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高鹽油藏下兩性/陰離子表麵活性劑協同獲得油水超低界麵張力的方法（二）
來源：物理化學學報 瀏覽 299 次 發布時間:2024-12-03
3、結果與討論
3.1兩性表麵活性劑溶液與原油的動態界麵張力
兩性表麵活性劑HDAPS在室溫和60°C鹽水中均具有很好的溶解性，如在礦化度為20000 mg·L-1,其中Mg2+和Ca2+總濃度為1000 mg·L-1時，HDAPS溶液長時間放置均不會產生沉澱，這表明HDAPS與高鹽礦化水具有非常好的相容性。在60°C時，以模擬礦化水配製的不同濃度HDAPS溶液與原油的界麵張力（IFT）隨時間變化的動態界麵張力（DIT）曲線如圖1所示。從圖中可以看出，在HDAPS濃度為0.07%-0.39%（質量分數）範圍內，動態界麵張力最低值（DITmin）可以達到10-2mN·m-1量級，並不能達到超低界麵張力。而且，隨著測試時間的增長，界麵張力逐漸升高到10-1mN·m-1量級。
圖1不同濃度表麵活性劑HDAPS溶液與原油的動態界麵張力（DIT）
3.2兩性/陰離子表麵活性劑混合體係與原油的動態界麵張力
3.2.1表麵活性劑濃度對動態界麵張力的影響
單一兩性表麵活性劑HDAPS並不能使油水界麵張力降到超低水平，因此，通過陰離子型表麵活性劑SDS與HDAPS複配，考察HDAPS/SDS混合體係與原油的界麵張力。首先，定義陰離子型表麵活性劑的摩爾分數（X）為，
此處，c為表麵活性劑的摩爾濃度。X為0.25時，不同表麵活性劑總濃度下，HDAPS/SDS混合體係與原油的界麵張力隨時間的變化如圖2所示。從圖中可以看出，與HDAPS/油/水動態界麵張力相比，HDAPS/SDS混合體係與原油的動態界麵張力表現出兩個顯著的不同點。首先，HDAPS/SDS混合體係的界麵張力隨測定時間的增長逐漸降低至基本不變，即動態界麵張力的最低值DITmin與平衡值DITeq相同，且達到平衡界麵張力的時間非常短，小於12 min;其次，在表麵活性劑總濃度僅為0.01%時，體係就可以達到9.7×10-3mN·m-1的超低界麵張力；繼續增加表麵活性劑的總濃度超過0.04%後，體係的界麵張力可以達到極低的10-5mN·m-1量級。
圖2不同濃度HDAPS/SDS（X=0.25）混合表麵活性劑溶液與原油的動態界麵張力
3.2.2礦化度對動態界麵張力的影響
配製溶液所用的是高礦化度且含有高濃度二價金屬離子的模擬礦化水，從上麵的實驗結果中看出，HDAPS/SDS混合體係在高鹽條件下可以與原油達到超低界麵張力。考慮到在實際應用過程中地層水的礦化度可能發生變化，恒定模擬水中Na+、Mg2+和Ca2+中兩種金屬離子的濃度，考察了Na+、Mg2+和Ca2+濃度變化對HDAPS/SDS混合體係與原油界麵張力的影響，實驗結果如圖3所示。從圖中可以看出，模擬水中Na+濃度在1500-4500 mg·L-1、Mg2+濃度在120-360 mg·L-1和Ca2+濃度在200-800 mg·L-1範圍內變化時，HDAPS/SDS混合體係與原油的界麵張力均可達到超低界麵張力，這說明在高礦化度和高濃度二價金屬離子條件下，HDAPS/SDS混合體係也表現出非常優異的界麵活性。
圖3金屬離子濃度對HDAPS/SDS混合表麵活性劑溶液與原油的動態界麵張力的影響
綜合上麵的結果，HDAPS/SDS混合體係與原油的界麵張力行為具有如下的特點：
第一，HDAPS/SDS混合體係可以在無堿條件下與原油達到超低界麵張力。HDAPS/SDS混合體係作為驅油劑不僅可以獲得利於提高剩餘油洗油效率的超低界麵張力，而且可以避免堿劑引起的一係列問題。
第二，HDAPS/SDS混合體係具有優異的耐鹽性能。在高礦化度和高Mg2+、Ca2+濃度下，HDAPS/SDS體係能夠與模擬礦化水具有很好的相容性並與原油能夠形成超低界麵張力，使得該體係能夠滿足高鹽油藏提高采收率技術的需求。
第三，HDAPS/SDS混合體係的動態界麵張力達到超低界麵張力的時間非常短，且能夠在極低的平衡界麵張力下維持。由於在實際驅油過程中，驅油體係是在流動的狀態下與原油接觸，在短時間內達到超低界麵張力，對原油從岩石上啟動非常有利。而且，HDAPS/SDS混合體係與原油的界麵張力在總濃度超過0.04%後就可以達到極低的10-5mN·m-1量級。對於存在於半徑為r的毛細管中長度為L的剩餘油滴，當油滴兩端的驅動壓差Δp大於等於毛細管壓力pc時，剩餘油滴才能夠活化啟動，7即有：
則有：
式中σ為油水界麵張力，r為孔隙介質毛細管半徑。從式（3）中可以看出，在驅動壓力梯度（dp/dx）和油滴長度（L）一定的情況下，油水界麵張力越低，可以活化的孔隙介質毛細管半徑越小。界麵張力達到10-5mN·m-1量級則可以活化低滲透率或超低滲透率油層，這表明HDAPS/SDS混合溶液將有利於大幅度提高低滲或超低滲透率油層的采收率。
第四，HDAPS/SDS混合體係可以在非常寬的濃度範圍內和低濃度下與原油達到超低界麵張力，這對於該體係應用於提高采收率是非常重要的。由於表麵活性劑在岩石表麵存在吸附損失和稀釋效應，現場實際應用中需要注入比室內研究中獲得最優界麵張力的濃度更高的表麵活性劑溶液。獲得較好的驅油效果要求體係在注入濃度下與原油形成超低界麵張力，並具有良好的抗稀釋性。而以往室內研究獲得的大多數表麵活性劑驅油體係存在一個重要問題是達到超低界麵張力的濃度範圍窗口非常窄，26在注入和地層中流動過程中很難維持超低界麵張力。HDAPS/SDS混合體係在濃度為0.01%-0.37%時均可與原油形成超低界麵張力，表明體係的濃度窗口非常寬。而且，0.01%的HDAPS/SDS混合體係與原油形成超低界麵張力也能夠有效降低驅油體係的成本，具有重要的應用價值。