摘要：低滲透油氣藏具有巖石致密、物性差和孔喉細小的特點，外來流體在毛細管力作用下進入儲層孔喉中，造成水鎖損害，嚴重影響低滲透儲層油氣藏的產(chǎn)量。針對這一問題，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)，通過紅外光譜對其結構進行了表征，并研究了該氟碳防鎖水劑對鹽水溶液在巖心孔喉中水鎖性能的影響。

結果表明，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可將巖心表面潤濕性由親水性反轉(zhuǎn)為中性濕，有降低了水相對巖心的水鎖損害。另外，防鎖水劑FS-1含有多個吸附、抗鹽基團，提高分子在巖石表面的吸附能力，且使其耐鹽能力達到了7%(NaCl)。滲吸實驗、滲透率測試實驗和核磁共振實驗發(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率。

我國低滲透儲層油氣含量大，主要分別在我國東部、西部和中部的各大盆地，以海相氣為主，陸相油氣皆有。這類油氣藏具有儲量豐度低、地層壓力低的特點，還具有巖石致密、物性差和孔喉細小的特點，易造成油氣流動阻力大。另外，低滲儲層承受外來流體傷害的能力弱，由于低滲透油氣藏通常親水，毛細管的自吸力會將外來流體吸入毛管孔隙中，進而造成水鎖損害，大幅降低儲層的相對滲透率，嚴重影響低滲透油氣藏的產(chǎn)能。目前國內(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，使入井液體在儲層孔喉中的返排壓力顯著降低，解除了近井地帶的儲層污染。氟碳類表面活性劑具有優(yōu)異的防水鎖性能、良好的化學穩(wěn)定性（耐強酸、強堿和高溫），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濕性變?yōu)橹行詽櫇?，減輕儲層水鎖傷害，但該氟碳表面活性劑對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儲層的傷害，使大多數(shù)井的產(chǎn)能達到配產(chǎn)要求，但未給出防水鎖劑分子結構，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的聚合物堵塞孔隙問題?；诖?，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，表征其分子結構，并評價防水鎖性能，以解決現(xiàn)有防水鎖劑抗鹽、吸附能力不足的問題。

1、實驗部分

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、無水乙醇，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；NaCl，工業(yè)級，天津市通達中天化工有限公司；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，漢科新技術股份有限公司；現(xiàn)場砂巖（氣測滲透率：0.5～2.0 mD），來自于中國石油集團西部鉆探工程公司；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型接觸角測試儀；SW-CJ-IF型氣測滲透率儀、DOZ-II型巖心驅(qū)替儀。

2、表面張力測試

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，評價FS-1加量對鹽水溶液表面張力的影響。

FS-1加量小于0.5%時，隨著FS-1加量的增加，鹽水溶液的表面張力顯著下降；當FS-1加量為0.5%時，鹽水溶液的表面張力小于15 mN/m。另外，隨著FS-1加量進一步增加，表面張力降低幅度減小，說明加量已超過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管力與其表面張力成正比，即毛細管力越大，液相在毛細管內(nèi)的流動阻力就越大，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阻力。

防水鎖劑對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，評價FS-1對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NaCl含量加量為7%時，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管上升高度被評價。

隨著鹽水中防水鎖劑FS-1加量的增加，鹽水在毛細管的上升高度逐漸降低。當鹽水中FS-1的加量為0.5%時，使鹽水在毛細管的高度從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入儲層孔喉深部。根據(jù)上述毛細管公式（式1）以及表面張力的測試數(shù)據(jù)，計算出的接觸角與通過接觸角測試儀測試出的巖心接觸角結果一致。

3、機理探討

巖心孔喉的潤濕性為親水性，且鹽水的表面張力較大（大于65 mN/m），鹽水在孔喉中的毛細管力較大，驅(qū)使鹽水進入巖心孔喉深部，造成水鎖效應；研制的防水鎖劑FS-1分子具有疏水氟碳長鏈和多個親水吸附基團（羧基鹽、酰胺基和羥基），由于氟原子的電負性以及較高的電離能和氧化勢，其結構穩(wěn)定，且氟碳長鏈的疏水作用遠比碳氫鏈強烈，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，對于普通碳氫型表面活性劑，氟碳表面活性劑具有更強的脫離水溶液傾向，由于分子中含有多個親水吸附基團，使其能穩(wěn)定地吸附在巖心孔喉表面，使巖心潤濕性由親水性反轉(zhuǎn)為中性濕，從而降低毛細管力，有效避免水鎖傷害。

4、結論

基于酰胺化反應和季銨化反應，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，可降低外來流體在巖心孔喉中所受的毛細管力。