【應(yīng)用】關(guān)于提升原油采收率的表面活性劑研究

當(dāng)前世界能源需求不斷增長(zhǎng)，成熟油田原油產(chǎn)量不斷下降，需要在石油生產(chǎn)技術(shù)上取得革命性突破。常規(guī)采油(一次采油和二次采油)后，由于毛管力大、儲(chǔ)層非均質(zhì)性高，導(dǎo)致原油產(chǎn)量低，大約70%的原始油藏(OOIP)仍留在儲(chǔ)層中。因此，需要開(kāi)發(fā)更多的方法來(lái)提高采收率(EOR)從而滿(mǎn)足當(dāng)前的需求。通過(guò)化學(xué)方法提高采收率作為一種常見(jiàn)的選擇，在大多數(shù)成熟油田中都備受關(guān)注。但同時(shí)化學(xué)方法也帶來(lái)了許多弊端，例如昂貴的表面活性劑在油藏中以吸附和保留的形式損失，工程成本高，油價(jià)下降，都會(huì)影響工藝效率，給其應(yīng)用帶來(lái)了問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)具有成本效益的EOR技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)采收率的必要條件。

在早期的研究中已經(jīng)報(bào)道了乳液作為提高采收率劑的應(yīng)用。液滴聚結(jié)導(dǎo)致乳狀液穩(wěn)定性差，導(dǎo)致采收率低，限制了其使用。因此，納米技術(shù)在乳狀液中的應(yīng)用可能是提高采收率的一個(gè)突破。納米乳液是由適量的表面活性劑配制而成的，微乳液已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，例如:制藥、化妝品、石油和油漆工業(yè)。與油田化學(xué)品混合后，納米乳液還可用于井筒清潔、阻垢、壓裂、保流測(cè)試等。

Kumar等人制備和表征油/水納米乳，用于提高采收率。采用輕質(zhì)礦物油、表面活性劑Tween 40和去離子水制備納米乳液。從液滴粒徑分布、表面電荷、IFT測(cè)量等方面對(duì)納米乳進(jìn)行了表征，以檢驗(yàn)納米乳在提高采收率方面的效率。

表1. 表面活性劑濃度對(duì)納米乳性能的影響

圖1. 表面活性劑濃度對(duì)25℃下zeta電位(mv)的影響

為了確定表面活性劑濃度對(duì)納米乳的影響，對(duì)超聲波法制備的樣品進(jìn)行了4種不同表面活性劑濃度(0.5、1.0、1.5和2.0 wt. %)的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)表面活性劑濃度從0.5 wt. %增加到1.0 wt. %、1.5 wt. %和2.0 wt. %時(shí)，液滴尺寸從31.83 nm減小到20.19 nm、19.32 nm和18.02 nm。隨著表面活性劑濃度的進(jìn)一步增加，液滴尺寸逐漸減小。當(dāng)表面活性劑濃度從0.5 wt. %增加到2.0 wt. %時(shí)，Zeta電位值從-30.14 mv降低到-39.818 mv(表1)。Zeta電位值越高，納米乳的分散性和穩(wěn)定性越好。

圖2. 不同溫度(30、50、70)和不同表面活性劑濃度(0.5、1.0、1.5、2.0)下納米乳液界面張力的變化

采用懸滴法，在30℃下獲得了50.31 mN/m的IFT值。納米乳液和庚烷體系在添加2 wt%表面活性劑的情況下，IFT從30°C時(shí)的50.31 mN/m降低到30°C、50°C和70°C時(shí)的1.5、1.1和0.6 mN/m。從圖9可以看出，IFT值隨著表面活性劑濃度的增加而降低。圖9 (a)，在30℃時(shí)，表面活性劑濃度從0.5 wt. %增加到2.0 wt. %， IFT值從2.97 mN/m下降到2.4 mN/m。從圖9可以看出，添加0.5 wt. %表面活性劑的納米乳的界面張力從30°C時(shí)的3.0 mN/m下降到50°C時(shí)的2.1 mN/m和70°C時(shí)的1.8 mN/m。同樣，對(duì)于表面活性劑濃度為1.0 wt. %、1.5 wt. %和2.0 wt. %的其他3個(gè)樣品，當(dāng)溫度從30oC升高到70oC時(shí)，IFT分別從2.9 mN/m降至1.6 mN/m、2.8 mN/m降至1.4 mN/m和2.7 mN/m降至1.3 mN/m。因此，溫度在納米乳液的IFT降低中起著重要作用，有助于提高石油采收率。

圖3. 添加0.5 wt. %的Tween 40表面活性劑，在30°C下，在0秒、120秒和240秒時(shí)納米乳的垂滴圖像

當(dāng)表面活性劑濃度為0.5 wt. %，溫度為30℃時(shí)，在0秒、120秒和240秒時(shí)，用懸滴法測(cè)量納米乳與庚烷之間的動(dòng)態(tài)IFT值的實(shí)時(shí)圖像如圖10所示。從圖10中可以看出，在120秒內(nèi)IFT值會(huì)有明顯的下降，但在此之后IFT值的下降就微乎其微了。在240秒的時(shí)間內(nèi)，IFT從2.97 mN/m下降到2.05 mN/m。可以觀察到，隨著表面活性劑濃度的增加和溫度的升高，不同時(shí)間間隔的IFT值受到極大的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] Kumar, N., Mandal, A,. Surfactant Stabilized Oil-in-Water Nanoemulsion: Stability, Interfacial Tension, and Rheology Study for Enhanced Oil Recovery Application[J]. Energy & Fuels, 2018, 32(6), 6452–6466.