摘要：低滲透油氣藏具有巖石致密、物性差和孔喉細(xì)小的特點(diǎn)，外來(lái)流體在毛細(xì)管力作用下進(jìn)入儲(chǔ)層孔喉中，造成水鎖損害，嚴(yán)重影響低滲透儲(chǔ)層油氣藏的產(chǎn)量。針對(duì)這一問(wèn)題，以全氟辛酸、單乙醇胺和氯乙酸鈉為原料制備高性能氟碳防水鎖劑(FS-1)，通過(guò)紅外光譜對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并研究了該氟碳防鎖水劑對(duì)鹽水溶液在巖心孔喉中水鎖性能的影響。

結(jié)果表明，該防鎖水劑顯著降低鹽水溶液的表面張力(小于15 mN/m)，且使蒸餾水在砂巖表面的接觸角增大至85.3°，表明防水鎖劑FS-1可將巖心表面潤(rùn)濕性由親水性反轉(zhuǎn)為中性濕，有降低了水相對(duì)巖心的水鎖損害。另外，防鎖水劑FS-1含有多個(gè)吸附、抗鹽基團(tuán)，提高分子在巖石表面的吸附能力，且使其耐鹽能力達(dá)到了7%(NaCl)。滲吸實(shí)驗(yàn)、滲透率測(cè)試實(shí)驗(yàn)和核磁共振實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該防水鎖劑減緩巖心的自吸作用，降低了巖心孔喉對(duì)鹽水的束縛能力和巖心的水鎖損害，提高了巖心滲透率恢復(fù)率。

我國(guó)低滲透儲(chǔ)層油氣含量大，主要分別在我國(guó)東部、西部和中部的各大盆地，以海相氣為主，陸相油氣皆有。這類油氣藏具有儲(chǔ)量豐度低、地層壓力低的特點(diǎn)，還具有巖石致密、物性差和孔喉細(xì)小的特點(diǎn)，易造成油氣流動(dòng)阻力大。另外，低滲儲(chǔ)層承受外來(lái)流體傷害的能力弱，由于低滲透油氣藏通常親水，毛細(xì)管的自吸力會(huì)將外來(lái)流體吸入毛管孔隙中，進(jìn)而造成水鎖損害，大幅降低儲(chǔ)層的相對(duì)滲透率，嚴(yán)重影響低滲透油氣藏的產(chǎn)能。目前國(guó)內(nèi)采用在入井液體中加入防水鎖劑，降低入井液體的表面張力，使入井液體在儲(chǔ)層孔喉中的返排壓力顯著降低，解除了近井地帶的儲(chǔ)層污染。氟碳類表面活性劑具有優(yōu)異的防水鎖性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性（耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和高溫），與入井液體具有良好的配伍性，在極低的濃度下就能使入井液體的表面張力降低至很低的水平（小于20 mN/m）。研究的新型氟碳表面活性劑使巖心表面潤(rùn)濕性變?yōu)橹行詽?rùn)濕，減輕儲(chǔ)層水鎖傷害，但該氟碳表面活性劑對(duì)巖心表面的吸附能力較弱。以生物防水鎖劑、氟碳防水鎖劑以及消泡劑復(fù)配形成防水鎖劑，該防水鎖劑有效地降低了射孔液、壓井液等入井液體對(duì)儲(chǔ)層的傷害，使大多數(shù)井的產(chǎn)能達(dá)到配產(chǎn)要求，但未給出防水鎖劑分子結(jié)構(gòu)，且抗鹽性能較差。氟碳表面活性劑有效避免了丙烯酸酯類聚合物防水鎖劑帶來(lái)的聚合物堵塞孔隙問(wèn)題。基于此，以全氟辛酸、單乙醇胺和氯乙酸鈉為原料制備一種含有羧基鹽、酰胺基和羥基的氟碳防水鎖劑，表征其分子結(jié)構(gòu)，并評(píng)價(jià)防水鎖性能，以解決現(xiàn)有防水鎖劑抗鹽、吸附能力不足的問(wèn)題。

1、實(shí)驗(yàn)部分

主要材料與儀器

1）主要材料。全氟辛酸、單乙醇胺、氯乙酸鈉、NaOH、乙醚、無(wú)水乙醇，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；NaCl，工業(yè)級(jí)，天津市通達(dá)中天化工有限公司；氟碳防水鎖劑XDL，石大創(chuàng)新石油科技有限公司；氟碳防水鎖劑STA-122，漢科新技術(shù)股份有限公司；現(xiàn)場(chǎng)砂巖（氣測(cè)滲透率：0.5～2.0 mD），來(lái)自于中國(guó)石油集團(tuán)西部鉆探工程公司；玻璃管（半徑：0.5 mm），山西龍翔高科技玻璃制品有限公司。

2）主要儀器。Nicolet iS5型傅里葉紅外光譜儀；BrukerDPX-400型核磁共振光譜儀；界面/表面張力儀；SDC-100型接觸角測(cè)試儀；SW-CJ-IF型氣測(cè)滲透率儀、DOZ-II型巖心驅(qū)替儀。

2、表面張力測(cè)試

室溫下，3%NaCl鹽水溶液中分別加入不同濃度的防水鎖劑FS-1，評(píng)價(jià)FS-1加量對(duì)鹽水溶液表面張力的影響。

FS-1加量小于0.5%時(shí)，隨著FS-1加量的增加，鹽水溶液的表面張力顯著下降；當(dāng)FS-1加量為0.5%時(shí)，鹽水溶液的表面張力小于15 mN/m。另外，隨著FS-1加量進(jìn)一步增加，表面張力降低幅度減小，說(shuō)明加量已超過(guò)表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)。根據(jù)拉普拉斯方程可知，液相在孔喉中受到的毛細(xì)管力與其表面張力成正比，即毛細(xì)管力越大，液相在毛細(xì)管內(nèi)的流動(dòng)阻力就越大，0.5%FS-1使鹽水溶液的表面張力小于15 mN/m，這表明FS-1能降低液相在巖心中的流動(dòng)阻力。

防水鎖劑對(duì)鹽水溶液表面張力的影響

室溫下，在不同濃度的鹽水中分別加入0.5%FS-1，評(píng)價(jià)FS-1對(duì)鹽水溶液表面張力的影響。

隨著NaCl含量增大，鹽水溶液的表面張力逐漸增大。當(dāng)NaCl含量加量為7%時(shí)，鹽水的表面張力仍低于20 mN/m，表明該防水鎖劑具有良好的抗鹽性能。

具有不同表面張力的鹽水與玻璃表面的接觸角以及在毛細(xì)管上升高度被評(píng)價(jià)。

隨著鹽水中防水鎖劑FS-1加量的增加，鹽水在毛細(xì)管的上升高度逐漸降低。當(dāng)鹽水中FS-1的加量為0.5%時(shí)，使鹽水在毛細(xì)管的高度從28.1 mm下降至0.2 mm，表明研制的FS-1可有效地降低水相進(jìn)入儲(chǔ)層孔喉深部。根據(jù)上述毛細(xì)管公式（式1）以及表面張力的測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算出的接觸角與通過(guò)接觸角測(cè)試儀測(cè)試出的巖心接觸角結(jié)果一致。

3、機(jī)理探討

巖心孔喉的潤(rùn)濕性為親水性，且鹽水的表面張力較大（大于65 mN/m），鹽水在孔喉中的毛細(xì)管力較大，驅(qū)使鹽水進(jìn)入巖心孔喉深部，造成水鎖效應(yīng)；研制的防水鎖劑FS-1分子具有疏水氟碳長(zhǎng)鏈和多個(gè)親水吸附基團(tuán)（羧基鹽、酰胺基和羥基），由于氟原子的電負(fù)性以及較高的電離能和氧化勢(shì)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且氟碳長(zhǎng)鏈的疏水作用遠(yuǎn)比碳?xì)滏湉?qiáng)烈，增大了鹽水在孔隙表面的接觸角，且在液-氣界面上定向聚集排列后，顯著降低液體的表面張力。另外，對(duì)于普通碳?xì)湫捅砻婊钚詣急砻婊钚詣┚哂懈鼜?qiáng)的脫離水溶液傾向，由于分子中含有多個(gè)親水吸附基團(tuán)，使其能穩(wěn)定地吸附在巖心孔喉表面，使巖心潤(rùn)濕性由親水性反轉(zhuǎn)為中性濕，從而降低毛細(xì)管力，有效避免水鎖傷害。

4、結(jié)論

基于酰胺化反應(yīng)和季銨化反應(yīng)，以全氟辛酸、單乙醇胺和氯乙酸鈉為原料制備高性能氟碳防水鎖劑FS-1，該防水鎖劑使鹽水溶液的表面張力顯著下降，且提高了蒸餾水在砂巖巖心表面的接觸角，可降低外來(lái)流體在巖心孔喉中所受的毛細(xì)管力。