驱油用石油磺酸盐性能稳定性的研究

2022-11-20

石油作为一种非再生能源, 提高采收率是石油工业界十分关心的问题。一次采油和二次采油能够提高采收率30-40%, 三次采油能够提升采油率45-55%。所谓三次采油, 是将碱、表面活性剂与高分子聚合物进行有机复配, 能够大幅提高驱油效率, 该技术能够提高原油采收率20%以上。

国内外应用于三次采油的表面活性剂种类繁多, 石油磺酸盐作为一种来源广泛的阴离子型表面活性剂, 具有生产工艺简单, 成本相对较低, 水溶性佳, 与原油配伍性强, 高界面活性等优点。石油磺酸盐以石油及其馏分为原料, 选择合适的磺化剂磺化后, 加碱中和精制得到, 与其他表面活性助剂相复配后, 能够提升洗油效率。但由于生产原料组成十分复杂, 所得石油磺酸盐有效成分的结构和性能差异也较大, 受原料组成和工艺条件影响较大, 目前其产品性能并不稳定。石油磺酸盐需要达到以下几项技术指标: (1) 有效降低油/水界面张力 (达10-4m N/m) ; (2) 增溶、抗盐、耐温; (3) 减少岩层吸附。

目前生产的石油磺酸盐产品的应用也存在一些问题, 主要包括两方面: (1) 易与二价、三价阴离子形成沉淀物, 降低了其驱油性能; (2) 易被粘土表面吸附, 造成极大的损耗, 增加了驱油成本。

石油磺酸盐耐盐性能差, 吸附损失大, 驱油性能不稳定这几方面缺陷限制了石油磺酸盐的推广使用, 因此, 从以下几方面入手, 开展增溶、耐温抗盐性佳的石油磺酸盐合成, 提升石油磺酸盐的性能稳定性研究:

(1) 从分子设计的角度设计石油磺酸盐活性物的化学结构

石油磺酸盐的分子结构是影响其界面化学性质的主要内在因素, 但由于石油磺酸盐合成原料成分复杂:原油、拔头原油、原油馏份和原油加工半成品油等为原料。不同地区原料油组分差异很大, 单一组分难于分离。在表面活性剂浓度一定的情况下, 相同分子量的烷基苯磺酸盐, 碳链越长, 界面张力降低, 侧链异构化后其降低表面张力能力远大于正构烷基苯磺酸盐, 且磺酸基附近没有其他干扰基团, 界面张力显著降低;侧链烷基碳链越长 (12≤碳数≤14时) , 界面张力显著降低。因此, 进行分子设计合成具有一定结构特征的石油磺酸盐分子并分离提纯, 研究烷基的碳原子数和结构及活性基团的位置对增溶、抗盐、耐温及驱油性能的影响, 能够为充分利用石蜡基原料提供理论依据。

(2) 针对不同油藏特点, 筛选合适的协同或配伍方法

针对大庆油田原油特点, 选择烯基磺酸盐型的结构-烯基磺酸盐型 (AOS) 和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐型 (AES) , 一方面, 该结构原料在大庆容易获得, 用蜡下油进行裂解可得到80%左右的α-烯烃, 原料来源充沛, 工艺简单, 价格低廉;另一方面, 该结构阴离子表面活性剂对钙镁离子不敏感, 且生成的钙镁盐又是降低界面张力性能优良的活性剂, 有利于油田三采提高采收率。

(3) 综合优化合成工艺, 研究产品的胶体界面化学性质

磺化反应放出大量热量, 应严格控制反应温度, 防止局部过热、氧化、炭化及多磺化等副反应的发生。合成所得石油磺酸盐是活性物、未磺化物与无机盐等的混合物, 后续的中和反应中包括一些较复杂的胶体化学现象, 完善中和产品中的酸和分离相应盐的工艺十分必要。于芳[1]对NPS-1型石油磺酸盐的性能研究表明, Na Cl、Na OH和Na2CO3对石油磺酸盐油水体系的界面张力在其临界胶束浓度处有显著降低, 且该浓度下, 石油磺酸盐在地层砂上的静态吸附量达到最大。

(4) 建立系统的仪器分析方法, 测定石油磺酸盐有效活性物含量

常规测定有效物含量的方法是两相滴定法, 随仪器分析技术进步, 又涌现出紫外光谱法 (UV-Vis) [2], 红外光谱法 (IR) [3], 高效液相色谱法 (HPLC) [4], 选择性电极法等方法研究, 采用高效液相色谱还能够分离单取代、双取代结构的石油磺酸盐。

(5) 石油磺酸盐的吸附性

地层中的吸附是驱油体系驱油效果降低的主要原因之一, 结构支链化有助于降低其吸附, 表面活性剂摩尔质量增加, 分子对电解质敏感程度增加, 则导致吸附量增加。通常, 向驱替液中加入牺牲剂或预冲洗以改变油藏岩石的表面润湿性, 能够有效减少磺酸盐表面活性剂的损失。

结语

随着不可再生资源的日益减少, 三次采油技术将会越来越受到重视, 而三次采油技术的发展对表面活性剂的要求将会越来越高。石油磺酸盐合成原料组成复杂, 不同地块油藏的特点差异很大, 石油磺酸盐产品性能的不稳定。表面活性剂的成本仍是制约三次采油表面活性剂驱发展的主要因素, 所以对驱油用的表面活性剂体系提出了适应性强、吸附损失少和成本低的要求。开发出高效廉价表面活性剂及优化复配体系, 是行业广大科研开发技术人员今后应承担起来的光荣使命和责任。

摘要：石油磺酸盐作为三次采油中常用的阴离子表面活性剂, 易于配成低界面张力、相态佳、增溶能力强的驱油体系, 但石油磺酸盐在地层中的吸附、滞流和与多价离子的作用, 导致了其在驱油过程中的损耗。本文讨论了影响石油磺酸盐性能稳定性的主要因素。

关键词：石油磺酸盐,稳定性,界面性质