2 實驗結果與討論

2.1 表面活性劑在超臨界CO2中的溶解度

按照1.3.1節中的實驗方法，測定了不同類型氣溶性表面活性劑在超臨界CO2中的溶解度和壓力的變化關系。實驗溫度均為80?℃，實驗結果見圖2。

圖2 表面活性劑在超臨界CO2中的溶解度與壓力的關系

由圖2可以看出：隨著壓力的不斷升高，不同類型氣溶性表面活性劑在超臨界CO2中的溶解度均呈現逐漸增大的趨勢，并且溶解度與壓力均呈現良好的線性擬合關系。除了烷基糖苷表面活性劑APG-10和APG-12的溶解性稍差以外，其余4種表面活性劑的溶解性能均較好，在目標地層壓力(19.6?MPa)條件下的溶解度均大于0.6%。其中，表面活性劑十二碳炔二醇聚醚FS-320的溶解度最高，當壓力為19.6?MPa時，其溶解度可以達到1.25%。這是因為：FS-320分子結構中疏水鏈的尾部含有較多的甲基，甲基通常具有較高的表面能，這在一定程度上會提升超臨界CO2對FS-320的溶劑化強度，進而提高了其在超臨界CO2中的溶解度；表面活性劑分子中甲基化程度較高還能有效減弱膠束分子之間的相互作用力，使膠束不容易產生聚集，能夠增強表面活性劑的溶解性。另外，FS-320分子結構較多的羥基還能和CO2分子產生Lewis酸堿作用，使其表現出良好的親CO2特性。

按照1.3.2節中的實驗方法，評價了不同類型氣溶性表面活性劑對原油黏度的影響。實驗用油樣均為模擬地層原油(初始黏度為3.8?mPa·s)，測試溫度均為80?℃，實驗結果見圖3。

圖3 表面活性劑對原油黏度的影響

由圖3可以看出：隨著不同類型氣溶性表面活性劑質量分數的逐漸增大，原油黏度均呈現一定程度的下降現象。其中，表面活性劑FS-320的降黏效果最好，當其質量分數為0.5%時，原油黏度值可由初始的3.8?mPa·s降低至0.8?mPa·s，降黏率達到了78.95%。這是因為：表面活性劑的加入能夠有效降低原油的凝點，改變原油中蠟的結晶行為，使原油的流動性變得更好；表面活性劑還能夠有效分散和疏松原油中膠質和瀝青質的堆積狀態，使其黏度降低。表面活性劑的降黏作用有利于提高超臨界CO2吞吐過程中頁巖油的采收率。

根據上述實驗結果，選擇溶解性及降黏效果較好的4種氣溶性表面活性劑——SPO-5，SPO-10，FS-320，FS-340，按照1.3.3節中的實驗方法，考察氣溶性表面活性劑對原油和CO2之間界面張力的影響。實驗壓力均為19.6?MPa，實驗結果見圖4。

圖4 表面活性劑對原油和CO2之間界面張力的影響

由圖4可以看出：隨著表面活性劑質量分數的不斷增大，原油與CO2之間的界面張力均呈現逐漸減小的趨勢。在相同的表面活性劑質量分數下，4種氣溶性表面活性劑的加入均能有效降低原油和CO2之間的界面張力。其中，表面活性劑FS-320降低界面張力的效果最好，當其質量分數為0.2%時，在19.6?MPa的實驗壓力條件下即可使界面張力降低至0，使原油與CO2達到混相狀態。

按照1.3.3節中的實驗方法，考察不同質量分數氣溶性表面活性劑對原油和CO2之間最小混相壓力的影響。實驗結果見圖5。

圖5 不同質量分數表面活性劑對最小混相壓力的影響

由圖5可以看出：隨著表面活性劑質量分數的逐漸增大，原油和CO2之間的最小混相壓力均呈現逐漸降低的趨勢。其中表面活性劑FS-320降低最小混相壓力的效果最好，這與前文中的界面張力實驗結果趨勢相一致。當表面活性劑的質量分數達到0.5%以后，再繼續增大其質量分數，最小混相壓力的降低幅度逐漸減緩，此時表面活性劑FS-320可使最小混相壓力由初始的21.3?MPa降低至17.2?MPa，降低幅度達19.2%。最小混相壓力的降低有助于實現CO2混相驅，使注入地層中的CO2驅油效率得到提高。

根據上述實驗結果，綜合考慮表面活性劑的溶解性、降黏效果、降低界面張力以及對最小混相壓力的影響，選擇綜合性能優良的表面活性劑FS-320，按照1.3.4節中的實驗方法，考察表面活性劑對超臨界CO2吞吐效果的影響。實驗用1#和2#填砂管中的巖心孔隙度分別為19.32%、18.25%，滲透率分別為6.128×10?3、5.357×10?3 μm2。實驗結果見表1、圖6。

圖6 不同吞吐周期填砂管入口端壓力變化

由表1可以看出：在注入量相同的條件下，注入超臨界CO2-表面活性劑FS-320混合液(簡稱混合液)的填砂管在不同吞吐周期的采收率均明顯高于單獨注入超臨界CO2的填砂管，并且隨著吞吐周期的不斷增加，每個周期的吞吐采收率均呈現明顯的下降趨勢。當吞吐周期達到3個時，1#和2#填砂管的吞吐采收率分別降低至2.03%和3.18%；而當吞吐周期為4個時，填砂管中基本再無油產出。最終1#和2#填砂管的總采收率分別為33.25%和43.56%。可以看出，表面活性劑FS-320的加入可使填砂管的采收率提高10.31百分點，增油效果較好。

從圖6可以看出：在每個吞吐周期的流體注入及燜井過程中，填砂管入口端壓力均呈現逐漸升高的趨勢，這說明系統能量在不斷增加；而隨著吞吐周期的增加，填砂管入口端壓力增幅逐漸減小，說明后續注入流體補充的能量不足以完全彌補上個吞吐周期所損失的能量，吞吐效率在逐漸下降。另外，2#填砂管在不同吞吐周期中入口端的壓力均明顯高于1#填砂管，這是由于表面活性劑FS-320的加入能夠有效增強CO2對原油體積的膨脹作用，增大原油膨脹系數，使填砂管入口端壓力明顯升高，從而有助于提高CO2吞吐原油的采收率。

1) 氣溶性表面活性劑FS-320在超臨界CO2中具有良好的溶解性能，在地層溫度(80?℃)和壓力(19.6?MPa)條件下的溶解度為1.25%。

2) 氣溶性表面活性劑FS-320能有效降低原油黏度及原油和CO2之間的界面張力，進而達到降低最小混相壓力的效果。同時，FS-320的質量分數越大，所達到的效果越好，推薦其最佳質量分數為0.5%。

3) 氣溶性表面活性劑FS-320的加入能有效提高填砂管巖心的超臨界CO2吞吐效率，4個吞吐周期的總采收率可以提高10百分點以上，這為頁巖油儲層的高效開發提供了一種新思路。