表面活性剂在三次采油中的应用研究

引言

表面活性剂驱在国内起步于20世纪50年代, 60年代逐步在矿场开展试验, 目前我国已研制出适合于各种油藏条件的表面活性剂, 且表面活性剂驱在国内已广泛应用, 特别是在高含蜡和稠油油藏中提高采收率效果更为显著。

一、油田提高采收率对表面活性剂的要求

目前对于油田提高采收率用的表面活性剂应具备以下条件:

1. 表面活性剂溶液应使原油与水的界面张力降低至最小值, 大约10-3m M/m数量级, 具有适宜的溶解度、p H值以及浊点;

2. 在储层岩石的条件下, 在盐水中长时间保持各种性质的稳定性, 具有较好的耐温耐盐性, 能够降低岩石对原油的吸附作用;

3. 在油藏条件下, 能够在与原油接触的条件下, 具有较高的驱油效率;

4. 在使用过程中, 具有较好的经济效益。

二、表面活性剂在三次采油中的应用

表面活性剂的种类很多, 目前在三次采用中所用的表面活性剂主要是阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和两性表面活性剂, 阳离子表面活性剂应用最少。

1. 三次采油用表面活性剂的类型及特点

(1) 阴离子表面活性剂

由于油藏中岩石带负电, 为了减少吸附量, 因此在三次采油中阴离子表面活性剂应用最广。阴离子表面活性剂分子结构中的亲水基团为阴离子, 这些组成亲水基团的盐类主要由磺酸盐、羧酸盐、硫酸盐等。目前阴离子表面活性剂可用于各种表面活性剂驱油中, 其中磺酸盐型阴离子表面活性剂最多, 石油磺酸盐型表面活性剂以其成本低、界面活性高、耐温性强的特点在各个油田应用最为普遍, 但是石油磺酸盐类表面活性剂耐盐性能较差, 临界胶束浓度较高, 在驱油工程中的损耗较大。

(2) 非离子表面活性剂

非离子表面活性剂中的亲水基团为非离子性基团。与离子性基团相比, 非离子性基团的亲水性要差很多, 因此非离子表面活性剂具有较强的乳化作用, 分子机构中一般含有多个非离子性亲水基团, 形成多种含醚键、酯键、酰胺键及多种组合结构, 常用的非离子表面活性剂有脂肪醇系列聚氧乙烯醚、烷基酚系列聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物、烷基酰胺型和油酸聚氧乙烯酯等。该类表面活性剂具有较强的耐盐性能, 临界胶束浓度较低, 与阴离子表面活性剂相比, 该类表面活性剂在地层中的稳定性较差, 吸附量较多, 但是耐温性较差, 成本较高。

(3) 两性表面活性剂

两性表面活性剂是分子中既含有阴离子亲水性基团又含有阳离子性亲水基团呈现两性的特征, 最常用的是甜菜碱型两性表面活性剂。该类表面活性剂具有较好的耐温耐盐性, 对金属离子具有螯合作用, 能够降低表面活性剂复配时的色谱分离效应, 与非离子表面活性剂一样, 成本均较高。

2. 助表面活性剂和牺牲剂

在三次采油过程中, 主要的驱替液以表面活性剂为主, 此外还需添加少量的助表面活性剂和牺牲剂, 增强表面活性剂的驱油效果。

(1) 助表面活性剂

助表面活性剂在表面活性剂驱中的作用是弥补表面活性剂在驱油过程中基本性能的缺点, 增加其溶解性、抑制表面活性剂的氧化水解等。助表面活性剂主要是与主表面活性剂结构或者离子型不同的表面活性剂, 助表面活性剂的用量与主表面活性剂相比用量很少, 主要是具有极性的中等链长的如醇、酸、酚、酮等有机物, 使用最多的是醇。

(2) 牺牲剂

牺牲剂的主要作用是减少表面活性剂在三次采油过程中对岩石的吸附, 牺牲剂由于成本比较低, 在正式进行表面活性剂驱油之间首先注入一个牺牲剂段塞, 使之吸附在岩层表面, 减少后续驱油过程中表面活性剂的消耗, 主要的牺牲剂有木质素及其改性产品等。

三、三次采油用表面活性剂的研究趋势

1. 现有表面活性剂驱油功能的强化

目前已有各种不同类型的表面活性剂, 随着三次采油的逐步深入, 原油成分发生了变化, 表面活性剂的驱油效率有所变化, 或者不同类型的原油的出现, 现有的表面活性剂不能发挥有效作用。因此需要对现有的表面活性剂的驱油性能进行强化, 如阴离子-非离子表面活性剂的复配、助表面活性剂和牺牲剂的优选。

表面活性剂复配能够通过协同作用降低体系的界面张力, 在达到相同驱油效果的情况下, 能够减少表面活性剂的总用量, 能够控制现场的成本。同时, 各种表面活性剂的优点能够得到互补, 如耐温耐盐能力、抗吸附能力的优势互补, 使得混合体系能够充分发挥各自的优点, 取长补短, 最常用的是阴离子和非离子复配, 此外还有阴离子与阴离子之间复配、两性离子型与氟表面活性剂之间复配等。

助表面活性剂和牺牲剂的选择应根据主表面活性剂的类型、油藏流体、采油工艺等综合考虑, 优选出合理的助表面活性剂, 增强驱油液的性能, 提高驱油效率;牺牲剂的加入能大幅度降低驱替液中主表面活性剂的使用成本。

2. 新型多功能表面活性剂的开发和应用

现在的单组分表面活性剂的分子结构通过引入各种功能基团, 使其分子结构中包含多种亲水基团或亲油基团的复杂分子结构。 (1) 在表面活性剂的分子结构中引入非离子聚氧烷基可提高表面活性剂的抗盐能力; (2) 在表面活性剂的分子结构中引入非离子聚氧乙基或聚氧丙基等, 并辅助合适的助表面活性剂可明显提高驱油效果; (3) 氟表面活性剂以其“高表面活性、高热稳定性、高化学惰性”和“憎水、增油”等特性在三次采油中日益得到重视; (4) 生物表面活性剂作为一种具有很大潜力的表面活性剂, 以其成本低、原料来源广、生产工艺简单在国内外得到了应用。

结论

综上所述, 表面活性剂作为一种高效的驱油体系在国内大多数油田得到了广泛应用, 但在此基础上, 应根据油藏条件, 深入开展抗盐、抗温、高驱油性能等表面活性剂的合成和研发, 探索出一些列廉价、高驱油效率的表面活性剂复配体系, 优化出适合各油藏条件的表面活性剂驱油工艺参数, 使油田的开发水平达到更高的水平, 缓解国家对原油的需求。

摘要：表面活性剂剂驱作为一种重要的三次采油方式, 在国内应用广泛。本文在介绍油田提高采收率对表面活性剂的要求的基础上, 总结了国内表面活性剂在三次采油中的应用, 最后指出了三次采油用表面活性剂的研究趋势。

关键词：表面活性剂,三次采油,研究趋势,耐温耐盐