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表面活性劑在石油開采中的應用

2019/12/7 11:01:42點擊:

開采稠油用表面活性劑

由于稠油粘度大、流動性差,給開采帶來許多困難。為開采這些稠油,有時需將表面活性劑的水溶液注入井下,使高粘度的稠油轉變為低粘度的水包油型乳狀液,抽提到地面。這種稠油乳化降粘法用到的表面活性劑有烷基磺酸鈉、聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚、聚氧乙烯聚氧丙烯多烯多胺、聚氧乙烯烷基醇醚硫酸酯鈉鹽等。采出的這種水包油型乳狀液,需要將水分離出去,也要使用一些工業表面活性劑作為破乳劑進行脫水。這些破乳劑是油包水型乳化劑。常用的有陽離子表面活性劑或環烷酸、瀝青質酸及它們的多價金屬鹽。
特殊的稠油,不能采用常規的抽油機開采法,需要注蒸汽進行熱采。提高熱采效果,需要使用表面活性劑。向注汽井注入泡沫,即注入耐高溫的起泡劑及不凝氣體是常用的調制方法之一。
常用的起泡劑是烷基苯磺酸鹽、α—烯烴磺酸鹽、石油磺酸鹽、磺烴基化的聚氧乙烯烷基醇醚和磺烴基化的聚氧乙烯烷基苯酚醚等。由于含氟表面活性劑,表面活性高,對酸、堿、氧、熱及油穩定,故含氟表面活性劑是理想的高溫起泡劑。為了使分散的油易于通過地層的孔喉結構,或使地層表面的油易被驅出,需要使用稱之為薄膜擴散劑的表面活性劑,常用的是氧烷基化酚醛樹脂高分子表面活性劑。


開采含蠟原油用表面活性劑

開采含蠟原油,需要經常進行防蠟和清蠟。表面活性劑作為防蠟劑和清蠟劑。防蠟用的有油溶表面活性劑和水溶性表面活性劑。前者通過改變蠟晶表面的性質而起防蠟作用。常用的油溶性表面活性劑是石油磺酸鹽和胺型表面活性劑。水溶性表面活性劑是通過改變結蠟表面(如油管、抽油桿及設備表面)的性質而起防蠟作用。可用的表面活性劑有烷基磺酸鈉、季銨鹽、烷烴聚氧乙烯醚、芳烴聚氧乙烯醚及其它們的磺酸鈉鹽等。清蠟用的表面活性劑也分兩個方面,油溶性用于油基清蠟劑,水溶性的磺酸鹽型、季銨鹽型、聚醚型、吐溫型、OP型表面活性劑、硫酸酯鹽化或磺烴基化的平平加型與OP型表面活性劑等用于水基清蠟劑。近年來,國內外將清防蠟有機地結合起來,還將油基清蠟劑和水基清蠟劑有機地結合起來,生產出混合型清蠟劑。這種清蠟劑以芳香烴和混合芳香烴作油相,以具有清蠟作用的乳化劑作水相。當選擇的這種乳化劑為具有適當濁點的非離子型表面活性劑時,就可使它在油井結蠟段以下溫度達到或超過它的濁點,從而使這種混合型清蠟劑在進入結蠟段前破乳,分出兩種清蠟劑,同時起清蠟作用。


穩定粘土用表面活性劑

穩定粘土分防止粘土礦物膨脹和防止粘土礦物微粒運移兩個方面。防止粘土膨脹可用,如胺鹽型、季銨鹽型、吡啶鹽型、咪唑啉鹽等陽離子表面活性劑。防止粘土礦物顆粒運移可用的有含氟的非離子陽離子表面活性劑。

酸化措施用表面活性劑

為了提高酸化效果,一般在酸液中需加入多種添加劑。凡能同酸液配伍并易被地層吸附的表面活性劑,均可作為酸化緩速劑。如陽離子表面活性劑中的脂肪胺鹽酸鹽、季銨鹽、吡啶鹽和兩性表面活性劑中的磺酸鹽化、羧甲基化、磷酸酯鹽化或硫酸酯鹽化的聚氧乙烯烷基苯酚醚等。有些表面活性劑如十二烷基磺酸和它的烷基胺鹽,可將酸液乳化在油中,產生油包酸乳狀液,以此乳狀液作為酸化工業液,亦起緩速作用。

有些表面活性劑可作為酸化液防乳化劑,具有分支結構的表面活性劑如聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯五乙烯六胺均可作為酸化防乳化劑。

有些表面活性劑可作為乏酸助排劑,可作為助排劑的表面活性劑有胺鹽型、季銨鹽型、吡啶鹽型、非離子型、兩性及含氟表面活性劑等。

有些表面活性劑可作為酸化防淤渣劑,如油溶性表面活性劑,如烷基酚、脂肪酸、烷基苯磺酸、季銨鹽等。因它們酸溶性不好,可用非離子型表面活性劑將它們分散在酸液中。

為了提高酸化效果,需要在酸液中加入潤濕反轉劑,將近井地帶的潤濕性由親油反轉為親水。聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇醚與磷酸酯鹽化的聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇醚的混合物等,被地層吸附為第吸附層,而起到潤濕反轉作用。

另外,還有一些表面活性劑,如脂肪胺鹽酸鹽、季銨鹽或非離子—陰離子表面活性劑作為起泡劑,制成泡沫酸工作液,達到緩速緩蝕深部酸化之目的,或以此制成泡沫作為酸化的前置液,將它們注入地層后,再注酸液。泡沫中的氣泡產生的Jamin效應,可對酸液起轉向作用,迫使酸液主要溶蝕低滲透層,提高了酸化效果。

壓裂措施用表面活性劑

壓裂措施常施用于低滲透油田,就是用壓力將地層壓開,形成裂縫,并用支撐劑將裂縫支撐起來,減少流體流動阻力,達到增產增注目的。有些壓裂液是用表面活性劑作為成分之一來配制的。

水包油壓裂液是由水、油和乳化劑配制的。使用的乳化劑有離子型、非離子型和兩性表面活性劑。若用稠化水作外相,以油作內相,可配得稠化水包油壓裂液(聚合物乳狀液)。這種壓裂液能使用160以下的溫度下,并能自動破乳排液。
泡沫壓裂液是以水為分散介質、以氣為分散相的壓裂液,其主要成分是水、氣和起泡劑。烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、烷基硫酸酯鹽、季銨鹽和OP型表面活性劑均可作為起泡劑。起泡劑在水中的濃度一般是0.5—2%,氣相體積與泡沫體積的比值在0.5—0.9范圍。
油基壓裂液是以油作溶劑或分散介質配成的壓裂液。現場應用最多的油是原油或其重餾分,為了改進其粘溫性能,需要加入油溶石油磺酸鹽(分子量300—750)。油基壓裂液也包括油包水壓裂液和油泡沫壓裂液。前者用的乳化劑是油溶性的陰離子型表面活性劑、陽離子表面活性劑和非離子表面活性劑,后者用的穩泡劑是含氟的高分子表面活性劑。
水敏地層壓裂液,是用醇(如乙二醇)與油(如煤油)混合物作為分散介質,用液體二氧化碳作為分散相,用硫酸酯鹽化的聚氧乙烯烷基醇醚作乳化劑或起泡劑配成的乳狀液或泡沫,壓裂水敏地層。
壓裂酸化用壓裂液,既是壓裂液又是酸化液,用于碳酸鹽地層,兩種措施同時進行。與表面活性劑有關的是酸泡沫和酸乳狀液,前者用烷基磺酸鹽或烷基苯磺酸鹽作起泡劑,后者是用磺酸鹽型表面活性劑為乳化劑。
壓裂液也同酸化液一樣使用表面活性劑作為防乳化劑、助排劑和潤濕反轉劑,在此不再多敘。


調剖、堵水措施用表面活性劑

為了提高注水開發效果抑制原油含水上升速度,需要在注水井上調整吸水剖面及在生產井上進行堵水的增產措施。其中的一些調剖堵水方法,經常用到一些表面活性劑。

HPC/SDS凍膠調剖劑,由羥丙基纖維素(HPC)與十二烷基硫酸酯鈉鹽(SDS)在淡水中配成。
烷基磺酸鈉和烷基三甲基氯化銨,分別溶于水中,配成兩種工作液,先后注入地層,在地層中兩種工作液相迂,產生烷基三甲基胺的烷基亞硫酸酯沉淀,封堵高滲透層。
聚氧乙烯烷基苯酚醚,烷基芳基磺酸鹽等可作為起泡劑,溶于水中配制一種工作液,然后與液體二氧化碳工作液交替注入地層中,就在地層中(主要是高滲透層)形成泡沫,產生堵塞,起到調剖作用。
以季銨鹽型表面活性劑作為起泡劑溶于硫酸銨同水玻璃配成的硅酸溶膠中注入地層,然后注不冷凝氣體(天然氣或氯氣),則可在地層中先產生以液體為分散介層的泡沫,隨后硅酸溶膠膠凝,就產生了以固體為分散介質的泡沫,起到堵塞高滲透層及調剖作用。
以磺酸鹽型表面活性劑為起泡劑,以高分子化合物作為稠化穩泡劑,再注氣體或產生氣體的物質,在地面或地層生成水基泡沫,這種泡沫在油層,表面活性劑大量移至油水界面,引起泡沫破壞,故不堵油層,是一種選擇性和油井堵水劑。
油基水泥堵水劑是水泥在油中的懸浮體,水泥表面親水,當它進入出水層時,水置換水泥表面的油井與水泥作用,使水泥固化封堵出水層。為改善這種堵劑的流動性,通常加入羧酸鹽型及磺酸鹽型表面活性劑。
水基膠束液溶堵水劑,是由石油磺酸銨、烴類及醇類等為主要成分的一種膠束溶液,在地層中迂高含鹽水,可變粘稠,達到堵水作用。
水基或油基陽離子表面活性劑溶液堵水劑,是以烷基羧酸鹽和烷基氯化銨鹽活性劑為主要成分,只適用于砂巖地層。
活性稠油堵水劑,它是一種溶有油包水型乳化劑的稠油,在地層迂水后產生高粘的油包水乳狀液,達到堵水目的。
水包油堵水劑,是以陽離子型表面活性劑作為水包油型乳化劑,將稠油乳化在水中配成。


防砂措施用表面活性劑

防砂作業前,需要注一定量的由表面活性劑配制的活性水作為前置液,對地層進行予清洗,以提高防砂效果。目前常用活性劑,多數是陰離子表面活性劑。

原油脫水用表面活性劑

在一、二次采油階段,采出的原油多用油包水型破乳劑。已發展了三代產品,第一代是羧酸鹽,硫酸鹽和磺酸鹽。第二代是低分子非離子表面活性劑如OP、平平加和磺化蓖麻油等。第三代為高分子非離子表面活性劑。

在二次采油后期和三次采油階段,采出原油多以水包油型乳狀液形式存在。所用破乳劑有四類,如十四烷基三甲基氧基氯化銨、二癸基二甲基氯化銨,它們可與陰離子類型的乳化劑反應,改變其親水油平衡值,或吸附在水濕性粘土顆粒表面,改變其潤濕性,破壞水包油型乳狀液。另外一些可作為油包水型乳化劑的陰離子表面活性劑以及油溶性的非離子表面活性劑,也可用作為水包油型乳狀液破乳劑。

水處理用表面活性劑

油井采出液經脫出原油之后,產出水需要經過處理才能達到回注要求。水處理的目的有六個方面,即緩蝕、防垢、殺菌、除氧、除油和除去固體懸浮物。因此,要使用緩蝕劑、防垢劑、殺菌劑、除氧劑、除油劑及絮凝劑等,涉及工業表面活性劑的有如下方面:
用作緩蝕劑的工業表面活性劑有烷基磺酸、烷基苯磺酸、全氟烷基磺酸的鹽類,直鏈烷基胺鹽類、季銨鹽類、烷基吡啶鹽類、咪唑啉及其衍生物的鹽類、聚氧乙烯烷基醇醚類、聚氧乙烯二烷基丙炔醇、聚氧乙烯松香胺、聚氧乙烯十八胺以及聚氧乙烯烷基醇醚烷基磺酸鹽,各種季胺基內鹽,二(聚氧乙烯基)烷基及其衍生物的內鹽。
用作防垢劑的表面活性劑有磷酸酯鹽、硫酸酯鹽、醋酸鹽、羧酸鹽及其它們的聚氧乙烯基化合物。磺酸酯鹽、羧酸鹽的熱穩定性明顯優于磷酸酯鹽、硫酸酯鹽。
用于殺菌劑的工業表面活性劑有直鏈烷基胺鹽類、季胺鹽類、烷基吡啶鹽類、咪唑啉及其衍生物的鹽類、多種季銨內鹽、二(聚氧乙烯基)烷基及其衍生物的內鹽。
用于除油劑的工業表面活性劑,主要是具有分支結構和含二硫代羧酸鈉基的表面活性劑。

化學驅油用表面活性劑

一、二次采油可采出25%—50%的地下原油,還有許多原油留在地下采不出來。進行三次采油可提高原油采收率。三次采油多以化學驅油方法,即向注入水中加入一些化學劑,提高水驅效率。在所用化學劑之中,有些屬于工業表面活性劑,其情況簡要介紹如下:
以表面活性劑為主劑的化學驅油方法,稱之為表面活性劑驅。表面活性劑主要通過降低油水界面張力,提高毛管數而起到提高采收率作用。由于砂巖地層表面帶負電,所以使用的表面活性劑主要是陰離子型表面活性劑,而且大部分是磺酸鹽型表面活性劑。它是使用磺化劑(如三氧化硫)將芳香烴含量高的石油餾分磺化,再用堿中和制成。其規格:活性物50%—80%,礦物油5%—30%,水2%—20%,硫酸鈉1%—6%。石油磺酸鹽耐溫不耐鹽,不耐高價金屬離子。合成磺酸鹽是由相應的烴類,用相應的合成方法制得。其中的α—烯烴磺酸鹽,特別耐鹽,耐高價金屬離子。另外一些陰離子非離子型表面活性劑及羧酸鹽型表面活性劑,也可用于驅油。表面活性劑驅油要用兩種助劑:一種是助表面活性劑,如異丁醇、二乙二醇丁醚、尿素、環丁砜、亞烯基苯磺酸鹽等,另一種是電介質,包括酸堿鹽,主要是鹽,它們可減少表面活性劑的親水性,相對增加親油性,亦是改變活性劑的親水親油平衡值而起作用。為了減少表面活性劑的損耗,提高經濟效果,表面活性劑驅,還要使用稱之為犧牲劑的化學物質。可作為犧牲劑的物質,有堿性物質和多元羧酸及其鹽類,低聚物和高聚物也可作為犧牲劑,木質素磺酸鹽及其改性物是一種犧牲劑。
使用兩種或兩種以上化學驅油主劑的驅油方法,稱之為復合驅,與表面活性劑有關的這種驅油方法有:表面活性劑十聚合物的稠化表面活性劑驅;堿十表面活性劑的堿強化表面活性劑驅或表面活性劑強化堿驅;堿十表面活性劑十聚合物的按元復合驅。復合驅通常比單一的驅動有更高的采收率。據目前國內外發展趨勢分析,三元復合驅較二元復合驅有更高的優越性。三元復合驅用的表面活性劑主要是石油磺酸鹽,通常還復配使用聚氧乙烯烷基醇醚的硫酸、磷酸及羧酸鹽類、聚氧乙烯烷基醇烷基磺酸鈉鹽等,以提高其耐鹽性能。近期,國內外都重視研究和使用了生物表面活性劑,如鼠李糖脂、槐糖脂發酵液等,以及天然混合羧酸鹽和造紙副產堿木素等,在現場和室內試驗取得了好的驅油效果。


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