表面活性劑在三次采油技術(shù)中的應(yīng)用

陳亮

[摘 要]世界能源需求日益增長(zhǎng) ，只有進(jìn)一步提高采收率才能使有限的石油資源得到充分利用。根據(jù)石油開(kāi)發(fā)過(guò)程的方式，將石油開(kāi)發(fā)分成三個(gè)階段：一次采油、二次采油和三次采油。在一次采油和二次采油后，為了進(jìn)一步提高原油采收率，需要進(jìn)行三次采油。三次采油主要有化學(xué)驅(qū)、氣驅(qū)、熱力采油驅(qū)和微生物驅(qū)。表面活性劑驅(qū)油技術(shù)是化學(xué)驅(qū)中的一種重要驅(qū)油方式，本文介紹了表面活性劑的分類(lèi)、驅(qū)油機(jī)理、技術(shù)要求、注入?yún)?shù)和在三次采油中的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)表面活性劑在油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用提出了幾點(diǎn)建議。

[關(guān)鍵詞]表面活性劑；三次采油；驅(qū)油機(jī)理；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TE39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）21-0015-01

一、三次采油方法分類(lèi)

目前根據(jù)不同油層開(kāi)采的特點(diǎn)，世界上已經(jīng)形成了三次采油的四大技術(shù)系列，分別是化學(xué)驅(qū)油法，氣驅(qū)油法、熱力驅(qū)油法和微生物驅(qū)油法。

1、化學(xué)驅(qū)：（1）表面活性劑驅(qū)：以表面活性劑為主劑的化學(xué)驅(qū)油技術(shù)。適應(yīng)于均質(zhì)地層，低滲油層；（2）復(fù)合驅(qū)油法：各種驅(qū)油法組合的新型采油技術(shù)，有二元復(fù)合驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)，適應(yīng)于非均質(zhì)地層；（3）堿驅(qū)：堿驅(qū)油是使用堿劑的水溶液作驅(qū)油劑從而改變油水界面張力來(lái)達(dá)到驅(qū)油的目的，提高原油采收率（4）聚合物驅(qū)：指將水溶性高分子量的聚合物加入到注入水中，增加水相的粘度和降低水相的滲透率，從而改善流度比，提高波及效率，達(dá)到提高原采收率的方法。

2、氣驅(qū)（混相驅(qū)或非混相驅(qū)）：氣驅(qū)是指向油層中注入氣體，通過(guò)氣體與油層流體產(chǎn)生混相或非混相來(lái)提高采收率。驅(qū)油機(jī)理是通過(guò)降低界面張力；減少驅(qū)油阻力；降低原油粘度；使原油體積膨脹；壓力下降造成溶解氣驅(qū)；改善原油與水的流度比；酸化解堵作用，提高注入能力；萃取和激化原油中的輕質(zhì)烴；混相效應(yīng)。

3、熱力采油驅(qū)：是指向油層中注入熱載體，一般是通過(guò)加熱油藏內(nèi)的原油來(lái)升高溫度、降低原油的粘度來(lái)減小油藏的流動(dòng)阻力。熱力驅(qū)油法不僅降低流動(dòng)阻力而且也提供驅(qū)油動(dòng)力從而達(dá)到提高原油采收率EOR方法。

4、微生物法：是指向油層中注入微生物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以此來(lái)激活油層中的微生物，通過(guò)微生物和原油的生化作用從而來(lái)提高采收率。

二、表面活性劑的性能

1、表面活性劑的分類(lèi)

通常按表面活性劑在水溶液中能否解離及解離后所帶電荷類(lèi)型分為非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑和兩性離子表面活性劑；

（1）非離子表面活性劑

由于在水溶液中不產(chǎn)生離子，所以其穩(wěn)定性高，不易受強(qiáng)電解質(zhì)存在的影響，耐酸堿，耐高溫，耐氧化劑不易生物降解，與其它類(lèi)型的表面活性劑相容性較好，可以進(jìn)行復(fù)配使用；在水及有機(jī)溶劑中都有比較好的溶解性能；在一般固體的表面不容易發(fā)生強(qiáng)烈的吸附。例如冠醚型非離子表面活性劑其主要表現(xiàn)在臨界膠束嘗試較小，濁點(diǎn)明顯下降，潤(rùn)濕與起泡能力增大等。

（2）陰離子表面活性劑

陰離子型表面活性劑，即凡是溶于水時(shí)，能電離生成陰離子的離子型表面活性劑，稱(chēng)為陰離子型表面活性劑。陰離子表面活性劑具有原料易得、加工簡(jiǎn)單、成本較低、性能優(yōu)良的特點(diǎn)，因此在合成表面活性劑生產(chǎn)中占有相當(dāng)大的比重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界表面活性劑總產(chǎn)量的40%屬于這一類(lèi)。如羧酸鹽（肥皂，松香等）、磺酸鹽（烷基苯磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽、烷磺酸鹽、石油磺酸鹽、木質(zhì)素磺酸鹽等）、烷基硫酸鹽（硫酸酯鹽）、烷基磷酸鹽（磷酸酯鹽）

（3）陽(yáng)離子表面活性劑

陽(yáng)離子表面活性劑由于其獨(dú)特的性能在原油開(kāi)采中發(fā)揮了重要作用。油田殺菌劑、油井堵水劑：采收原油，遇到油水同層時(shí)，應(yīng)使用選擇性封堵劑堵水，遇到油水不同層時(shí)，使用非選擇性封堵劑堵水，陽(yáng)離子表面活性劑水溶液是一種常用的選擇性封堵劑，當(dāng)它進(jìn)入水層時(shí)，陽(yáng)離子表面活性劑吸附在被水沖刷出來(lái)的砂巖表面，使出水層位由親水轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油，增加了水的流動(dòng)阻力。起到堵水作用。常用的陽(yáng)離子表面活性劑有十六烷基胺乙酸鹽、十六烷基二甲基胺乙酸鹽、十六烷基氯化吡啶、十六烷基二甲基苯基氯化銨、十八烷基胺乙酸鹽、雙（十八烷基）二甲基氯化銨、十八烷基氯化吡啶、十八烷基二乙烯基三胺二乙酸鹽等。用陽(yáng)離子表面活性劑乳化石蠟做堵水也能達(dá)到選擇性堵水目的。在采油工業(yè)中，氧化胺與雙氧水一同作為油田注水添加劑，可以增加采收率。

2、表面活性劑產(chǎn)品的技術(shù)要求

（1）具有良好的溶解性和抗高溫、抗高鹽以及抗水硬度的能力；

（2）降低油水界面張力，使得界面張力在較低濃度下達(dá)到超低界面張力，而且濃度范圍較寬驅(qū)油能力強(qiáng)。在注水開(kāi)發(fā)后期，油水界面張力通常為20～30mN/m，選擇表面活性劑可使界面張力降至10-3～10-2mN/m數(shù)量級(jí)；

（3）巖石表面上的被吸附量相對(duì)較小，一般要小于1mg/g；

（4）在地層介質(zhì)中應(yīng)有較大的擴(kuò)散速度；

（5）其性能受粘土礦物組分、含量和溫度影響較小；

（6）具有比較高的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值，而且投入產(chǎn)出比具備相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。目前我們化學(xué)驅(qū)中所使用的表面活性劑種類(lèi)以陰離子型最多，其次為非離子型和兩性離子型，應(yīng)用最少的是陽(yáng)離子型。

3、注入?yún)?shù)

注入濃度達(dá)到0.2～0.5%，注入量0.3～0.5PV

三、三次采油中表面活性劑的選用

一般認(rèn)為，能使原油采收率大幅提高的表面活性劑至少應(yīng)具備以下條件[3，4]：

①能使原油與水的界面張力降至較低的程度，應(yīng)低于0.01mN/m～0.001mN/m，具有適宜的溶解度、pH值、濁點(diǎn)和相持性。

②在巖石表面上的被吸附量要小。

③在地層介質(zhì)中應(yīng)有較大的擴(kuò)散速度。

④當(dāng)在水中濃度較低時(shí)，應(yīng)有較強(qiáng)的驅(qū)油能力。

⑤應(yīng)具有能阻止其它化學(xué)試劑副反應(yīng)發(fā)生的能力，即所謂的“阻化性質(zhì)”。

⑥注水用表面活性劑應(yīng)考慮到它與地層礦物組分、地層水和注入水成分、地層溫度以及油藏的枯竭程度等相互關(guān)系。

⑦具有抗地層高溫、高鹽濃度的能力。

⑧具有可以接受的成本。

大量研究發(fā)現(xiàn)，單一表面活性劑體系通常存在一些不足，很難滿(mǎn)足以上技術(shù)指標(biāo)。韓霞等人通過(guò)在陰離子表面活性劑分子結(jié)構(gòu)中加入乙氧基（EO）鏈段，以及采用陰陽(yáng)離子加非離子型表面活性劑的三組分策略，有效解決了混合表面活性劑在水溶液中的溶解度問(wèn)題，在勝利油田多個(gè)實(shí)際油水體系中獲得了較大比例范圍和較低濃度區(qū)域的油水超低界面張力，部分體系甚至達(dá)到了10-4mN/m。由于陰陽(yáng)離子表面活性劑間強(qiáng)烈的靜電吸引作用，相關(guān)體系具有很好的抗吸附能力。經(jīng)過(guò)石英砂48h吸附后，體系仍然具有很好的超低界面張力。

3 三次采油用表面活性劑的研究方向

3.1 采油性能強(qiáng)化技術(shù)

對(duì)普通表面活性劑采油性能的強(qiáng)化措施有多種表面活性劑的復(fù)配、輔助性能較好的助表面活性劑和其他化學(xué)助劑的添加、犧牲劑的加入等。

3.2 新型多功能表面活性劑的開(kāi)發(fā)和選用單組分表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)中已不再含單一親水基團(tuán)或單一親油基團(tuán)，而是含多種親水基或親油基；且注重提高抗鹽、耐溫性能，降低成本。加強(qiáng)特種表面活性劑（如氟表面活性劑、孿生表面活性劑等）的研究。

四、小結(jié)

1、三次采油需要大量的表面活性劑。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始對(duì)表面活性劑驅(qū)油機(jī)理進(jìn)行了探討，并在國(guó)內(nèi)許多油田進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，取得了良好的應(yīng)用效果。

2、在低滲油藏中，降低油水界面張力的表面活性劑驅(qū)，可以提高微觀驅(qū)油效率，但對(duì)提高微觀驅(qū)油效率的貢獻(xiàn)比中高滲油藏低。所以，低滲油藏表面活性劑驅(qū)油原理與中高滲油藏不同，對(duì)驅(qū)油劑性能的要求不同。

3、結(jié)合不同的油藏地質(zhì)情況，研究驅(qū)油效果好的表面活性劑的合成技術(shù)、生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用技術(shù)，對(duì)于提高我國(guó)不同類(lèi)型油藏的原油采收率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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