石油磺酸鹽驅油效果評價

烷基苯磺酸鹽驅油效果評價綜述三元復合驅及其發(fā)展過程1．1油田的三次開采石油的開采目前一般經歷3個階段:第l階段是利用油田原有的能量開采，采收率只有10%?20%；第2階段為注水階段，通過注水維持地層壓力，據統(tǒng)計，我國油田早期注水驅采收率最終也只有25%?45%；第3階段為強化開采階段，即三次采油階段，主要依靠物理化學方法。近20年來，世界各國石油界一直在探索從地下（包括枯竭的油層中）采出更多石油的技術。在眾多的三次采油技術當中，化學驅油是目前效果比較好的方法，而化學驅中又當屬三元復合驅效果最佳。1．2三元復合驅原油的采收率是指采出原油與原油地質儲量的百分比，而原油的采收率則是由驅油效率和波及效率這兩個因素來決定的。三元復合驅（堿A+表面活性劑S+聚合物P,簡稱ASP體系）提高采收率最本質的作用是從兩個方面同時發(fā)揮作用:即降低油水間的界面張力，同時也擴大波及體積，因而比單一組分具有更高的采收率。在這其中，表面活性劑所起的作用是降低油水界面張力，使其降至10mN/m數(shù)量級，從而提高驅油效率，以達到提高采收率的目的1．3三元復合驅的發(fā)展我國的三次采油化學驅的工作開展較早，1979年，原石油工業(yè)部就將三次采油列為我國油田開發(fā)十大科學技術之一，成立了專項領導小組，開始組織國內有關科研單位和油田著手進行了國內外三次采油技術調研，并組織與國外技術合作，引進先進技術，揭開了我國三次采油高速發(fā)展的序幕。1982年，在對國外5個主要石油生產國10余種三次采油方法篩選、綜合分析的基礎上，對我國23個主力油田進行了三次采油方法粗篩選；1984年開始，與日本、美國、英國和法國等國，在大港、大慶和玉門等油田進行聚合物驅油和表面活性劑驅油技術合作，為我國在較短時間內吸收和掌握20世紀80年代國際三次采油先進技術創(chuàng)造了條件；“七五”、“八五”期間連續(xù)列為國家重點科技攻關項目，遵循“立足國情，著眼三次采油轉化為生產力，加快實現(xiàn)工業(yè)化應用步伐”的指導思想，組織了國內中國科學院、大學、石油院校和油田有關科研單位，組成了“產、學、研”大型聯(lián)合技術攻關，取得了重大的成果圈。目前，我國三元復合驅技術開展的比較早并已取得較大成果的是大慶油田。大慶油田的二元復合驅技術經過了“八五”和“九五”期間的攻關，已在三元復合驅的機理研究及礦場試驗等方面取得了重要進展。隨著大慶油田化工有限公司東吳公司2萬和3萬1/a重烷基苯磺酸鹽生產裝置投產，標志著大慶油田的三元復合驅技術已經進入到了工業(yè)化應用。1.4三元復合體系對表面活性劑的要求：現(xiàn)有資料表明，適合三元復合驅的表面活性劑必須達到下列技術指標：三元復合體系與原有的界面張力要達到10-3mN/m數(shù)量級，并且低張力區(qū)域較寬，有廣泛的適應性。三元復合體系中表面活性劑的總濃度小于0.6%，因而研究的表面活性劑需具有很好的抗稀釋性，在低濃度時也應具備超低界面張力，且保證整個驅替過程中不發(fā)生嚴重的色譜分離現(xiàn)象。能與堿，聚合物有良好的配伍性，避免出現(xiàn)相分離沉淀現(xiàn)象，產品具有一定的穩(wěn)定性。(4)表面活性劑在巖石上的滯留損失量應小于1mg/g巖心。5)三元復合體系在天然巖心上的驅油效率比水驅提高15%以上。1.5國外驅油用的表面活性劑研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國外從1927年開始研究化學驅油，通過幾十年來的室內研究與試驗，證實了三次采油用化學驅替液可以提高采收率，國外首先采用表面活性劑膠束溶液/聚合物段塞驅油。國外三次采油用的表面活性劑工業(yè)化產品主要有兩大類：一為以石油磺酸鹽為主的表明活性劑，二為以烷基苯磺酸鹽為主的表面活性劑，這兩種表面活性劑原料都取自原油，原料來源廣數(shù)量大，因而也是國外用量最大的表面活性劑。有關石油磺酸鹽或磺酸鹽的合成的一般介紹及其相行為的研究，國內外有大量的報道，文獻對于成分復雜的石油磺酸鹽，其產品對大的問題首先是要做到質量穩(wěn)定,Witco和Petrostep兩家公司提供的產品基本上能滿足實驗室研究的需要，但國內廠家生產的SPS無法保持產品的穩(wěn)定性，同時作為復合驅技術主要應用地區(qū)的大慶油田,原油屬于石蠟基,芳烴含量較少,收率低。1.6國內驅油用的表面活性劑研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國三次采油使用表面活性劑也有20多年最早開展和研究的單位是大慶油田和玉門油田。之后北京石油勘探開發(fā)科學研究院,北京化工大學,江漢石油學院,中國科學院化學所等單位也陸續(xù)參與研究。國內一開始驅油用的表面活性劑主要集中在石油磺酸鹽上,后來逐漸研究石油羧酸鹽,烷基苯磺酸鹽,木質素磺酸鹽等表面活性劑。本文主要介紹的是烷基苯磺酸鹽驅油效果評價方面的問題,以下是目前研究烷基苯磺酸鹽的幾個方面：1.1烷基苯磺酸鹽的基本概況烷基苯磺酸鹽的原料主要是十二烷基苯精餾副產物——重烷基苯。目前,國內重烷基苯的產量可達3萬噸/年左右。從烷基苯的組成上看,其大部分是可磺化的。目前,工業(yè)中烷基苯主要采用的是膜式氣體SO3磺化裝置磺化,產品中無機鹽含量低,質量好。但是重烷基苯的組成性能隨烷基苯的合成工藝不同會有所差異,所以必須對重烷基苯原料組成進行分析、處理,去除二苯烷、茚滿、萘滿等不利組分,經磺化、中和后可以得到性能穩(wěn)定的三元復合驅用表面活性劑。烷基苯磺酸鹽的原料易得，制備簡單，并且其界面活性好，具有一定使三元復合驅工業(yè)化推廣的潛力。大慶油田已經對該項技術研究了近十年，無論是以十二烷基苯精餾副產物為原料生產的多組分烷基苯磺酸鹽表面活性劑，還是以a烯烴為原料生產的組分相對單一的烷基苯磺酸鹽表面活性劑，在礦場試驗中都取得了很好的效果。經過中試放大，烷基苯磺酸鹽在大慶油田已工業(yè)化生產，年產量達到5萬噸/年。2烷基苯磺酸鹽類表面活性劑研究三元復合驅驅油機理研究結果表明,只有當表面活性劑的平均當量和當量分布與原油的平均分子量和碳鏈分布相匹配時,才能使三元體系與原油形成超低界面張力;同時考慮到原料結構性能與界面張力穩(wěn)定性密切相關,所以在合成三采用表面活性劑時,需對現(xiàn)有的重烷基苯進行一定程度的處理。2.1烷基苯磺酸鹽的性能評價在較寬的活性劑濃度(0.05wt%~0.3wt%,有效)和堿濃度(0.6wt%~1.2wt%)范圍內烷基苯磺酸鹽復合體系均能與原油形成超低界面張力達10-3mNPm數(shù)量級或更低。2．1體系特點2．1．1在較低的濃度下能使油水形成超低界面張力三元復合驅體系很重要的一個特性是可以大幅度降低油水之間的界面張力，一般為10mN,m數(shù)量級，從而達到提高原油采收率的目的。而要求在較低的濃度下達到這一要求，主要是考慮到三元復合驅的經濟性。從大慶油田目前的情7兄來看，達到這一要求是沒有問題的?東吳公司重烷基苯磺酸鹽產品在質量分數(shù)為0.05%、堿質量分數(shù)為0.6%的情況下，即可以使大慶油田的大部分油水間的界面張力達到要求.原料組成較為清晰從產品目前的應用實踐來看，表面活性劑的分子量應該有一定的分布范圍，以提高與原油的配伍性，但原料過于復雜，也會造成影響產品質量因素的復雜化，給產品的穩(wěn)定性帶來影響。與石油磺酸鹽相對比，重烷基苯的組成還是相對比較清晰的。到目前為止，已經大致搞清了重烷基苯原料由二烷基苯單烷苯、烷基萘滿(茚滿)及烷基萘和二苯基烷等組成，為下一步的穩(wěn)定生產創(chuàng)造了條件。適用范圍較廣以烷基苯磺酸鹽為主劑的三元復合驅體系與原油的配伍性較好2．3產品的指向性這里所說的產品指向性是指一個復配體系，只是針對于一個特定的油水而開發(fā)，一般只針對一種油水有作用。對于不同的油田，甚至同一油田的不同區(qū)域，則需要不同的復配體系來適應不同的要求。這樣所帶來的問題是隨著產品的推廣，產品的品種迅速增加，進而造成影響產品質量因素互相制約，給產品的生產帶來不小的壓力。3應用大慶油田對于重烷基苯磺酸鹽的應用已經進入到了工業(yè)化推廣的階段。由于其提高采收率的優(yōu)良特性，目前已應用在二類油層上。以大慶油田采油一廠的北一斷東區(qū)塊為例，北一斷東區(qū)塊面積為1.91km，儲量240.71萬t。目前已開米了40多年，通過水驅，已經拿出原油60多萬t；現(xiàn)采用三元復合驅，新打112口井，其中注入井49口，采油井63口。從2006年11月開始，注入以重烷基苯磺酸鹽為主表面活性劑的三元復合驅油體系，日注入量17t（50%活性物），2006年12月開始逐步見到效果。到2007年3月底，63口油井已全面見效，日產油達490t,綜合含水86.92%，平均單井日產量為7.8t,已累計增油4.15萬t,與水驅結束時相比，日產油量上升347t,綜合含水下降了9.78%。這一成果顯示出了三元復合驅技術應用在二類油層的可行性和實力，將為大慶油田的開發(fā)揭開新的一頁。烷基苯磺酸鹽在油水中的分配目前,表面活性劑復配體系由于其協(xié)同效應,可以更大幅度地降低油水之間的界面張力,有效地提高原油采收率,因此,礦場使用的表面活性劑多為復配體系。但是,當復配體系流經多孔介質時,由于活性劑本身結構和性質的差異、地層流體（油、水）性質及巖石表面性質等因素的影響,導致表面活性劑復配體系發(fā)生程度不同的色譜分離,其結果改變了原有體系的最佳比例,使其協(xié)同效應降低或消失,最終使驅油效率下降。因此,表面活性劑復配體系的色譜分離問題成為一項重要的研究課題。除吸附之外,表面活性劑復配體系在油水中分配的差異是造成其色譜分離的另一個重要因素。研究不同表面活性劑在油水中的分配規(guī)律對于認識復配體系色譜分離的影響因素,進而提出確保復配驅油體系在地下運移過程中長期有效的方法具有實際意義。烷基苯磺酸鹽與油接觸后在油水中的分配比及其分配損失與其本身的結構有關。分子量增大,烷基苯磺酸鹽在油水相間的分配比增大,分配損失也增大。同樣分子量的烷基苯磺酸鈉,其直鏈結構的分配損失大于支鏈結構的分配損失。烷基苯磺酸鹽與油接觸后的分配損失與油相性質有關。烷基苯磺酸鹽與不同烴類接觸后的分配損失不同,烷基苯磺酸鹽與正構烷烴、環(huán)烷烴、芳烴接觸后,其分配損失的順序為:芳烴＞環(huán)烷烴＞正構烷烴。烷基苯磺酸鹽與油接觸后的分配損失與水相性質有關。水相的含鹽度增大,烷基苯磺酸鹽的分配損失隨之增大。油水比是影響烷基苯磺酸鹽在油水中分配的一項重要因素。油水比增大,烷基苯磺酸鹽的分配損失隨之增大。界面張力性能評價三元體系在較寬的活性劑濃度(0.025?0.2wt%)和弱堿濃度(0.5?1.4wt%)范圍內與大慶原油形成超低界面張力達103mN/m數(shù)量級或更低。同時，活性劑體系界面張力表現(xiàn)出-3良好的穩(wěn)定性，模擬地層溫度條件下可保持超低界面張力達100d以上國產烷基苯磺酸鹽表面活性劑與國外同類表面活性劑的結構相似，以單核烷基苯磺酸鹽為主，包含少量的二烷基苯磺酸鹽和環(huán)烷基苯磺酸鹽等。采用膜式、吹SO3氣體的磺化工藝生產烷基苯磺酸鹽表面活性劑可以使磺化反應進行的較完全，副反應少，產品結構以單核烷基苯磺酸鹽為主，平均當量和當量分布與大慶原油的平均相對分子質量相匹配，有良好的化學穩(wěn)定性。烷基苯磺酸鹽在界面張力特性及其他三元復合驅評價指標上均達到甚至超過了國外同類表面活性劑，適用于弱堿化三元復合體系。烷基苯磺酸鹽弱堿體系對油水界面張力的影響強堿三元復合驅存在嚴重的結垢問題，影響油田生產，因此三元復合驅的弱堿化是急需解決的問題．實現(xiàn)三元復合驅弱堿化的關鍵是表面活性劑的研制和性能改進．研究烷基苯磺酸鹽的結構對復合驅油體系油水界面張力的影響，對于選擇驅油體系的表面活性劑，指導表面活性2．4烷基苯磺酸鹽平均當量對復合體系界面張力的影響2．4烷基苯磺酸鹽平均當量對復合體系界面張力的影響2．4烷基苯磺酸鹽平均當量對復合體系界面張力的影響劑的生產是重要的．對于酸值低、含蠟量高的大慶原油，研制或選擇適合弱堿化三元復合驅的表面活性劑難度大．4．1烷基苯磺酸鹽弱堿復合體系的動態(tài)界面張力特性十四和十六烷基苯磺酸鹽弱堿復合體系與原油間的動態(tài)界面張力降到最低值的時間很短，但隨時間增加又迅速升高．十八烷基苯磺酸鹽弱堿復合體系與原油之間的動態(tài)界面張力降到最低值的速度相對較慢，且達到最低值后基本保持平衡．4.2烷基苯磺酸鹽平均當量對復合體系界面張力的影響弱堿復合驅體系，十八烷基苯磺酸鹽的烷基C數(shù)較適宜，能達到超低界面張力。適合油水的弱堿復合驅體系的烷基苯磺酸鹽當量為430左右前景根據我國主力油田目前普遍處于進人三次采油階段，結合目前三元復合驅表面活性劑研究進展及礦場實驗情況，三采表面活性劑已進入工業(yè)化發(fā)展階段。以大慶油田為例，以重烷基苯磺酸鹽為主的三元復合驅已經進入工業(yè)化大規(guī)模推廣應用階段，目前啟動區(qū)塊有?廠北一斷東、二廠南五、三廠北j西和陰廠一礦，“十一五”期間規(guī)劃安排三元復合驅試驗區(qū)5個，三元復合驅推廣區(qū)塊10個，年計劃表面活性劑用量1萬t?10萬t。由于種種原因，實際開展的區(qū)塊可能延遲調整，但每年表面活性劑的用量將呈平穩(wěn)增長態(tài)勢，三元復合驅用表面活性劑產品市場前景良好。6結語隨著不可再生資源的日益減少，三次采油技術將會越來越受到重視，而三次采油技術的發(fā)展對表面活性劑的要求將會越來越高。不僅要求它具有低的油水界面張力和低吸附值，而且要求它與油藏流體有較好的配伍和較低成本，以及減輕對地層的傷害。雖然目前石油價格大幅度上漲，但表面活性劑的成本仍是制約三次采油表面活性劑驅發(fā)展的主要因素，所以對驅油用的表面活性劑體系提出了適應性強、吸附損失少和成本低的要求。使油田可持續(xù)發(fā)展，保持石油戰(zhàn)略穩(wěn)定，開發(fā)出高效廉價表面活性劑及優(yōu)化復配體系，實現(xiàn)產業(yè)化，滿足我國陸上油田三次采油的需要，是行業(yè)廣大科研開發(fā)技術人員今后應承擔起來的光榮使命和責任.參考文獻程杰成?王德民?李群，等?大慶油田三元復合驅礦場試驗動態(tài)特征[J]?石油學報，2002,23(6)：37—40.Wang