摘要：低渗透油气藏具有岩石致密、物性差和孔喉细小的特点，外来流体在毛细管力作用下进入储层孔喉中，造成水锁损害，严重影响低渗透储层油气藏的产量。针对这一问题，以全氟辛酸、单乙醇胺和氯乙酸钠为原料制备高性能氟碳防水锁剂(FS-1)，通过红外光谱对其结构进行了表征，并研究了该氟碳防锁水剂对盐水溶液在岩心孔喉中水锁性能的影响。

结果表明，该防锁水剂显著降低盐水溶液的表面张力(小于15 mN/m)，且使蒸馏水在砂岩表面的接触角增大至85.3°，表明防水锁剂FS-1可将岩心表面润湿性由亲水性反转为中性湿，有降低了水相对岩心的水锁损害。另外，防锁水剂FS-1含有多个吸附、抗盐基团，提高分子在岩石表面的吸附能力，且使其耐盐能力达到了7%(NaCl)。渗吸实验、渗透率测试实验和核磁共振实验发现该防水锁剂减缓岩心的自吸作用，降低了岩心孔喉对盐水的束缚能力和岩心的水锁损害，提高了岩心渗透率恢复率。

我国低渗透储层油气含量大，主要分别在我国东部、西部和中部的各大盆地，以海相气为主，陆相油气皆有。这类油气藏具有储量丰度低、地层压力低的特点，还具有岩石致密、物性差和孔喉细小的特点，易造成油气流动阻力大。另外，低渗储层承受外来流体伤害的能力弱，由于低渗透油气藏通常亲水，毛细管的自吸力会将外来流体吸入毛管孔隙中，进而造成水锁损害，大幅降低储层的相对渗透率，严重影响低渗透油气藏的产能。目前国内采用在入井液体中加入防水锁剂，降低入井液体的表面张力，使入井液体在储层孔喉中的返排压力显著降低，解除了近井地带的储层污染。氟碳类表面活性剂具有优异的防水锁性能、良好的化学稳定性（耐强酸、强碱和高温），与入井液体具有良好的配伍性，在极低的浓度下就能使入井液体的表面张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剂使岩心表面润湿性变为中性润湿，减轻储层水锁伤害，但该氟碳表面活性剂对岩心表面的吸附能力较弱。以生物防水锁剂、氟碳防水锁剂以及消泡剂复配形成防水锁剂，该防水锁剂有效地降低了射孔液、压井液等入井液体对储层的伤害，使大多数井的产能达到配产要求，但未给出防水锁剂分子结构，且抗盐性能较差。氟碳表面活性剂有效避免了丙烯酸酯类聚合物防水锁剂带来的聚合物堵塞孔隙问题。基于此，以全氟辛酸、单乙醇胺和氯乙酸钠为原料制备一种含有羧基盐、酰胺基和羟基的氟碳防水锁剂，表征其分子结构，并评价防水锁性能，以解决现有防水锁剂抗盐、吸附能力不足的问题。

1、实验部分

主要材料与仪器

1）主要材料。全氟辛酸、单乙醇胺、氯乙酸钠、NaOH、乙醚、无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；NaCl，工业级，天津市通达中天化工有限公司；氟碳防水锁剂XDL，石大创新石油科技有限公司；氟碳防水锁剂STA-122，汉科新技术股份有限公司；现场砂岩（气测渗透率：0.5～2.0 mD），来自于中国石油集团西部钻探工程公司；玻璃管（半径：0.5 mm），山西龙翔高科技玻璃制品有限公司。

2）主要仪器。Nicolet iS5型傅里叶红外光谱仪；BrukerDPX-400型核磁共振光谱仪；界面/表面张力仪；SDC-100型接触角测试仪；SW-CJ-IF型气测渗透率仪、DOZ-II型岩心驱替仪。

2、表面张力测试

室温下，3%NaCl盐水溶液中分别加入不同浓度的防水锁剂FS-1，评价FS-1加量对盐水溶液表面张力的影响。

FS-1加量小于0.5%时，随着FS-1加量的增加，盐水溶液的表面张力显著下降；当FS-1加量为0.5%时，盐水溶液的表面张力小于15 mN/m。另外，随着FS-1加量进一步增加，表面张力降低幅度减小，说明加量已超过表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)。根据拉普拉斯方程可知，液相在孔喉中受到的毛细管力与其表面张力成正比，即毛细管力越大，液相在毛细管内的流动阻力就越大，0.5%FS-1使盐水溶液的表面张力小于15 mN/m，这表明FS-1能降低液相在岩心中的流动阻力。

防水锁剂对盐水溶液表面张力的影响

室温下，在不同浓度的盐水中分别加入0.5%FS-1，评价FS-1对盐水溶液表面张力的影响。

随着NaCl含量增大，盐水溶液的表面张力逐渐增大。当NaCl含量加量为7%时，盐水的表面张力仍低于20 mN/m，表明该防水锁剂具有良好的抗盐性能。

具有不同表面张力的盐水与玻璃表面的接触角以及在毛细管上升高度被评价。

随着盐水中防水锁剂FS-1加量的增加，盐水在毛细管的上升高度逐渐降低。当盐水中FS-1的加量为0.5%时，使盐水在毛细管的高度从28.1 mm下降至0.2 mm，表明研制的FS-1可有效地降低水相进入储层孔喉深部。根据上述毛细管公式（式1）以及表面张力的测试数据，计算出的接触角与通过接触角测试仪测试出的岩心接触角结果一致。

3、机理探讨

岩心孔喉的润湿性为亲水性，且盐水的表面张力较大（大于65 mN/m），盐水在孔喉中的毛细管力较大，驱使盐水进入岩心孔喉深部，造成水锁效应；研制的防水锁剂FS-1分子具有疏水氟碳长链和多个亲水吸附基团（羧基盐、酰胺基和羟基），由于氟原子的电负性以及较高的电离能和氧化势，其结构稳定，且氟碳长链的疏水作用远比碳氢链强烈，增大了盐水在孔隙表面的接触角，且在液-气界面上定向聚集排列后，显著降低液体的表面张力。另外，对于普通碳氢型表面活性剂，氟碳表面活性剂具有更强的脱离水溶液倾向，由于分子中含有多个亲水吸附基团，使其能稳定地吸附在岩心孔喉表面，使岩心润湿性由亲水性反转为中性湿，从而降低毛细管力，有效避免水锁伤害。

4、结论

基于酰胺化反应和季铵化反应，以全氟辛酸、单乙醇胺和氯乙酸钠为原料制备高性能氟碳防水锁剂FS-1，该防水锁剂使盐水溶液的表面张力显著下降，且提高了蒸馏水在砂岩岩心表面的接触角，可降低外来流体在岩心孔喉中所受的毛细管力。