陇东致密油藏低界面张力及高接触角助排剂的研发及应用 山树民;吕小明;辛宏;刘锦;吕海燕;范华波
【摘 要】According to tight reservoir characteristics of Changqing Longdong,a new type of clean up additive CQZP-1 was composite stabilizered,chooseing effective length of 16 carbon Chain cationic surfactants/nonionic anionic fluorocarbon surfactants.Determined by interfacial tensimeter K100,the result show that surface tension was 22.130 mN/m.interface tension was tested by SVT20N,the result was 0.024 mN/m.The result of contact angle was 83.6° which was tested by optical contact angle measuring systemDSA100,and the clean up additive had certain ability of salt resistance.206 wells 239 layer were tested on Changqing Longdong in 2015,return discharge rate was 10％ higher than that of conventional auxiliary agent CF-5D,higher contact angle and lower surface/ interfacial tension on flowback fluid compared with the same period.%针对长庆油田陇东致密油藏储层特点和压裂施工工艺要求,选用16碳链长度的阳离子型表面活性剂与非离子型氟碳表面活性剂复配,研发了低表界面张力的助排剂CQZP-1.优化后的助排剂,采用K100表界面张力仪测试表 面张力结果为22.130 mN/m;SVT20N旋转界面张力仪测试该助排剂的界面张力值低至0.024 mN/m;DSA100视频光学接触角测量仪测得其与天然岩心间的接触角高达83.6°;并且具有一定的耐盐能力和热稳定性.2015年,在陇东致密油藏开展了206口井239层现场试验与应用.与同区块使用常规助排剂CF-5D的油井相比,现场返排液接触角较大,表界面张力减小,一次放喷率提高10％. 【期刊名称】《科学技术与工程》
康柏显示器【年(卷),期】2017(017)013河北医科大学图书馆
【总页数】5页(P15-19)
【关键词】助排剂;界面张力;接触角;助排能力
【作 者】山树民;吕小明;辛宏;刘锦;吕海燕;范华波
【作者单位】中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院和低渗透油气田国家工程实验室,西安710021;中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院和低渗透油气田国家工程实验室,西安7
熊维江
10021;中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院和低渗透油气田国家工程实验室,西安710021;中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院和低渗透油气田国家工程实验室,西安710021;中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院和低渗透油气田国家工程实验室,西安710021;中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院和低渗透油气田国家工程实验室,西安710021
【正文语种】中 文
【中图分类】TE357.12
华硕易pc陇东致密油藏C7储层以次生孔隙为主，孔喉类型以微喉道为主，孔径小、喉道窄，面孔率低，填隙物含量高，尤其水敏性矿物(水云母等)含量相对较高，压裂采用“低黏+交联”混合压裂液技术，对压裂液的需求从常规的耐高温交联冻胶向“滑溜水+弱交联液”易返排低黏液体转变。单井压裂规模及压裂液用量不断增大，压裂液进入地层后返排困难，若破胶液不能迅速完全地排出至地面，将会对地层造成新的更严重的堵塞，引起严重水锁，造成地层损害。因此，为提高压裂、酸化效果必须向地层中加入助排剂，其助排能力对储层改造效果影响很大[1—4]。
砂岩的主要成分是硅酸盐，其表面带有负电荷，亲水能力很强，当带有亲水正电荷的表面活性剂与其接触时，使岩石变为亲油，当表面活性剂浓度较大时，又重新吸附到岩石表面，再次使岩石变为亲水[5—7]。阳离子表面活性剂通过正电荷与砂岩表面相互作用，形成亲油端朝外的疏水吸附层，使得进入孔隙的压裂液聚集并脱离岩石表面，起到提高返排率的作用(图1)。
长庆致密油储层大多属于弱亲水储层，岩石孔隙表面主要被水相润湿，返排时毛细管力为阻力。从Laplace公式
式(1)中，σ为表/界面张力，r为孔隙平均半径，θ为润湿角。可以看出，降低油水间界面张力以及增大液体与储层岩心间接触角均可以有效降低毛管阻力。
1.1 主剂筛选
如果储层润湿性由亲水变成亲油，不利于地层中原油的流动，阳离子表面活性剂的使用质量分数一般大于1%时才会形成润湿反转[8](储层润湿性由亲水变成亲油)，质量分数较小时不会改变固体表面的润湿性，压裂液中表面活性剂的实际使用浓度仅有万分之几，远远达
不到形成润湿反转的条件。基于阳离子表面活性剂在砂岩储层中存在的优势，在助排剂研发时选取阳离子表面活性剂作为主要成分。从表面活性剂分子结构特点考虑：结构中C—C链越长，疏水性越强，在水润岩心表面形成的接触角越大，越利于储层中水相流体的流动；但C链长度的增加同时影响到表面活性剂的溶解性能及表面张力，初选16碳链长度的阳离子型表面活性剂。从能有效降低表、界面张力考虑加入非离子型氟碳类表面活性剂利用协同效应有效提高表面活性，减少表面活性剂用量、降低成本[9]。综上所述，基于阳离子表面活性剂在砂岩储层中存在的优势，在助排剂研发时选取阳离子表面活性剂作为主要成分。试验筛选出以16碳链长度的阳离子型表面活性剂1631为主剂，非离子型氟碳类表面活性剂1128Y、18C和FC-Y为辅剂，进行复配。
1.2 主剂浓度的确定
试验中按不同比例配制不同浓度的主剂1631水溶液，然后在将配制好的水溶液再配制成0.5%的溶液进行表界面张力的测试。实验结果如图2所示。
由图2可知，表面张力值随着主剂浓度的增加而减小，当浓度为2%时，表面张力小于28 mN/m；界面张力值都小于1 mN/m，变化幅度较小。综合考虑，试验确定主剂浓度为2%，
此时表面张力小于28 mN/m，且界面张力也较小，同时使用浓度较低，成本相对较低。
1.3 表面活性剂复配
实验按不同比例表面活性剂复配，结果如表1。
利用不同类表面活性剂之间的协同效应可有效降低表面张力值，在2%1631溶液中加入非离子型氟碳表面活性剂。表面活性剂的使用质量分数一般大于1%时才会形成润湿反转，同时考虑成本因素，最终确定复配1#样为新研发的助排剂CQZP-1。
2.1 表、界面张力评价
依据SY/T 5755—1995《 压裂酸化用助排剂性能评价方法》及Q/SY 1376—2011《酸化压裂助排剂技术要求》中规定的表、界面张力评价方法对复配出的助排剂进行了表、界面张力性能评价。表面张力测试采用德国Kruss公司生产的K100表界面张力仪，实验温度为常温，实验压力为常压。界面张力测试采用德国德菲仪器有限公司生产的SVT20N旋转界面张力仪，实验温度为55 ℃，实验压力为常压。
从表2可以看出，复配的1#样表面张力值降低，其界面张力值很低， 界面张力值只有常规4#样的1/30。因为氟碳表面活性剂降低油水界面张力的能力要比烃类表面活性剂大很多，而且其热稳定性又最高，与阳离子型表面活性剂1631复配后，能产生极低的表面张力和增大接触角[2]。
盐酸金刚烷胺2.2 接触角评价
采用 DSA-100 型视频光学接触角测量仪(德国 Kruss生产)动态记录液滴在岩心表面的接触角，然后在采集的录像上选择接触瞬间时(液滴在岩心表面上形成的第一个清晰图像的时刻)的图像，通过软件模拟得出θ0。由于接触角随时间而变小，且接触角变化率能反映液滴在岩心表面的自吸程度，通过大量实验发现从接触瞬间至5 s后接触角大小变化幅度很小，因此可以用式(2)计算接触角变化率。
1#样、2#样与岩石达到中性润湿的接触角[9—12]，且助排剂接触到岩石后较稳定，接触角变化率不大。实验表明中性润湿的采收率最高，当油藏为中性润湿时，对提高原油采收率最有利[8](表3)。
2.3 耐盐能力评价
本实验在具有一定矿化度的盐水中加入0.5%的助排剂样品，测量其在55 ℃下界面张力。结果如表4。
由于地层水中均含有一定量盐，具有一定的矿化度，压裂液进入地层后会与地层水接触，目前使用的助排剂大多在盐溶液的作用下会降低助排效果[13]。从表4可以看出，1#样的油水界面张力值随盐溶液的浓度增大而增大，2#样的油水界面张力值随盐溶液浓度增大而降低。1#样可以在常规致密油储层使用，2#样可以在地层水矿化度较高的致密储层使用。
2.4 热稳定性评价
长庆油田油井地层温度一般为60～80 ℃，本实验测试了80 ℃下助排剂的界面张力，实验结果如表5。
从表5可以看出，80 ℃下，1#、2#、4#样的界面张力值与55 ℃下的界面张力相差不大，3种样品热稳定性较好，常规油井中使用，能达到降低界面张力，改变岩石润湿性的作用，满足陇东致密油藏现场压裂液助排的需求。
2.5 综合性能比较
将新研发的助排剂与长庆油田常用助排剂的表界面张力及接触角大小进行了比较，结果如表6。
从表6可以看出，1#样的界面张力低，同等条件下，毛管力为CF-5D的1/149，1#样为氟碳表面活性剂与烃类表面活性剂复配而得, 其具有良好的热稳定性及耐盐性，将其用在压裂酸化液中，能有效的降低毛细管阻力，促使残液彻底返排。1#样在返排时阻力最小，助排效果也最好。
2015年在对长庆油田前期多年的压裂改造技术探索研究与实践的基础上，试验应用新研发的助排剂CQZP-1，在陇东致密油藏实施206口井239层，取得了较好的改造效果。以陇**井(使用新研发助排剂CQZP-1)和对比井陇**(使用助排剂CF-5D)为例进行分析。
3.1 现场返排液接触角与表界面张力
将新研发的助排剂与长庆油田常用助排剂现场应用后的返排液性能进行测试，结果如表7。
使用新研发的CQZP-1产品后，现场返排液与岩心接触角较高，返排液的表界面张力减小。同等条件下，毛管力变小，更有利于液体返排。
3.2 现场返排液处理岩心后不同液相的接触角联想et880
将同一块岩心等分切割成厚度为1 cm岩心片备用。将岩心放在返排液溶液中浸泡2 h，取出风干，测定岩心片浸泡前后的油、水两相润湿性变化。结果如图3。
岩心原始水相、油相润湿角均小于90 °，岩石表面亲水性更强。经过返排液浸泡后岩石表面水相润湿角变小，油相润湿角变大。返排液浸泡后岩石表面水润湿性更好，因为返排液中含助排剂中的表面活性剂成分，表面活性剂吸附于岩石表面,使岩石表面水润湿性增强。并影响油、水相对渗透率，能有效的提高采收率[14]。
