2.2防水鎖劑DAH防水鎖性能

2.2.1表麵張力

配製不同濃度的防水鎖劑DAH溶液，在室溫下，使用OCA-25型光學接觸角測定儀、粉色视频黄色网站進行懸滴法測定表麵張力實驗，並與常用的防水鎖劑進行對比，結果見圖3。由圖3可知，蒸餾水的表麵張力為72.35 mN/m，隨著DAH濃度增大，水相表麵張力逐漸降低，當DAH濃度達到1%時，表麵張力為21.28 mN/m，而1%DAT溶液、1%SDBS溶液和1%OP-10溶液的表麵張力分別為29.53、31.23和35.34 mN/m；相比未複配的陽離子有機矽表麵活性劑DAT，DAH降低表麵張力的能力更優異，這說明與非離子有機矽表麵活性劑複配有助於提高其表麵活性；與常用防水鎖劑相比，DAH液也表現出更好的表麵活性。根據Young-Laplace方程，毛細管力與水相表麵張力成正比，DAH可通過大幅降低表麵張力，減小細小孔喉的毛細管力，緩解水鎖損害。

圖3 DAH與常用防水鎖劑對蒸餾水表麵張力的影響

2.2.2岩心接觸角

將岩心切片，使用800號金相砂紙將岩心片充分打磨，在室溫下將岩心片放入不同濃度的防水鎖劑DAH溶液，浸泡10 h，取出後在室溫下晾幹，使用OCA-25型光學接觸角測定儀測定蒸餾水在岩心片表麵的接觸角，結果見圖4。

圖4 DAH處理後砂岩表麵的水相接觸角

由圖4可知，未處理岩心的潤濕性為水潤濕性，蒸餾水在其表麵鋪展，水相接觸角為20°，隨著DAH濃度的增大，處理後的砂岩表麵接觸角逐漸增大，當DAH濃度為1%時，砂岩表麵接觸角達110°，砂岩表麵由親水轉變為疏水。上述實驗結果表明，DAH可以大幅降低水相在岩心表麵的黏滯力，降低毛細管力作用，提高水相返排效率，避免水鎖損害的發生。

2.2.3岩心自吸實驗

配製模擬地層水，加入一定量的防水鎖劑DAH，攪拌均勻得防水鎖劑溶液。選用四塊5 cm的岩心，使用聚四氟乙烯膠帶將岩心側麵密封，在室溫下，將岩心懸吊於精密天平下方，隨後將裝有溶液的燒杯放置於岩心正下方的升降台上，調節升降台使液麵剛好接觸岩心下端麵，此時將天平清零，記錄天平讀數隨時間變化。圖5為防水鎖劑對岩心自吸水的影響曲線。圖6為岩心自吸率隨時間變化曲線。

圖5岩心自吸水量與時間的關係曲線

圖6岩心自吸速率隨時間的變化曲線

由圖5可以看出，水相會在毛細管力的作用下自吸入岩心，初始階段岩心的自吸水量較大，經過200 min後達到平衡，自吸水量不再增加；加入DAH後，岩心自吸水量下降83.1%，且相較於常用防水鎖劑OP-10、SDBS效果更佳。圖6同樣表明，加入DAH後，岩心自吸水速率大幅降低，整個自吸過程中速率緩慢。上述實驗表明，DAH可以減少因毛細管力被吸入地層的水相，從而降低水鎖損害發生的風險。

2.2.4岩心驅替實驗

將一塊岩心截為兩塊，測量兩塊岩心幹態下氣測滲透率Kg1，之後將兩塊岩心分別飽和模擬地層水和DAH溶液，使用氮氣在相同壓力下將兩塊岩心驅替至平衡，測量岩心氣測滲透率Kg2及殘餘水飽和度，計算氣驅後滲透率與幹態下滲透率比值，即為岩心滲透率恢複率。如表2所示，使用模擬地層水飽和岩心後，滲透率恢複率僅有22.88%，水鎖損害嚴重，而使用1%DAH溶液飽和岩心後，滲透率恢複率高達82.68%，水鎖損害程度大幅降低，殘餘水飽和度更低，液相返排也更容易。

表2岩心流動實驗結果

2.3防水鎖劑DAH作用機理分析

2.3.1通過靜電作用吸附在岩石表麵

使用Zeta sizer Nano電位儀測定不同濃度DAH溶液的Zeta電位，結果如圖7所示。

圖7不同濃度DAH溶液的Zeta電位

由圖7可知，隨著DAH濃度的增加，水溶液的Zeta電位逐漸增加，1%時，Zeta電位達51.5 mV，這是因為防水鎖劑中的DAT分子具有季銨鹽結構，帶有正電荷。砂岩表麵通常呈負電性，DAT分子可通過靜電作用吸附在砂岩表麵。

使用X射線能譜儀測定防水鎖劑DAH處理前後砂岩表麵元素含量，結果如圖8、表3所示。

圖8 DAH處理前後岩心表麵EDS能譜分析

表3 DAH處理前後岩心表麵元素含量分析

由圖8、表3可知，經DAH處理後，砂岩岩心表麵，Si、C、N元素含量增加，O和其他微量元素含量減少，元素含量變化表明防水鎖劑中的DAT分子已經在岩心表麵成功吸附，這也印證了前文中DAT通過靜電作用吸附於岩心表麵的觀點。

2.3.2構築致密吸附膜

將打磨好的未處理岩心和防水鎖劑DAH處理後的岩心采用掃描電鏡進行測試，結果如圖9所示。由圖9（a）可知，未處理的岩心表麵較為粗糙，存在較多大顆粒與微孔隙，在親水礦物和毛細管力的綜合作用下，岩心表麵呈親水性。如圖9（b）所示，DAH處理後的岩心表麵更為光滑，微孔隙數目減少，這是因為防水鎖劑中的DAT分子通過靜電作用在岩心表麵吸附形成薄膜。DAT分子兩端的季銨結構可以通過靜電作用吸附在砂岩表麵，中間的聚矽氧烷鏈段具有良好的柔韌性和旋轉靈活性，使得DAT分子可以在岩心表麵密集覆蓋。同時聚矽氧烷鏈段的柔韌性也使其兩側的甲基可以高密度堆積，這種堆積使得岩心表麵獲得較強的疏水性，從而降低了液相返排阻力，減輕了水鎖損害。

圖9 DAH處理前後岩心表麵形貌

3.結論

1.以雙端含氫矽油（DHSO）、烯丙基縮水甘油醚（AGE）、三甲胺鹽酸鹽（TMHC）等為原料，通過矽氫加成和環氧基開環反應合成了一種陽離子有機矽表麵活性劑DAT。紅外光譜和核磁共振氫譜測試表明，DAT的分子結構符合預期設計。配合助劑構建了有機矽防水鎖劑DAH。

2.有機矽防水鎖劑DAH可降低水相表麵張力至21.28 mN/m，增大岩心接觸角至110°，大幅降低岩心自吸水量，提高滲透率恢複率至82.68%，預防和解除了低滲透氣藏的水鎖損害。

3.Zeta電位、岩心元素分析、岩心表麵形貌分析等實驗表明，有機矽防水鎖劑中的DAT通過靜電吸附在岩心表麵構築了低表麵能的吸附膜，從而將岩心由親水轉變為疏水，減少了水相侵入，提高了液相返排效率，降低了水鎖損害。