磺基甜菜堿型氟碳表面活性劑在化學(xué)中的應(yīng)用

1、磺基甜菜堿型氟碳表面活性劑在油田化學(xué)中的應(yīng)用前言：目前表面活性劑是人們生活和社會(huì)的生產(chǎn)領(lǐng)域中一類非常重要的精細(xì)化學(xué)藥品，也是石油行業(yè)中重要的化學(xué)藥劑。氟碳表面活性劑已經(jīng)逐步大范圍的應(yīng)用在石油、消防、化學(xué)、膠皮制造等許多技術(shù)經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)域，且享有“工業(yè)味精”的良好稱號(hào)。氟碳表面活性劑是一種特殊的表面活性劑，應(yīng)用范圍大，但因?yàn)榕c其他一般表面活性劑相比較，合成過程復(fù)雜、利用成本高，使其研究發(fā)展的進(jìn)度較緩慢，但是氟碳表面活性劑在高溫、高礦化度、高酸堿度等的苛刻條件下，具有很好的耐高溫、高礦化度、高酸堿度的能力，是一般的表面活性劑不能相題并論的。因此，氟碳表面活性劑在三次采油領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力，具有廣闊

2、的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值，是目前國(guó)內(nèi)眾多科研單位及油田化學(xué)工作者競(jìng)相研究的課題。氟碳表面活性劑的應(yīng)用前景及優(yōu)點(diǎn)近幾年來(lái)，由于世界能源危機(jī)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，對(duì)能源的需求越來(lái)越緊迫，逐漸加大了對(duì)油氣田開采的力度，我國(guó)的老油田由于大多數(shù)依靠注水進(jìn)行開采，水驅(qū)時(shí)間一長(zhǎng)，產(chǎn)生的綜合含水率逐漸升高，幾乎高達(dá)8090，由于油氣田的含水率很高導(dǎo)致開采的難度也越來(lái)越大。目前，三次采油和其他的新技術(shù)已成為開采油氣田的發(fā)展趨勢(shì)，三次采油是指二次采油(注入水或氣)后的采油。這種采油方法是向地層下注入特殊的流體(各種化學(xué)劑、C02)來(lái)提高采收率的方法。三次采油方法一般可分為四大類：熱力驅(qū)、混相驅(qū)、化學(xué)驅(qū)、微生物采

3、油，化學(xué)驅(qū)中表面活性劑驅(qū)、復(fù)合驅(qū)及泡沫驅(qū)就少不了表面活性劑，因此，表面活性劑在提高采收率起到非同小可的作用，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的油藏一般條件比較苛刻和一些老油田開發(fā)難度也是日益加大，那對(duì)表面活性劑所具有的能力必須逐漸強(qiáng)大，不僅有較好的洗油效率和低損耗值，還提出了耐高鹽、耐高溫的要求，泡沫驅(qū)中還必須在高溫高油藏條件下保持良好的泡沫性能，氟碳表面活性劑比其他普通表面活性劑就具備了“三高”(高表面活性、高耐溫穩(wěn)定性和高化定性)、“兩憎”(憎水和憎油)的性能，且濕滲透性和起泡穩(wěn)定性良好、易與碳?xì)浠钚詣?fù)配、環(huán)境友好、抗靜電性等性能。因此，開展氟碳表面活性劑的研究很要，為氟碳表面活性劑在油氣田開發(fā)中得到大范圍推廣

4、打下理論知識(shí)和實(shí)踐基礎(chǔ)。分子結(jié)構(gòu)氟碳表面活性劑是指碳?xì)滏準(zhǔn)杷鶊F(tuán)中的氫原子被氟原子部分或全部代替的表面活性劑。它的化學(xué)結(jié)構(gòu)如下圖：圖l-1氟碳表面活性劑的結(jié)構(gòu)Figl-1 Structure of the fluorocarbon surfactant普通表面活性劑是由1個(gè)非極性部分RF(憎水憎油的氟碳鏈親油部分)和1個(gè)極性部分X(親水部分)組成。與一般碳?xì)浔砻婊钚詣┮粯涌梢愿鶕?jù)X的變化得到四種類型陰離子型、陽(yáng)離子型、非離子型和兩性型的氟碳表面活性劑，根據(jù)陰離子結(jié)構(gòu)的不同，可分為羧酸鹽型(ROSOO-M+)、磺酸鹽型(RFS03M+)、硫酸酯鹽型(RFOS03-M+小)和磷酸醋鹽型(RpP(o

5、)022。M2+)等幾大類。其中RF為氟碳疏水基(即疏油基)，M為無(wú)機(jī)或有機(jī)陽(yáng)離子。1 鉆井液由于含氟粘彈性表面活性劑溶液在高剪切速率下網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破裂，粘度很低，可最大限度地減少?gòu)木诘絿娮斓哪芎?，從而提高鉆速；而在環(huán)空的低剪切速率下網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)重新形成，粘度回升，如此可保證良好的懸浮攜屑能力。含氟粘彈性表面活性劑溶液在較低表觀粘度下具有極好攜砂能力，而粘度并非攜砂能力的關(guān)鍵因素，其攜砂能力來(lái)自于膠團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其彈性2完井液含氟粘彈性表面活性劑的由于具有良好的熱穩(wěn)定性、鹽增稠以及完全破膠等特性拓寬了其在完井作業(yè)中的應(yīng)用。為了提高完井的質(zhì)量，必須確保生產(chǎn)流體均勻流過整個(gè)完井裝置。如果返排后仍然有鉆井

6、液和攜砂液殘留物，地層的導(dǎo)流能力必將受到破壞，與其它聚合物不同，F(xiàn)VES攜帶流體能優(yōu)化礫石輸送而不會(huì)留下殘余物。在北海英國(guó)海域Shetland島以西大約190公里的Foinaven油田的深水油藏，BP石油公司對(duì)水深為400600m的井，采用含氟粘彈性表面活性劑作為完井液，完成了世界上最長(zhǎng)的深水裸眼分流管礫石填充完井。斯倫貝斯公司開發(fā)的FVES Clear PAC完井液具有良好的剪切稀釋、清潔和攜帶能力，并且與濾餅清潔劑配伍性好的特點(diǎn)在水平井生產(chǎn)中得到成功地應(yīng)用。3 壓裂液含氟粘彈性表面活性劑(簡(jiǎn)稱FVES)壓裂液是長(zhǎng)鏈脂肪酸的季銨鹽類陽(yáng)離子表面活性劑溶解在鹽水中形成的膠束溶液。FVES壓裂液中

7、·為了抵消陽(yáng)離子基團(tuán)之間的排斥力，引入了平衡陰離子，使用了無(wú)機(jī)陰離子和有機(jī)陰離子，使FVES溶液粘度提高并具有彈性，形成凝膠。FVES壓裂液進(jìn)入含油巖心或地層后，親油性有機(jī)物將被膠束增容，棒狀膠束將膨脹，最終將崩解成為較小的球形膠束，F(xiàn)VES凝膠破解，形成粘度很低的水溶液。此后在加拿大阿爾伯塔，美國(guó)堪薩斯、懷俄明、俄克拉荷馬，意大利亞德里亞海及美國(guó)墨西哥灣等油田的常規(guī)壓裂作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，效果良好。FVES壓裂液配制容易，施工簡(jiǎn)單，用量少，摩阻小，攜砂能力強(qiáng)，處理后油井增產(chǎn)顯著。在堪薩斯西南部，用FVES壓裂液壓裂的一口淺油井，其初始產(chǎn)量比處于同一地層段上的主井高27，比12口鄰

8、井的平均產(chǎn)量高52。4酸化液當(dāng)用鹽酸酸化碳酸鹽巖地層時(shí)，在基巖中由酸溶蝕形成一些主要通道，酸液主體就會(huì)沿著這些通道流動(dòng)，而不能對(duì)其它的巖層進(jìn)行酸化處理，因此常常在酸液中添加化學(xué)轉(zhuǎn)向劑進(jìn)行轉(zhuǎn)向處理，以改變注酸流動(dòng)剖面，使酸液進(jìn)人中、低滲透層，與未酸化的部分反應(yīng)，提高酸化效果。所用的含氟粘彈性表面活性劑不會(huì)產(chǎn)生任何殘留物滯留在酸蝕溶洞表面，并且所需清洗壓力極低。采用FVES的地下成膠酸能夠呈現(xiàn)持續(xù)的高粘態(tài)，直至破膠。這個(gè)持續(xù)的高粘態(tài)較之聚合物地下成膠酸更利于酸液的轉(zhuǎn)向。因此，該體系可解決長(zhǎng)段裸眼地層的酸化難題且不會(huì)對(duì)地層造成傷害。斯倫貝謝公司研制的Oil SEEKER酸轉(zhuǎn)向劑，是一種FVES流體，

9、既可以由于砂巖油藏又可以用于碳酸鹽巖油藏，在任何一種油藏中Oil SEEKER都能夠選擇性地降低水層的注入能力，迫使酸液轉(zhuǎn)向進(jìn)入具有較高含油飽和度的地層。OilSEEKER在與水進(jìn)行接觸的時(shí)候，能夠保持凝膠狀態(tài)，但與原油接觸的時(shí)候粘度降低。實(shí)驗(yàn)室的巖芯驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明Oil SEEKER能夠從20000毫達(dá)西德填砂管模型轉(zhuǎn)向到200毫達(dá)西的巖芯中。在循環(huán)作業(yè)幾次之后，大約有40的酸液被注入到低滲層。在委內(nèi)瑞拉西南部的Barinas油田，委內(nèi)瑞拉國(guó)家石油公司(PDVSA)和斯倫貝斯公司對(duì)SMW9井采用OilSEEKER進(jìn)行酸化處理，這口井的產(chǎn)量由酸化前的51桶日增加到180桶日。5提高采收率化學(xué)用劑

10、含氟粘彈性表面活性劑溶液可以作為性能優(yōu)良的驅(qū)油增稠劑。高剪切下低粘度，易于泵注，不存在象聚合物的剪切降解。在地層孔隙流動(dòng)的低流速下，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)重新形成，粘度恢復(fù)。同時(shí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是小分子表面活性劑可逆聚集形成，因而可進(jìn)入到低滲透地層，可以解決大分子聚合物不能解決的低滲透地層驅(qū)油的問題。另外，這種體系還有一個(gè)重要特點(diǎn)是在很寬的礦化度范圍(從蒸餾水到含75電解質(zhì)的鹽水溶液)內(nèi)都可根據(jù)需要選擇合適的表面活性劑配制出良好流變性的體系。也可配制出對(duì)溫度不敏感的體系。這樣就解決了高溫高礦化度環(huán)境下的驅(qū)油難題。有研究指出，表觀粘度相同的不同體系，粘彈性突出的體系驅(qū)油效果好，這無(wú)疑又是對(duì)含氟粘彈性表面活性劑作為驅(qū)油劑的肯定。另外，體系同時(shí)具有顯著降低油水界面張力的能力。體系在調(diào)剖堵水中也有應(yīng)用潛力。含氟粘彈性表面活性劑應(yīng)用前景由于含氟粘彈性表面活性劑是近幾年人們才開始研究的一種新體系，對(duì)這種體系的性能及產(chǎn)生這些性能的機(jī)理都有待更深入地研究。要高效、經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用這一新的體系，尚需做大量的工作。作者認(rèn)為以下工作是首先必須開展的：研制、開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的體系，基礎(chǔ)研究報(bào)道的含氟粘彈性表面活性劑溶液的表面活性劑的濃度質(zhì)量分?jǐn)?shù)至少在幾千