【應用】關于提升原油采收率的表面活性劑研究

當前世界能源需求不斷增長，成熟油田原油產量不斷下降，需要在石油生產技術上取得革命性突破。常規采油(一次采油和二次采油)后，由于毛管力大、儲層非均質性高，導致原油產量低，大約70%的原始油藏(OOIP)仍留在儲層中。因此，需要開發更多的方法來提高采收率(EOR)從而滿足當前的需求。通過化學方法提高采收率作為一種常見的選擇，在大多數成熟油田中都備受關注。但同時化學方法也帶來了許多弊端，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，油價下降，都會影響工藝效率，給其應用帶來了問題。因此，開發具有成本效益的EOR技術是實現可持續采收率的必要條件。

在早期的研究中已經報道了乳液作為提高采收率劑的應用。液滴聚結導致乳狀液穩定性差，導致采收率低，限制了其使用。因此，納米技術在乳狀液中的應用可能是提高采收率的一個突破。納米乳液是由適量的表面活性劑配制而成的，微乳液已經在許多領域得到了應用，例如:制藥、化妝品、石油和油漆工業。與油田化學品混合后，納米乳液還可用于井筒清潔、阻垢、壓裂、保流測試等。

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測量等方面對納米乳進行了表征，以檢驗納米乳在提高采收率方面的效率。

表1. 表面活性劑濃度對納米乳性能的影響

圖1. 表面活性劑濃度對25℃下zeta電位(mv)的影響

為了確定表面活性劑濃度對納米乳的影響，對超聲波法制備的樣品進行了4種不同表面活性劑濃度(0.5、1.0、1.5和2.0 wt. %)的實驗。當表面活性劑濃度從0.5 wt. %增加到1.0 wt. %、1.5 wt. %和2.0 wt. %時，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一步增加，液滴尺寸逐漸減小。當表面活性劑濃度從0.5 wt. %增加到2.0 wt. %時，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時的50.31 mN/m降低到30°C、50°C和70°C時的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，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時的3.0 mN/m下降到50°C時的2.1 mN/m和70°C時的1.8 mN/m。同樣，對于表面活性劑濃度為1.0 wt. %、1.5 wt. %和2.0 wt. %的其他3個樣品，當溫度從30oC升高到70oC時，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秒時納米乳的垂滴圖像

當表面活性劑濃度為0.5 wt. %，溫度為30℃時，在0秒、120秒和240秒時，用懸滴法測量納米乳與庚烷之間的動態IFT值的實時圖像如圖10所示。從圖10中可以看出，在120秒內IFT值會有明顯的下降，但在此之后IFT值的下降就微乎其微了。在240秒的時間內，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，不同時間間隔的IFT值受到極大的影響。

參考文獻：

[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.