淺談表面活性劑在特殊油藏原油開(kāi)采中的一些應(yīng)用

李菊芳(中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引言

石油在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展中有至關(guān)重要的作用，石油行業(yè)是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，能夠維持國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的穩(wěn)定性。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，全世界對(duì)石油的需求量都在不斷上升，所以提高石油的開(kāi)采效率是當(dāng)下最緊要的問(wèn)題。表面活性劑作為一種輔助性產(chǎn)品，在石油的工業(yè)生產(chǎn)中有重要作用，隨著石油行業(yè)的發(fā)展，表面活性劑的使用也越來(lái)越廣泛。所以石油開(kāi)采單位應(yīng)該充分了解表面活性劑的性質(zhì)和用法，將其合理應(yīng)用在石油的開(kāi)采工作中，能夠有效提高原油的開(kāi)采效率。

1 表面活性劑及其性能

1.1 概述

表面活性劑可以吸附在原油的表面，跟其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后會(huì)形成具有特殊作用的化學(xué)物質(zhì)，這種化學(xué)物質(zhì)具有驅(qū)油、堵水、酸化和防蠟清蠟等作用。隨著石油行業(yè)的發(fā)展，表面活性劑的使用更加廣泛，可以在不同的實(shí)際應(yīng)有中發(fā)揮其獨(dú)特的作用，而且使用效果非常明顯。表面活性劑在不同的采油階段或方式中使用時(shí)，其作用和效果都是不同的。

1.2 表面活性劑的分類

表面活性劑能否在水溶液中發(fā)生解離，解離后產(chǎn)生的帶電荷類型對(duì)表面活性劑進(jìn)行分類[1]。

(1)非離子表面活性劑。在水溶液中不會(huì)產(chǎn)生離子，所以這類表面活性劑穩(wěn)定性高，很難受到強(qiáng)電解質(zhì)的影響，同時(shí)還耐酸堿、高溫、氧化劑等，不容易發(fā)生生物降解，與其它表面活性劑有較好的相容性，在水溶液和有機(jī)溶液中溶解性能較好。這種活性劑不會(huì)強(qiáng)烈的吸附在一般固體的表面。

(2)陰離子表面活性劑。只要能夠溶于水并且能夠發(fā)生電離產(chǎn)生陰離子的表面活性劑都可以叫做陰離子型表面活性劑。這類表面活性劑原料較為常見(jiàn)，加工簡(jiǎn)單、成本低但是性能好。在合成表面活性劑生產(chǎn)中比重較大。

(3)陽(yáng)離子表面活性劑。這類活性劑在原油開(kāi)采過(guò)程中能夠發(fā)揮其獨(dú)特的性能。在原油采收時(shí)，如果遇到油水同層，可以使用選擇性封堵劑堵水；如果油水不同層，就需要使用非選擇性封堵劑。當(dāng)表面活性劑進(jìn)入到水層時(shí)，就會(huì)吸附在被水沖刷出來(lái)的砂巖表面，讓水層位由親水變成親油，增加水的流動(dòng)阻力，達(dá)到堵水的目的。

(4)兩性離子表面活性劑。這類表面活性劑同時(shí)有兩種離子性質(zhì)，本質(zhì)上就是由陽(yáng)離子和陰離子組成的表面活性劑，在疏水基一端既有陰離子又有陽(yáng)離子，將兩種結(jié)合在一起后形成兩性離子表面活性劑。

1.3 表面活性劑產(chǎn)品的技術(shù)要求

(1)必須要具備良好的溶解性、耐高溫、耐高鹽和抗水硬度的性能。

(2)能夠有效降低油水界面的張力，確保界面的張力在濃度較低的情況下能夠達(dá)到超低界面張力，而且在濃度范圍較寬時(shí)，驅(qū)油能力更強(qiáng)。通常情況下，油水界面的張力在注水開(kāi)發(fā)后期能夠達(dá)到20～30mN/m，利用表面活性劑后界面張力可以達(dá)到10-3～10-2mN/m。

(3)巖石表面上的被吸附量會(huì)小一些，通常都會(huì)低于1mg/g。(4)在地層介質(zhì)中，擴(kuò)散速度應(yīng)該較大。

(5)表面活性劑的性能不易被粘土的礦物成分、含量以及溫度等因素影響。

(6)具有很好的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值，在產(chǎn)品的投入上具有一定的優(yōu)勢(shì)。

目前，在所有的表面活性劑中，種類最多的就是陰離子，陽(yáng)離子型是最少的。

2 表面活性劑在鉆井中的應(yīng)用

在鉆井時(shí)，為了保證鉆井的效率和生產(chǎn)安全，必須使用鉆井液來(lái)輔助工作，鉆井液的使用，對(duì)鉆井工作有重要作用。為了提高鉆井液的使用性能，可以加入適當(dāng)?shù)奶砑觿┡浜鲜褂?，例如消泡劑、乳化劑、稀釋分散劑、防水劑、防腐劑、?rùn)滑劑等。這些類型的添加劑，大多都跟表面活性劑有關(guān)[2]。

2.1 消泡劑、起泡劑

這類物質(zhì)的主要作用就是清除掉鉆井液中的泡沫，給鉆井液的液柱造成一定的壓力，防止鉆井時(shí)發(fā)生井噴以及井塌事故。最常使用的消泡劑包含了甘油聚醚、脂肪醇酰胺等；起泡劑常用來(lái)配置充氣鉆井液以及泡沫泥漿，這種液體可以提高低壓油層的鉆井效率，用來(lái)鉆水敏性底層，防止地層出現(xiàn)膨脹，還能有效防止易漏地層漏失鉆井液。常用的起泡劑有烷基磺酸鹽、烯基磺酸鹽等。

2.2 乳化劑

鉆井要求不同，用到的鉆井液也會(huì)不同，例如水包油或者是油包水型乳化泥漿。乳化劑主要有乳化和潤(rùn)濕兩種作用。在石油鉆井過(guò)程中，使用的乳化劑一般都是由多種表面活性劑形成的復(fù)配物，常用乳化劑的表面活性劑主要有石油硫磺酸、磺化琥珀酸鹽、磺化油酸鈉等。

2.3 稀釋分散劑

如果鉆井液中的粘土和鉆屑達(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水中蘊(yùn)含的高架陽(yáng)離子對(duì)這種結(jié)構(gòu)有促進(jìn)作用，阻礙了鉆井液的流動(dòng)性。所以在鉆井液中加入適當(dāng)?shù)南♂尫稚┛梢源蚱七@種結(jié)構(gòu)，釋放出自由水，使鉆井液恢復(fù)流動(dòng)。通常使用稀釋分散劑的表面活性劑主要為木質(zhì)素硫酸鹽、磺甲基化物、鉀鹽等。

2.4 潤(rùn)濕劑

在鉆井液中加入適當(dāng)?shù)臐?rùn)濕劑能夠改善鉆井液的潤(rùn)滑性，達(dá)到潤(rùn)濕鉆桿、提高鉆速的目的，避免出現(xiàn)卡鉆問(wèn)題。通常作為潤(rùn)濕劑的表面活性劑種類有很多，例如十二烷基苯硫酸鈉、磺酸銨、月桂酸聚環(huán)氧乙烷酯等，還有一些石蠟原油和非離子表面活性劑形成的配合物。

3 表面活性劑在采油中的應(yīng)用

3.1 驅(qū)油劑

在石油開(kāi)采過(guò)程中，通常都會(huì)用到驅(qū)油劑，這種物質(zhì)中含有多種表面活性劑。但是在使用前一定要仔細(xì)篩選，特別是聚合物和石油磺酸鹽。聚合物本身對(duì)外界的張力影響不大，但是像聚丙烯酰胺這類物質(zhì)內(nèi)含大量的聚合物，在驅(qū)油時(shí)，有獨(dú)特的效果。根據(jù)研究也發(fā)現(xiàn)石油磺酸鹽跟我國(guó)的大慶油田非常匹配[3]。

3.2 堵水劑

這類物質(zhì)通常會(huì)用在控制油井水中，堵水劑的使用能夠提高原油的采收率，封堵油層中的大孔道和一些裂縫，使油水隔離開(kāi)來(lái)，能夠控制采油過(guò)程中液態(tài)水的滲透率。常用到的表面活性劑主要有三種，乳狀液型、泡沫型和沉淀型。乳狀型堵水劑主要由石油磺酸鹽乳化劑、油和水組成，用來(lái)封堵高滲透層以及裂縫，防止?jié)B水；泡沫型堵水劑主要由起泡劑、氣和水組成，通過(guò)變形產(chǎn)生附加壓力，防止流體通過(guò)，封堵高滲水層和裂縫；沉淀型堵水劑主要由羧基表面活性劑跟地層水中的鈣鎂離子發(fā)生反應(yīng)后，形成沉淀，能夠有效封堵裂縫。

3.3 酸化用添加劑

很多石油生產(chǎn)企業(yè)為了提高酸化的效果，一般都會(huì)將表面活性劑當(dāng)做酸化緩沖劑來(lái)使用，跟酸液配合在一起使用，能夠讓酸液很容易被地層吸附。那些被吸附的酸液與原油混合后，其中含有的表面活性劑會(huì)跟原油中的一些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而有效提高酸液的酸化效果，提高開(kāi)采原油的質(zhì)量，確保能更好的投入到后面的使用中。所以很多石油生產(chǎn)企業(yè)都會(huì)使用一些酸化的緩沖劑來(lái)提高酸化效果，確保生產(chǎn)出來(lái)的油品能夠滿足后續(xù)的使用標(biāo)準(zhǔn)。還有一些可以將酸液乳化后形成油包酸乳狀液的表面活性劑，例如十二烷基磺酸等，這些物質(zhì)都可以被酸化緩沖劑當(dāng)做酸化緩沖劑，而且表面活性劑還可以作為酸化液防乳化劑和酸助排擠等。

在現(xiàn)代石油生產(chǎn)工藝中，通常會(huì)用到非離子型表面活性劑，主要是為了改變油井近井區(qū)域的親油性，讓表面活性劑分散在酸液中后，再加入潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑，注入到油井中。不僅可以將近井區(qū)域的親油性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，還能提高酸化的效果。潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑在使用了表面活性劑以后酸化效果明顯提升，地層表面的物質(zhì)跟潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑發(fā)生反應(yīng)后，會(huì)產(chǎn)生地吸附層，從而引發(fā)化學(xué)反應(yīng)[4]。

3.4 稠油使用的表面活性劑

石油生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)石油時(shí)，常常開(kāi)采出的石油粘稠度很高，這種稠油是不能直接在后續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)中使用的，所以要想達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)就必須降低稠油的黏度。石油生產(chǎn)企業(yè)為了確保生產(chǎn)和開(kāi)采出來(lái)的油品能夠在工業(yè)生產(chǎn)中使用，都會(huì)使用表面活性劑來(lái)降低稠油的黏度，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)使用到多種表面活性劑。當(dāng)表面活性劑跟稠油互相混合后，會(huì)能讓稠油輕易被提取到水面，從而能夠投入到后續(xù)的使用中。降低稠油的黏度，需要用到的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，材料也比較普遍，可以在石油開(kāi)采中廣泛使用。企業(yè)在開(kāi)采石油時(shí)，用這樣的方法可以提高人工的安全保障，還能降低使用成本，給企業(yè)增加收益。

3.5 蠟原油使用表面活性劑

在長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)和石油開(kāi)采工作中，石油企業(yè)為了防蠟，通常會(huì)用到油溶性表面活性劑以及水溶性表面活性劑，做了防蠟處理后，才有避免含蠟較高的原油被采出，并投入到工業(yè)生產(chǎn)中。除了原油的防蠟，清蠟過(guò)程中也會(huì)用到表面活性劑，石油公司生產(chǎn)出來(lái)的石油，石油的清潔性跟表面活性劑的使用相關(guān)聯(lián)。一般原油開(kāi)采出來(lái)后，含有的蠟清理起來(lái)是非常困難的，而且這項(xiàng)工藝一直也是石油開(kāi)采的重點(diǎn)和難點(diǎn)項(xiàng)目。充分利用表面活性劑能夠很好的解決這項(xiàng)清潔難題，它能夠讓原油中的油基和水基結(jié)合，從而將蠟分離。在現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展下，已經(jīng)可以將防蠟和清蠟兩項(xiàng)工作結(jié)合在一起來(lái)完成相應(yīng)的操作，主要是利用表面活性劑將油基和水基結(jié)合起來(lái)，形成混合型清蠟劑，這種物質(zhì)在非離子型表面活性劑的作用下，具有濁點(diǎn)的特性，讓原油在結(jié)蠟前破乳，然后分離成兩種清蠟劑，達(dá)到防蠟清蠟的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

石油作為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，一直是國(guó)家重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目。石油作為不可再生資源，在開(kāi)采的過(guò)程中，一定要提高使用的開(kāi)采效率和使用價(jià)值，節(jié)約資源，促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?，F(xiàn)在很對(duì)石油生產(chǎn)企業(yè)在開(kāi)采和生產(chǎn)石油時(shí)，都會(huì)用到表面活性劑，這樣不僅能夠讓原油滿的開(kāi)采和生產(chǎn)滿足現(xiàn)代工業(yè)的使用要求，還能降低企業(yè)的投入成本，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前表面活性劑的開(kāi)發(fā)和研究工作得到了更多人的認(rèn)可和支持，隨著國(guó)家科技水平的提升，對(duì)新產(chǎn)品的研究也會(huì)更有益，表面活性劑也能更加廣泛的應(yīng)用在石油開(kāi)采工作中，促進(jìn)我國(guó)石油行業(yè)的發(fā)展。