化24 h；将驱替装置升温至80℃，并用50 000~80 000 mg/L矿化水水驱岩心，测量岩心水相渗透率。

    2结果与讨论

    2.1     GY-9表面活性剂的油水界面张力

    2.1.1  不同质量浓度下瞬时界面张力

    50 000 mg/L矿化度下，GY-9界面张力随质量浓度变化情况如图1所示。

    由图1可知，不同质量浓度的GY -9溶液，在65℃恒温条件下测其油水两相的瞬时界面张力。相同质量浓度下，随着时间的延长，油水瞬时界面张力到达超低之后上升，最后平衡时保持在10-2mN/m。随着表面活性剂质量浓度的提高，达到超低油水界面张力的时间逐渐缩短，并且最低瞬时界面张力逐渐减小，当质量浓度为5.0 g/L时，油水瞬时界面张力达6.7×10-4mN／m，表明GY-9表面活性剂具有低界面张力，满足应用条件。

    2.1.2不同温度下油水界面张力

    GY-9质量浓度为5.0g/L时，界面张力随温度变化情况如图2所示。

    由图2可知，随着温度的上升，瞬时油水界面张力达到最低所需时间基本不变，虽然当温度升到80℃时，达到超低瞬时界面张力的时间稍有延迟，但与低温时相比，油水界面张力更低且持续时间较长，说明GY-9体系表现出较好的耐温性。

    2.2高温稳定性评价

    表面活性剂耐高温性能的优异主要看表面活性剂在高温条件的稳定性，非离子表面活性剂若不耐温，则在高温下达到浊点后会析出沉淀，表面活性剂会失去降低界面张力的能力。800C煮沸前后瞬时界面张力变化情况如图3所示。

    由图3可知，GY-9加热煮沸后，虽然瞬时界面张力达到10-3 mN/m数量级的时间有所增加，但是仍然可以达到3.8×10-3mN/m，并且最低值比煮沸前的最低值更小。表明高温并没有影响体系的界面活性。GY-9体系具有较强的耐温性能，在80℃高温条件下表面活性剂不会析出，并且不影响体系降低油水界面张力的能力，从而可以适应高温油藏的开发。

    2.3耐盐性评价

    离子浓度小时，形成双电子层过程缓慢，双电层形成较宽，界面张力降低缓慢。无机盐浓度大时，双电层较窄，且形成的电层也会被破坏，出现界面张力回缩。不同矿化度下界面张力如图4所示。

    由图4可以看出，在相同矿化度下，瞬时油水界面张力很快即可达到10-3 mN/m数量级。随着溶液矿化度的提高，瞬时油水界面张力达到最低值的时间逐渐的缩短，当矿化度达到50 000 mg/L时，4 min即可达到10-3 mN/m数量级，表明GY -9具有较好的耐盐性能。

    2.4乳化性能评价

    配制质量浓度为5.0 g/L不同矿化度的GY_9，与模拟油按体积比为6:4的比例加到100 mL的具塞量筒中，振摇使两相混合均匀，将混合均匀的油水溶液放在80CC恒温箱中恒温静置，分别测量不同矿化度的GY-9的析水量。结果如图5所示。

    由图5可知，均匀的油水混合溶液在静置的过程中，油水不断分离，最终达到平衡。随着溶液矿化度的提高，析水量逐渐减小。当矿化度为50 000 mg/L时，析水量很小，油水过渡相体积较大。GY一9质量浓度大于5.0 g/L时，对油的乳化能力优异，在25℃及80CC，其对油的乳化稳定性较好，这可以保证油被驱替后不易破乳重新吸附于岩石表面，可提高表

面活性剂对油的携带性能及驱替效果。

    2.5吸附稳定性

    表面活性剂的吸附损耗是研究的热点问题。将质量浓度为5.0 g/L溶液与岩心按照质量比m(A)：m(B)=6：1进行混合，80℃下连续恒温振荡7 d，间隔相同时间(24 h)取3~5 g吸附后的表面活性剂溶液，测试其与原油间的界面张力，实验结果如图6所示。

    由图6可以看出，当表面活性剂溶液的质量浓度为5.0g/L时，随着吸附时间的增加，动态油水界面张力最低值逐渐增加，吸附Sd后，油水界面张力最低值仍然可以降到10'3 mN/m数量级。各种表面活性剂在体系中所占的比例与设计的阴／非离子复合表面活性剂、两性表面活性剂、助溶剂质量比m(A)：m(B)：m(C)=7：2：1基本相同，因此体系在吸附S d后仍能够将油水界面张力的瞬时最小值降到10-3N/mN数量级。因此该体系具有较强的吸附稳定性。

    2.6表面活性剂油砂表面吸附量

    配制质量浓度为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 g/L的驱油用表面活性剂溶液，取上述5种不同质量浓度的溶液各10 mL，分别进行滴定；按所消耗的海明体积，由所绘制的标准曲线查出所对应的表面活性剂质量浓度。吸附前后表活剂质量浓度分别为Cl( g/L)、C2( g/L)，消耗海明标准液体积为V( mL)，吸附量为M( mg/g)，实验结果如表1所示。

    由表1可以分析，表面活性剂质量浓度为2．O、3.0 g/L时，吸附主要是溶液中单个表面活性剂分子与岩心外部裸露的正电荷发生静电吸引，此时吸附尚未达到饱和状，仍以单层吸附状态存在。表面活性剂质量浓度增加到5.0g/L，吸附量迅速上升到0. 70 mg/g，达到临界胶束浓度，形成胶束。胶束与岩心表面的静电斥力，使部分已吸附于岩心表面的活性剂解吸附而增溶进胶束中。溶液中的胶束与石英砂表面的半胶束争夺溶液中的活性剂单体，达到平衡态，胶束与岩心表面强烈的静电斥力争夺到更多的活性剂单体，使吸附量随着活性剂质量浓度的增加而下降。

    2.7  表面活性剂驱替实验

    表面活性剂驱替实验结果如表2所示。由表2可看出，水驱后再用不同的表面活性剂驱，渗透率均有明显的提高，其中GY-9效果最好，提高11.3%。改用表面活性剂驱替，开始时高渗采出液油水界面明显，随时间的延长，采出液为乳化液，而低渗采出液依然是油水界面分明的液体。原因是表面活性剂溶液在高渗区的流速较大，剪切力大，促进表面活性剂对模拟油的乳化，最终形成乳化液；而低渗区，水流速度较慢，表面活性剂溶液对模拟油的乳化较少。将乳化液破乳后收集的模拟油体积数与没乳化的模拟油体积加在一起总体积为7. 725mL．因此在水驱基础上，复合表面活性剂驱的采收率为11. 3%，相比单组分表面活性剂驱具有较高的采收率。

    3结论

    (1) GY-9表面活性剂体系在适当比例浓度下，50 000 mg/L矿化水，油为模拟原油，动态瞬时油水界面均可以达到10-3 mN/m超低界面张力；最佳油水瞬时界面张力可达10-4 mN/m数量级。

    (2) GY-9表面活性剂溶液在80℃煮沸后，溶液保持澄清，没有出现表面活性剂析出现象；测试温度大于80℃，煮沸前后动态油水界面张力最低值均可以达到10-3 mN/m数量级，因此该表面活性剂体系耐温性能良好。

    (3)不同矿化度的表面活性剂溶液均可以将油水界面张力降到10-3 mN/m数量级，当矿化度为50 000 mg/L时，瞬时界面张力达到最低值的时间缩短，并且最低值可达10-3mN/m数量级，因此该表面活性剂体系具有较高的耐盐性。

    (4)前期水驱采收率为30. 20/0，在水驱基础上，用GY -9表面活性剂驱替后，其采收率提高了11. 3%，说明其具有良好提高采收率的效果。