论文部分内容阅读
摘 要： 表面活性剂溶液对低渗透油藏的降压增注效果也非常突出。表面活性剂对超低渗透降压增注的机理并不只是大幅降低油/水界面张力。表面活性剂具有较好地改变岩石表面润湿性的作用。因此，本文将继降压增注实验之后开展降压增注机理分析。
关键词： 表面活性剂；低渗透油藏；降压增注
【中图分类号】 TE348 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）10-0200-01
1引言
表面活性剂具有降低表面张力、起泡、乳化、分散、润湿、增溶、渗透和抗静电等性能，在油田上最早用于提高采收率，目前广泛应用在油气井增产和水井增注，通过吸附在岩石矿物表面，改变岩石润湿性，从而降低毛管力、减弱储层损害表面活性剂驱油机理，可概括为降低界面张力、降低注入压力、聚并形成油带、形成分子膜、降低边界层厚度、改变岩石润湿性、改变岩石流变性等。
特性，在较低的使用浓度条件下，表面活性剂溶液就能够很快地降低界面张力，根据极性基团的区别，将表面活性剂划分以下几大类：阴离子型、两性型、阳离子型、和非离子型表面活性剂等。其降压增注机理体现为：降低油水界面张力、改变岩石润湿性、降低注入压力、改变原油流变性、提高洗油能力。
2表面活性剂降压增注机理
由于组成表面活性剂分子的两部分为具有极性的“头基”和具有非极性的“链尾”，因此表面活性剂显示两亲性的。
2.1 降低油水界面张力。
由于低渗储层具有孔吼半径细小的特征，连续油流在通过狭小孔隙吼道时，毛管力急剧地增加，会引起贾敏效应，在储层孔隙中油柱会变成断断续续的油滴，从而引起流体渗流阻力的增加。在注入表面活性剂段塞后，在油水界面上吸附着活性剂，引起油水界面张力的降低，引起油滴变形从而更容易通过孔隙吼道，有效地解除了含油堵塞，从而达到了降低注水压力的目的。
关于降低油/水界面张力以降压增注的研究已经很多，且形成了较为一致的看法，在这里做简述。由于表面活性剂都具有一定的表面活性，能够降低界面张力，驱替液（水相）与被驱替液（油相）接触时，表面活性剂快速地达到油/水界面，起到降低界面张力的作用，减小相间相互作用，同时乳化原油、降低原油粘度，阳离子表面活性剂压缩双电层、使边界层变得更薄，从而改善油、水渗流性，提高水相渗透率，降低注入压力。界面张力动态实验表明，双子表面活性剂能快速达到油/水界面，在较短的时间内，使界面张力降低到10-2mN/m，降低了3-4个数量级，故起到了显著的降压增注效果。而表面活性剂降低界面张为能力较差，更多的是依靠润湿性修饰降压増注。
考察了表面活性剂在岩石及云母矿物表面的吸附形貌，利用紫外分光光度计及高效液相色谱研究了表面活性剂在岩石表面的吸附量。表面活性剂在岩石表面吸附层的结构特征是在静电力、氢键作用和微弱的色散力作用下的多层吸附。第一层吸附以静电作用吸附为主，吸附牢固并满足朗格缪尔方程，但氢键作用和表面胶团作用力很弱，高温、流散等情况下，导致注入时吸附厚度较小。在此基础上，明确了表面活性剂界面润湿性修饰机理。
2.2 改变岩石润湿性。
驱油效率密切地受岩石润湿性的影响。从驱油效率的角度看，亲水性表面活性剂较好，而亲油性表面活性剂较差。驱油过程中，亲水性表面活性剂，可以增加原油与岩石界面的接触角，在岩石表面进一步发生亲油性亲水性反转，从而使油滴在岩石表面的粘附功降低，促进原油的剥离。
利用表面活性剂处理岩心、不同处理方式下的油/水相接触角。可见，经表面活性剂处理后，油相和水相在其岩心、端面上的接触角不小于90°，仍然具有良好的疏水、疏油特性，表面活性剂在岩石表面的吸附层结构耐水流、气流冲刷性较好。这是因为表面活性剂与岩石矿物之间的吸附作用较强、在固-液界面的吸附结构稳定、不易脱落，从而改变了界面润湿特性，实现并获得了较长时间的降压增注效果。
2.3 降低注入压力。
在使用表面活性剂体系后，岩石表面的原油迅速地被分散、剥离，从而形成了水包油型乳状液，最终油水两相的流度比得到改善，波及系数得以提高。同时，由于油滴表面吸附表面活性剂，从而油滴带有电荷，使油滴不易粘在地层岩石的表面，最终被活性水夹带着流向采油井。
当水-岩石界面相互作用力大于油-岩石界面相互作用力时，水相优先润湿岩石，表面形成水膜，反之岩石表面将吸附油膜。对于界面效应作用强烈的超低渗透砂岩油藏而言，亲水和亲油的状态都不利于注水。
由于注水时形成了优势通道，再注表面活性剂溶液后，表面活性剂溶液沿水流优势通道流动，作用于优势通道内的岩石表面，使得通道中的渗流阻力进一步降低，使流体较小的驱替压差即可克服表面分子作用力，故降压増注效果明显。此外，表面活性剂解离出电荷、吸附在岩石表面，会压缩双电层、降低水化膜厚度，从而降低边界层厚度，增大有效流动空间，也有助于降低注入压力。
2.4 改变原油流变性。
由于原油是非牛顿流体，剪切应力影响原油粘度。驱油效率和波及系数直接受原油的非牛顿性质影响。在应用表面活性剂体系时，油中溶入了一部分表面活性剂，吸附在沥青质点上，可以增强其溶剂化外壳的牢固性，沥青质点间的相互作用得到减弱，原油中大分子的网状结构被削弱，原油的极限动剪切应力得到降低，最终提高了采收率。
2.5提高洗油能力。
降低油水界面张力，可以使岩石壁面油膜的粘附阻力减小，乳化和洗落油膜，由于表面活性剂分子具有两亲性，盲端孔隙中的原油被驱替出来，从而水相的洗油能力被提高。
3 结束语
探讨了表面活性剂吸附界面修饰降压増注机理；表面活性剂在岩石表面稳定吸附，且吸附层改变了岩石表面微观结构，一方面使原本油、水双亲的岩石表面转变为油、水双疏表面，使其对油、水的接触角都接近90°，从而大幅度降低了毛管附加压力；另一方面使得岩石-液相接触处的岩石表面能降低、固-液相互作用力降低，从而降低岩石表面对水相的束缚，降低边界层厚度、扩大渗流空间，降低了渗流阻力，其综合作用实现了表面活性剂溶液对超低渗透砂岩油藏注水的降压増注。双子表面活性剂是通过大幅度降低油/水界面张力，从而较大程度地降低了毛管附加压力，起到降压増注效果。
参考文献
[1] 刘鹏，王业飞，张国萍，等.表面活性剂驱乳化作用对提高采收率的影响[J].油气地质与采收率，2014，21（1）：99-102.
[2] 张朔， 蒋官澄， 郭海涛， 等.表面活性剂降压增注机理及其在鎮北油田的应用 [J] .特种油气藏，2013，20（2）：111-114.
关键词： 表面活性剂；低渗透油藏；降压增注
【中图分类号】 TE348 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）10-0200-01
1引言
表面活性剂具有降低表面张力、起泡、乳化、分散、润湿、增溶、渗透和抗静电等性能，在油田上最早用于提高采收率，目前广泛应用在油气井增产和水井增注，通过吸附在岩石矿物表面，改变岩石润湿性，从而降低毛管力、减弱储层损害表面活性剂驱油机理，可概括为降低界面张力、降低注入压力、聚并形成油带、形成分子膜、降低边界层厚度、改变岩石润湿性、改变岩石流变性等。
特性，在较低的使用浓度条件下，表面活性剂溶液就能够很快地降低界面张力，根据极性基团的区别，将表面活性剂划分以下几大类：阴离子型、两性型、阳离子型、和非离子型表面活性剂等。其降压增注机理体现为：降低油水界面张力、改变岩石润湿性、降低注入压力、改变原油流变性、提高洗油能力。
2表面活性剂降压增注机理
由于组成表面活性剂分子的两部分为具有极性的“头基”和具有非极性的“链尾”，因此表面活性剂显示两亲性的。
2.1 降低油水界面张力。
由于低渗储层具有孔吼半径细小的特征，连续油流在通过狭小孔隙吼道时，毛管力急剧地增加，会引起贾敏效应，在储层孔隙中油柱会变成断断续续的油滴，从而引起流体渗流阻力的增加。在注入表面活性剂段塞后，在油水界面上吸附着活性剂，引起油水界面张力的降低，引起油滴变形从而更容易通过孔隙吼道，有效地解除了含油堵塞，从而达到了降低注水压力的目的。
关于降低油/水界面张力以降压增注的研究已经很多，且形成了较为一致的看法，在这里做简述。由于表面活性剂都具有一定的表面活性，能够降低界面张力，驱替液（水相）与被驱替液（油相）接触时，表面活性剂快速地达到油/水界面，起到降低界面张力的作用，减小相间相互作用，同时乳化原油、降低原油粘度，阳离子表面活性剂压缩双电层、使边界层变得更薄，从而改善油、水渗流性，提高水相渗透率，降低注入压力。界面张力动态实验表明，双子表面活性剂能快速达到油/水界面，在较短的时间内，使界面张力降低到10-2mN/m，降低了3-4个数量级，故起到了显著的降压增注效果。而表面活性剂降低界面张为能力较差，更多的是依靠润湿性修饰降压増注。
考察了表面活性剂在岩石及云母矿物表面的吸附形貌，利用紫外分光光度计及高效液相色谱研究了表面活性剂在岩石表面的吸附量。表面活性剂在岩石表面吸附层的结构特征是在静电力、氢键作用和微弱的色散力作用下的多层吸附。第一层吸附以静电作用吸附为主，吸附牢固并满足朗格缪尔方程，但氢键作用和表面胶团作用力很弱，高温、流散等情况下，导致注入时吸附厚度较小。在此基础上，明确了表面活性剂界面润湿性修饰机理。
2.2 改变岩石润湿性。
驱油效率密切地受岩石润湿性的影响。从驱油效率的角度看，亲水性表面活性剂较好，而亲油性表面活性剂较差。驱油过程中，亲水性表面活性剂，可以增加原油与岩石界面的接触角，在岩石表面进一步发生亲油性亲水性反转，从而使油滴在岩石表面的粘附功降低，促进原油的剥离。
利用表面活性剂处理岩心、不同处理方式下的油/水相接触角。可见，经表面活性剂处理后，油相和水相在其岩心、端面上的接触角不小于90°，仍然具有良好的疏水、疏油特性，表面活性剂在岩石表面的吸附层结构耐水流、气流冲刷性较好。这是因为表面活性剂与岩石矿物之间的吸附作用较强、在固-液界面的吸附结构稳定、不易脱落，从而改变了界面润湿特性，实现并获得了较长时间的降压增注效果。
2.3 降低注入压力。
在使用表面活性剂体系后，岩石表面的原油迅速地被分散、剥离，从而形成了水包油型乳状液，最终油水两相的流度比得到改善，波及系数得以提高。同时，由于油滴表面吸附表面活性剂，从而油滴带有电荷，使油滴不易粘在地层岩石的表面，最终被活性水夹带着流向采油井。
当水-岩石界面相互作用力大于油-岩石界面相互作用力时，水相优先润湿岩石，表面形成水膜，反之岩石表面将吸附油膜。对于界面效应作用强烈的超低渗透砂岩油藏而言，亲水和亲油的状态都不利于注水。
由于注水时形成了优势通道，再注表面活性剂溶液后，表面活性剂溶液沿水流优势通道流动，作用于优势通道内的岩石表面，使得通道中的渗流阻力进一步降低，使流体较小的驱替压差即可克服表面分子作用力，故降压増注效果明显。此外，表面活性剂解离出电荷、吸附在岩石表面，会压缩双电层、降低水化膜厚度，从而降低边界层厚度，增大有效流动空间，也有助于降低注入压力。
2.4 改变原油流变性。
由于原油是非牛顿流体，剪切应力影响原油粘度。驱油效率和波及系数直接受原油的非牛顿性质影响。在应用表面活性剂体系时，油中溶入了一部分表面活性剂，吸附在沥青质点上，可以增强其溶剂化外壳的牢固性，沥青质点间的相互作用得到减弱，原油中大分子的网状结构被削弱，原油的极限动剪切应力得到降低，最终提高了采收率。
2.5提高洗油能力。
降低油水界面张力，可以使岩石壁面油膜的粘附阻力减小，乳化和洗落油膜，由于表面活性剂分子具有两亲性，盲端孔隙中的原油被驱替出来，从而水相的洗油能力被提高。
3 结束语
探讨了表面活性剂吸附界面修饰降压増注机理；表面活性剂在岩石表面稳定吸附，且吸附层改变了岩石表面微观结构，一方面使原本油、水双亲的岩石表面转变为油、水双疏表面，使其对油、水的接触角都接近90°，从而大幅度降低了毛管附加压力；另一方面使得岩石-液相接触处的岩石表面能降低、固-液相互作用力降低，从而降低岩石表面对水相的束缚，降低边界层厚度、扩大渗流空间，降低了渗流阻力，其综合作用实现了表面活性剂溶液对超低渗透砂岩油藏注水的降压増注。双子表面活性剂是通过大幅度降低油/水界面张力，从而较大程度地降低了毛管附加压力，起到降压増注效果。
参考文献
[1] 刘鹏，王业飞，张国萍，等.表面活性剂驱乳化作用对提高采收率的影响[J].油气地质与采收率，2014，21（1）：99-102.
[2] 张朔， 蒋官澄， 郭海涛， 等.表面活性剂降压增注机理及其在鎮北油田的应用 [J] .特种油气藏，2013，20（2）：111-114.