摘要

通過調(diào)控原油-巖石界面潤濕性進而提高采收率是油田高效開發(fā)的重要思路.現(xiàn)有陰離子表面活性劑改變巖石表面潤濕性能力有限，研發(fā)強化界面潤濕調(diào)控性能的新型驅(qū)油劑具有重要應(yīng)用意義.本工作合成了一種新型表面活性劑二羥甲基十二烷基苯磺酸鈉(SDDBS)，通過紅外和核磁進行結(jié)構(gòu)表征.探究了SDDBS在親油巖石表面的吸附行為、降低油水界面張力能力、對巖石表面潤濕性調(diào)控能力、油膜剝離能力以及驅(qū)油性能.實驗結(jié)果表明SDDBS可在親油巖石表面均勻吸附，臨界膠束濃度下可將油水界面張力降至2.54 mN/m，親油玻璃片經(jīng)0.02%(w)SDDBS溶液處理48 h后，其空氣中水滴接觸角由100.2°降低至24.5°，水下油滴接觸角由19.2°增加至153.9°，證明SDDBS可將親油/疏水的巖石表面調(diào)控為強親水/水下強疏油狀態(tài).采用0.02%(w)SDDBS溶液在60℃下處理原油老化的玻璃片，24 h內(nèi)油膜剝離面積高達89%，在地層水條件下油膜剝離面積仍可達81%.室內(nèi)模擬巖心驅(qū)油實驗結(jié)果顯示采收率提高10.53%.本工作通過一步法合成一種新型多羥基苯磺酸鹽驅(qū)油劑，通過引入氫鍵強化其界面潤濕調(diào)控能力用于油膜高效剝離，具有較強實際應(yīng)用潛力.

1引言

石油作為基礎(chǔ)關(guān)鍵燃料及化工原材料，是保障國民經(jīng)濟和社會發(fā)展至關(guān)重要的戰(zhàn)略資源.目前我國多數(shù)油田雖進入開發(fā)中后期，但剩余油資源豐富，增儲上產(chǎn)潛力巨大，研發(fā)高效驅(qū)油劑對于進一步提高石油采收率意義重大.親水砂巖油藏巖石表面長期被原油浸潤，吸附膠質(zhì)瀝青質(zhì)組分后潤濕性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油，常規(guī)水驅(qū)后親油性巖石表面仍然存在殘余油膜.根據(jù)粘附功公式W=δ[1+cos(θoil)]，通過降低油水界面張力δ或增加油-固接觸角θoil，可以降低原油在巖石表面的粘附功，使得吸附的油膜易于剝離。研究表明，油水界面張力低至10-4~10-3 mN/m，油膜剝離效果亦十分有限，通過調(diào)控原油-巖石界面潤濕性進而提高采收率是油田高效開發(fā)的重要思路。

近年來國內(nèi)外主要采用的油田用潤濕反轉(zhuǎn)表面活性劑包括非離子型表面活性劑、離子型表面活性劑及復(fù)配體系等。張小琴等研究一種新型非離子雙子表面活性劑硬脂酸葡萄糖酯甲苷馬來酸雙酯，經(jīng)研究其具有低界面張力(5 mN/m)和良好穩(wěn)定性，可以顯著提升二氧化硅表面疏油性(水下油滴接觸角128.17°).Wu等合成了一種三季銨鹽型陽離子表面活性劑，將其與陰離子型表面活性劑α-烯烴磺酸鹽復(fù)配，由于陰離子與陽離子相互吸引，使得界面上分子排列緊密，達到超低界面張力(4.5×10-4 mN/m)，室內(nèi)巖心驅(qū)替實驗表明，注入復(fù)配體系使得采收率提高了8.35%.實驗證明低界面張力有利于提高采收率，但對于主要以油膜形式存在的剩余油，單一追求低界面張力無法達到高效油膜剝離效果.表面活性劑對砂巖及碳酸鹽巖油藏潤濕性影響主要通過表面清洗及表面覆蓋實現(xiàn)。陽離子表面活性劑通過其陽離子部分與吸附在巖石表面的原油酸性組分形成離子對，清洗表面油層同時暴露原親水表面.陰離子表面活性劑通過其疏水尾部與親油巖石表面相互作用，陰離子親水頭基覆蓋親油巖石表面使得表面轉(zhuǎn)向水濕，同時增加巖石表面與油膜間靜電斥力，提高洗油效率

現(xiàn)有陰離子表面活性劑如石油磺酸鹽類具有成本低和界面活性好的優(yōu)點，但與地層巖石表面吸附較弱，改變巖石潤濕性能力有限。采用合理的分子設(shè)計增強陰離子表面活性劑在巖石表面的吸附，強化其潤濕調(diào)控能力，實現(xiàn)從親油到強親水/強疏油潤濕性轉(zhuǎn)變，促進壁面油膜的高效剝離，是本文的研究意義所在.本研究以十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、甲醛、甲醇等為主要原料制備了一種強化界面潤濕調(diào)控性能的新型驅(qū)油劑二羥甲基十二烷基苯磺酸鈉(SDDBS).探究了其吸附性能、界面潤濕調(diào)控性能、油膜剝離性能以及宏觀驅(qū)油性能等.實驗結(jié)果表明SDDBS可將親油巖石表面潤濕調(diào)控至強疏油狀態(tài)(水下油滴接觸角>153.9°)，驅(qū)油效果顯著.

2結(jié)果與討論

2.1界面潤濕性調(diào)控驅(qū)油劑的結(jié)構(gòu)表征

界面潤濕性調(diào)控驅(qū)油劑SDDBS的合成示意圖如圖1所示.通過紅外光譜和核磁共振氫譜對合成原料十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)和最終產(chǎn)物二羥甲基十二烷基苯磺酸鈉(SDDBS)進行結(jié)構(gòu)表征.由圖2a可見，位于1456和1638 cm-1的特征峰證明了苯環(huán)的存在，3434 cm-1處寬峰為O―H的伸縮振動峰，通過對比SDBS和SDDBS的紅外光譜，可以判斷SDDBS中含有羥基基團.由圖2b可得，δ4.8為D2O溶劑峰;δ0.6~1.49為亞甲基上的質(zhì)子峰(a);δ2.32~2.60的三重峰為甲基上的質(zhì)子峰(d);δ3.35為羥基上的質(zhì)子峰(b);δ7.14為芳烴特征峰(c).通過1H NMR確定了最終產(chǎn)物中羥基等基團的存在及位置.紅外光譜和核磁共振氫譜結(jié)果表明目標產(chǎn)物SDDBS合成成功，結(jié)構(gòu)準確.

圖1 SDDBS合成示意圖

圖2(a)SDDBS紅外光譜圖和(b)核磁共振氫譜