表面活性劑復(fù)合驅(qū)油技術(shù)研究進(jìn)展

表面活性劑復(fù)合驅(qū)油技術(shù)研究進(jìn)展

根據(jù)室內(nèi)和礦區(qū)研究，堿性表面活性劑（asp）3-復(fù)合驅(qū)油率可在水驅(qū)油的基礎(chǔ)上提高20%以上，并具有良好的增油效果。在三元復(fù)合驅(qū)應(yīng)用中,強(qiáng)堿(NaOH)雖能與原油中活性組分反應(yīng)生成天然表面活性劑,與外加表面活性劑產(chǎn)生協(xié)同作用,大幅降低油-水界面張力;以及降低表面活性劑的吸附量,使復(fù)合驅(qū)成本下降。但強(qiáng)堿使用帶來現(xiàn)場施工工藝復(fù)雜、采油系統(tǒng)結(jié)垢、生產(chǎn)井產(chǎn)液能力下降、檢泵周期縮短、采出液破乳脫水困難、聚合物溶液粘彈性降低、以及因地層粘土分散和運(yùn)移導(dǎo)致地層滲透率下降等系列問題,并最終制約三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化推廣應(yīng)用。此外,成功的三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)都是在地質(zhì)條件較好區(qū)塊進(jìn)行(如大慶油田油層溫度45.3℃,地層水礦化度在4468mg/L),而對于高溫高鹽油藏,高礦化度必然影響到復(fù)合體系中化學(xué)劑自身性質(zhì)和彼此之間配伍性。因此,加強(qiáng)弱堿、低堿甚至無堿驅(qū)油體系的研究勢在必行。筆者綜述了弱堿及無堿復(fù)合驅(qū)油技術(shù)研究進(jìn)展,以期為新型驅(qū)油體系的研究提供思路。1弱堿復(fù)合驅(qū)油技術(shù)1.1天然羧酸鹽復(fù)合驅(qū)無機(jī)弱堿(如Na2CO3,NaHCO3)參與的三元復(fù)合驅(qū),在注采能力、采油速度、乳化能力等方面均高于強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū),比水驅(qū)提高采收率20%以上。此外,與普通強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)相比,弱堿三元復(fù)合驅(qū)可大大減少對地下巖石溶蝕及對油層傷害。伍曉林等配制的復(fù)合體系在較寬的表面活性劑(烷基苯磺酸鹽)質(zhì)量濃度(0.1%~0.3%)和堿(Na2CO3)質(zhì)量濃度(0.6%~1.2%)范圍可與原油形成超低界面張力(10-3mN/m)。同時(shí),該體系對大慶油田不同區(qū)塊、不同油層的油水條件表現(xiàn)出很強(qiáng)適應(yīng)性,且可大大降低表面活性劑在地層中因吸附滯留而產(chǎn)生的色譜分離效應(yīng)。天然巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該三元復(fù)合體系平均驅(qū)油效率可比水驅(qū)提高約20%;而小井距三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)表明,該三元復(fù)合驅(qū)比水驅(qū)采收率提高了24.66%。袁新強(qiáng)等研究表明,可溶性硅磷酸鹽替代NaOH作為復(fù)合驅(qū)油體系組分之一時(shí),該復(fù)合驅(qū)油體系具有明顯緩蝕阻垢作用,同時(shí)可得到超低油水界面張力(10~3mN/m)、優(yōu)于普通(強(qiáng)堿)三元復(fù)合體系和聚合物溶液的調(diào)剖效果。該體系在多孔介質(zhì)中的傳輸能力與普通聚合物溶液相當(dāng),提高采收率的幅度與普通(強(qiáng)堿)三元復(fù)合體系相當(dāng)。中強(qiáng)度(pH值=9)中性及弱堿性緩沖堿(Na2CO3/NaHCO3)既能保證石油皂生成,充分利用石油酸,降低外加表面活性劑濃度,又可與地層SiO2相互作用,防止硅垢的生成,經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐證明應(yīng)用中強(qiáng)度緩沖堿代替強(qiáng)堿,在“三采”中是有利的。于麗等開展改性天然羧酸鹽/緩沖堿/聚合物三元復(fù)合驅(qū)研究,當(dāng)復(fù)堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%(Na2CO3與NaHCO3質(zhì)量比為1∶1),改性天然羧酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.1%時(shí)油水界面張力就能達(dá)到超低;在注聚驅(qū)后,緩沖堿ASP復(fù)合驅(qū)室內(nèi)驅(qū)油效率為18%。此外,研究表明,應(yīng)用有機(jī)堿(弱聚合物酸性鈉鹽)代替和改進(jìn)傳統(tǒng)三元復(fù)合驅(qū)用的無機(jī)堿(如Na2CO3,NaHCO3)一樣可獲超低界面張力,且有機(jī)堿不會(huì)與二價(jià)陽離子(如Ca2+、Mg2+)反應(yīng)生成沉淀,不會(huì)影響水質(zhì)及驅(qū)油效果,在硬水中同樣能有效驅(qū)油。1.2陽離子表面活性劑在油氣開采中的應(yīng)用向離子型表面活性劑溶液中加入鹽類(如Na2CO3,Na3PO4),可使膠束由球狀轉(zhuǎn)變?yōu)榘魻?進(jìn)而形成能夠自由彎曲的蠕蟲狀膠束(wormlikemicelle)。膠束之間可相互纏繞,形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),具有粘彈性、高界面活性、流變可控性、剪切稀釋性等特點(diǎn),在油氣開采方面具有廣泛應(yīng)用前景。目前,陽離子表面活性劑蠕蟲狀膠束的研究已有大量文獻(xiàn)報(bào)道,但因地層油砂帶負(fù)電,陽離子蠕蟲狀膠束吸附損失嚴(yán)重,使其在油田應(yīng)用受限。陰離子表面活性劑蠕蟲狀膠束驅(qū)油體系前景廣闊。曹泉等得到天然羧酸鹽/Na2CO3組成的蠕蟲狀膠束,獲得驅(qū)油效率為14.1%~25.0%OOIP(原始地質(zhì)儲(chǔ)量);紀(jì)永強(qiáng)等得到天然羧酸鹽/Na3PO4組成的蠕蟲狀膠束,獲得驅(qū)油效率22.2%~32.7%(OOIP)。于麗等研究表明,蠕蟲狀膠束驅(qū)油配方(1.83%NaOA+4.24%Na2CO3)的室內(nèi)模擬驅(qū)油可提高采收率25%(OOIP),且該體系能夠使注聚后束縛殘余油重新啟動(dòng)、變形,漸漸形成油墻向出口處運(yùn)移,擴(kuò)大波及體積,提高洗油效率。2無堿驅(qū)油技術(shù)2.1界面張力的研究表面活性劑分別為陰離子型、陽離子型和非離子型的聚表二元體系與油的界面張力達(dá)到超低(10-3mN/m)的能力有限,極大地影響二元體系的驅(qū)油效果。兩性表面活性劑因其形成的聚表二元體系與油的界面張力可達(dá)超低而備受關(guān)注。夏惠芬等認(rèn)為聚丙烯酰胺/兩性表面活性劑(羧基甜菜堿)二元復(fù)合體系可形成超低(10-3mN/m)界面張力,其利用聚合物溶液黏彈性和表面活性劑體系的超低界面張力特性,使采收率大幅提高。吳文祥等人研究表明,無堿的和加入少量Na3PO4作為犧牲劑的聚合物/磺基甜菜堿二元體系與含強(qiáng)堿(NaOH)的常規(guī)三元復(fù)合體系具有同樣的驅(qū)油效果,在人造均質(zhì)和非均質(zhì)巖心上復(fù)合驅(qū)采收率增值均在25%以上,該復(fù)合體系與模擬大慶采油四廠原油間界面張力達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級(jí)。2.2疏水締合聚合物表面活性劑nna目前ASP驅(qū)油體系中使用的聚合物大多是部分水解聚丙烯酰胺,因油田水中含有大量陽離子(如Ca2+、Mg2+),及外加入大量堿劑(帶入大量Na+),使得部分水解聚丙烯酰胺分子不能完全舒展,分子構(gòu)象呈卷曲狀態(tài),導(dǎo)致體系粘度大幅下降,只有成倍加入部分水解聚丙烯酰胺,才能實(shí)現(xiàn)理想的流度控制,故大幅增加驅(qū)替成本。疏水締合聚合物其實(shí)質(zhì)是在部分水解聚丙烯酰胺分子鏈上引入少量疏水基團(tuán),使聚合物分子在水溶液中,可通過分子間特殊締合基團(tuán)在疏水條件下產(chǎn)生的靜電、氫鍵或范德華力而發(fā)生具有一定強(qiáng)度但可逆的物理締合,在溶液中形成巨大的三維立體網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu),即使聚合物在較低分子量和較低濃度下仍然有很高粘度,而不是一般部分水解聚丙烯酰胺,僅靠增大單個(gè)分子在溶液的尺寸來實(shí)現(xiàn)高效增粘。近年來,雙子表面活性劑/疏水締合聚合物驅(qū)油體系因其協(xié)同性好、高的界面活性、獨(dú)特的流變性而研究活躍。蒲萬芬等通過在室內(nèi)模擬中原油田油藏溫度(70℃)條件下雙子表面活性劑NNMB與疏水締合聚合物NAPS二元復(fù)合體系與原油的界面張力,認(rèn)為NAPS對NNMB溶液界面張力值沒有明顯影響;NNMB/NAPS二元體系中加入一定量氯化鈉,可增加表面活性劑降低界面張力的效率;該體系與原油間的最低瞬態(tài)界面張力均低至10-3mN/m,這種新型二元體系對于高礦化度非均質(zhì)油藏提高原油采收率具有很大應(yīng)用前景。2.3單鏈表面活性劑雙子(Gemini)表面活性劑因其具有低臨界膠束濃度CMC,高表面活性,良好水溶性與耐鹽性,配伍性好,特殊流變性等諸多優(yōu)點(diǎn),在三次采油中顯示其巨大應(yīng)用潛力。唐善法等研究表明,陽離子雙子表面活性劑二亞甲基-1,2-雙(十二烷基二甲基溴化銨)(C12-2-12.2Br-1)的臨界膠束濃度僅為547mg/L,對應(yīng)表面張力為30.72mN/m,較對應(yīng)單鏈表面活性劑十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)具有更優(yōu)的表面活性。C12-2-12.2Br-1的驅(qū)油效率與濃度呈同向變化關(guān)系,其濃度為500mg/L即可提高采收率6.45%,其效果明顯優(yōu)于常規(guī)單鏈表面活性劑DTAB;該劑更適合于中、低滲油藏水驅(qū)采收率的提高。張永明等研究表明,當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí),磺酸鹽型表面活性劑石油磺酸鹽復(fù)合體系能降低油水界面張力至4×10-4~6×10-4mN/m。磺酸鹽型Gemini表面活性劑的加入使其與石油磺酸鹽之間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),提高原油采收率。于麗等合成的羧酸鹽類Gemini表面活性劑SDG-4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.005%時(shí)能使油水界面張力達(dá)到超低,且與普通表面活性劑(SDCM-1,SDC-1)具有很好的復(fù)配協(xié)同效應(yīng);SDG-4表面活性劑在油砂上的靜態(tài)吸附量為2.555mg/g,動(dòng)態(tài)吸附量約為0.25mg/g,符合國家“八五”和“九五”化學(xué)驅(qū)對表面活性劑吸附損失要求(動(dòng)態(tài)吸附油砂損失低于1mg/g)。綜述所述,雙子表面活性劑有利于三元復(fù)合驅(qū)弱堿化和無堿化的研究,有望降低聚合物用量,取代三元復(fù)合驅(qū)體系中的堿,最終實(shí)現(xiàn)一元驅(qū)替體系,為油田的三次采油開辟新途徑。3表面活性劑聚合物/引油體系1)以無機(jī)弱堿(Na2CO3,NaHCO3)、緩沖堿(Na2CO3/NaHCO3)及有機(jī)弱堿(弱聚合物酸性鈉鹽)構(gòu)成的弱堿驅(qū)油體系可取得強(qiáng)堿(NaOH)三元復(fù)合驅(qū)同樣的采收率,并可規(guī)避強(qiáng)堿帶來的不利影響。2)陰離子表面活性劑蠕蟲狀膠束弱堿驅(qū)油體系,成本