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高鹽油藏下兩性/陰離子表面活性劑協(xié)同獲得油水超低界面張力的方法（二）
來(lái)源：物理化學(xué)學(xué)報(bào) 瀏覽 958 次 發(fā)布時(shí)間:2024-12-03
3、結(jié)果與討論
3.1兩性表面活性劑溶液與原油的動(dòng)態(tài)界面張力
兩性表面活性劑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(shí)，HDAPS溶液長(zhǎng)時(shí)間放置均不會(huì)產(chǎn)生沉淀，這表明HDAPS與高鹽礦化水具有非常好的相容性。在60°C時(shí)，以模擬礦化水配制的不同濃度HDAPS溶液與原油的界面張力（IFT）隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)界面張力（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(zhì)量分?jǐn)?shù)）范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)界面張力最低值（DITmin）可以達(dá)到10-2mN·m-1量級(jí)，并不能達(dá)到超低界面張力。而且，隨著測(cè)試時(shí)間的增長(zhǎng)，界面張力逐漸升高到10-1mN·m-1量級(jí)。
圖1不同濃度表面活性劑HDAPS溶液與原油的動(dòng)態(tài)界面張力（DIT）
3.2兩性/陰離子表面活性劑混合體系與原油的動(dòng)態(tài)界面張力
3.2.1表面活性劑濃度對(duì)動(dòng)態(tài)界面張力的影響
單一兩性表面活性劑HDAPS并不能使油水界面張力降到超低水平，因此，通過(guò)陰離子型表面活性劑SDS與HDAPS復(fù)配，考察HDAPS/SDS混合體系與原油的界面張力。首先，定義陰離子型表面活性劑的摩爾分?jǐn)?shù)（X）為，
此處，c為表面活性劑的摩爾濃度。X為0.25時(shí)，不同表面活性劑總濃度下，HDAPS/SDS混合體系與原油的界面張力隨時(shí)間的變化如圖2所示。從圖中可以看出，與HDAPS/油/水動(dòng)態(tài)界面張力相比，HDAPS/SDS混合體系與原油的動(dòng)態(tài)界面張力表現(xiàn)出兩個(gè)顯著的不同點(diǎn)。首先，HDAPS/SDS混合體系的界面張力隨測(cè)定時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸降低至基本不變，即動(dòng)態(tài)界面張力的最低值DITmin與平衡值DITeq相同，且達(dá)到平衡界面張力的時(shí)間非常短，小于12 min;其次，在表面活性劑總濃度僅為0.01%時(shí)，體系就可以達(dá)到9.7×10-3mN·m-1的超低界面張力；繼續(xù)增加表面活性劑的總濃度超過(guò)0.04%后，體系的界面張力可以達(dá)到極低的10-5mN·m-1量級(jí)。
圖2不同濃度HDAPS/SDS（X=0.25）混合表面活性劑溶液與原油的動(dòng)態(tài)界面張力
3.2.2礦化度對(duì)動(dòng)態(tài)界面張力的影響
配制溶液所用的是高礦化度且含有高濃度二價(jià)金屬離子的模擬礦化水，從上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中看出，HDAPS/SDS混合體系在高鹽條件下可以與原油達(dá)到超低界面張力?？紤]到在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中地層水的礦化度可能發(fā)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(duì)HDAPS/SDS混合體系與原油界面張力的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)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范圍內(nèi)變化時(shí)，HDAPS/SDS混合體系與原油的界面張力均可達(dá)到超低界面張力，這說(shuō)明在高礦化度和高濃度二價(jià)金屬離子條件下，HDAPS/SDS混合體系也表現(xiàn)出非常優(yōu)異的界面活性。
圖3金屬離子濃度對(duì)HDAPS/SDS混合表面活性劑溶液與原油的動(dòng)態(tài)界面張力的影響
綜合上面的結(jié)果，HDAPS/SDS混合體系與原油的界面張力行為具有如下的特點(diǎn)：
第一，HDAPS/SDS混合體系可以在無(wú)堿條件下與原油達(dá)到超低界面張力。HDAPS/SDS混合體系作為驅(qū)油劑不僅可以獲得利于提高剩余油洗油效率的超低界面張力，而且可以避免堿劑引起的一系列問(wèn)題。
第二，HDAPS/SDS混合體系具有優(yōu)異的耐鹽性能。在高礦化度和高M(jìn)g2+、Ca2+濃度下，HDAPS/SDS體系能夠與模擬礦化水具有很好的相容性并與原油能夠形成超低界面張力，使得該體系能夠滿足高鹽油藏提高采收率技術(shù)的需求。
第三，HDAPS/SDS混合體系的動(dòng)態(tài)界面張力達(dá)到超低界面張力的時(shí)間非常短，且能夠在極低的平衡界面張力下維持。由于在實(shí)際驅(qū)油過(guò)程中，驅(qū)油體系是在流動(dòng)的狀態(tài)下與原油接觸，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到超低界面張力，對(duì)原油從巖石上啟動(dòng)非常有利。而且，HDAPS/SDS混合體系與原油的界面張力在總濃度超過(guò)0.04%后就可以達(dá)到極低的10-5mN·m-1量級(jí)。對(duì)于存在于半徑為r的毛細(xì)管中長(zhǎng)度為L(zhǎng)的剩余油滴，當(dāng)油滴兩端的驅(qū)動(dòng)壓差Δp大于等于毛細(xì)管壓力pc時(shí)，剩余油滴才能夠活化啟動(dòng)，7即有：
則有：
式中σ為油水界面張力，r為孔隙介質(zhì)毛細(xì)管半徑。從式（3）中可以看出，在驅(qū)動(dòng)壓力梯度（dp/dx）和油滴長(zhǎng)度（L）一定的情況下，油水界面張力越低，可以活化的孔隙介質(zhì)毛細(xì)管半徑越小。界面張力達(dá)到10-5mN·m-1量級(jí)則可以活化低滲透率或超低滲透率油層，這表明HDAPS/SDS混合溶液將有利于大幅度提高低滲或超低滲透率油層的采收率。
第四，HDAPS/SDS混合體系可以在非常寬的濃度范圍內(nèi)和低濃度下與原油達(dá)到超低界面張力，這對(duì)于該體系應(yīng)用于提高采收率是非常重要的。由于表面活性劑在巖石表面存在吸附損失和稀釋效應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中需要注入比室內(nèi)研究中獲得最優(yōu)界面張力的濃度更高的表面活性劑溶液。獲得較好的驅(qū)油效果要求體系在注入濃度下與原油形成超低界面張力，并具有良好的抗稀釋性。而以往室內(nèi)研究獲得的大多數(shù)表面活性劑驅(qū)油體系存在一個(gè)重要問(wèn)題是達(dá)到超低界面張力的濃度范圍窗口非常窄，26在注入和地層中流動(dòng)過(guò)程中很難維持超低界面張力。HDAPS/SDS混合體系在濃度為0.01%-0.37%時(shí)均可與原油形成超低界面張力，表明體系的濃度窗口非常寬。而且，0.01%的HDAPS/SDS混合體系與原油形成超低界面張力也能夠有效降低驅(qū)油體系的成本，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。