表面活性剂驱油技术

表面活性剂驱油技术在三次采油中，二元复合驱是有效利用聚合物的粘度和活性剂的活性的驱油技术。与单一注聚相比，能更加有效地获得降水增油效果，更大幅度地提高采收率。目前胜利油田复合驱项目规模逐年扩大，驱油效果逐渐显现，其中：在孤东油田、孤岛油田见到明显的效果。在复合驱中活性剂作为其中的一种重要组分起着增加洗油效率的重要作用，由于不同区块的油藏地质条件差别较大，我公司成立专门的研究小组研究适用于不同区块复合驱的活性剂。即HX系列新型非离子-阴离子型表面活性剂体系。HX驱油用表面活性剂是一种适合在高温、高矿化度条件下使用的新型非离子-阴离子两性表面活性剂。该表面活性剂既保持了非离子、阴离子表面活性剂的优点,又克服了各自的缺点,是一类性能优良的驱油用表面活性剂。HX驱油用表面活性剂是由多种活性成份组成，兼具非离子、阴离子活性剂的优点，但比阴离子活性剂耐盐能力更强，又比非离子活性剂更耐高温，并且与聚合物有良好的兼容性。该剂地层条件下稳定，不分解，可在高达270℃的条件下使用。其主要特点：能显著降低油水之间的界面张力，0.5%的活性剂即可将油水界面张力降至1×10-3mN.m-1；具有良好的热稳定性和水解稳定性；具有良好的耐盐性；具有极强的增溶性能和突出的分散性能；与其他表面活性剂具有优异的配伍性。可广泛应用于油田二元、三元复合驱油用表面活性剂体系，或直接做驱油剂使用。11、HX驱油用表面活性剂技术指标项目指标外观浅黄色至棕黄色均匀液体密度（20℃，g/cm3）0.95-1.10固含量，%≥45PH值（1%水溶液）7.0-9.0水溶性（10%水溶液）与水混融，均匀，无沉淀界面张力（mN/m）≤1×10-3洗油效率（%）≥702、HX驱油用表面活性剂结构特点根据胜利油田的实际情况，我们对研发的表面活性剂有以下要求：表面活性剂体系性能稳定，在油砂上吸附量小，并能够显著降低界面张力；以胜利石油磺酸盐为主剂，所研制的产品与之配伍性好；与石油磺酸盐的复合体系与聚合物配伍性好；经济可行。研究思路：以常用的适应性较强的聚醚类活性剂为主，经过适当的改性合成阴离子非离子两性活性剂根据以上思路，合成了如下结构式的活性剂：R1—C--OR2R3M其中：R1为聚醚碳链；2R2为烷基或环烷基碳链（根据区块的油品性选用不同的基团）；R3为阴离子基团，可为羧酸盐也可为硫酸基或磺酸基团，本研究中采用磺酸基；M为金属离子。R1聚醚碳链，是以羟基(-OH)或醚键为亲水基的两亲结构分子，由于羟基和醚键的亲水性弱，因此分子中必须含有多个这样的基团—才表现出一定的亲水性，这与只有一个亲水基就能发挥亲水性的阴离子和阳离子是大不相同的。正是由于非离子表面活性剂具有在水中不电离的特点，决定了它在某些方面较离子型表面活性剂优越，如在水中和有机溶剂中都有较好的溶解性，在溶液中稳定性高，不易受强电解质无机盐和酸、碱的影响。由于它与其他类型表面活性剂相容性好，所以常可以很好地混合复配使用。非离子表面活性剂有良好的耐硬水能力，有低起泡性的特点，同时它具有分散、乳化、润湿、增溶多种性能，因此在合成活性剂时首先选用了聚醚碳链。R2为亲油基团，一般为C12～C20范围的正构烷基或带有直链烷烃的苯基。其中正构烷基主要用于含蜡基原油的区块，带有直链烷烃的苯基适用于稠油含沥青质胶质较多的原油（根据大量的实验得出的经验结论），烷基碳原子一般为C14～C18，以C15～C16洗油能力最强。它的毒性和对皮肤的刺激性都比低。R3磺酸基是一种合成阴离子表面活性剂优良的基团，它的化学性质一般稳定，在酸性或碱性介质中以及加热条件下都不会分解。与次3氯酸钠过氧化物等氧化剂混合使用也不会分解。它可以用烷基或环烷基经过磺化反应制备。磺酸基特别容易与其他物质产生协同作用(把两种物质混合后能产生比原来各自性能更好的使用效果叫协同作用)，因此它常与非离子基团无机助剂复配使用，以提高洗油效果。它与钙镁离子不会生成钙皂沉淀，但生成的烷基苯磺酸钙不易溶于水，只能分散在水中使它的洗涤能力降低。因此在分子式引入聚醚基团以减小钙镁离子的影响。HX驱油用表面活性剂使用性能一、测试条件区块一测试用油：孤东六区Ng31-53脱水原油测试温度：70℃测试用水：矿化度8918mg/L，Ca2+、Mg2+299mg/L区块二测试用油：埕东西区Ng331脱水原油测试温度：60℃测试用水：矿化度6246mg/L，Ca2+、Mg2+82mg/L测试用石油磺酸盐：1、胜利石油磺酸盐2、中孚石油磺酸盐。实验用仪器：TX-500型旋转滴界面张力仪。二、实验方法1.固含量41.1称量清洁干燥的称量瓶的质量，精确至0.001g，记作W1。1.2在称量瓶中加入约2g表面活性剂试样，使试样均匀平铺于称量瓶中，精确至0.001g，记为W2。1.3将1.2中装有试样的称量瓶置于恒温干燥箱中，（105±2）℃下恒温烘干2.5h。1.4取出称量瓶，放入干燥器内，冷却30min后称量，精确至0.001g，记为W3。1.5按式（1）计算固含量：S=W3－W1×100%………………（1）W2－W1式中：S----固含量；W1----称量瓶的质量，g；W2---未恒温前样品和称量瓶的质量，g；W3----恒温后样品和称量瓶的质量，g。2.pH值用分析天平称取1.0g活性剂样品于烧杯中，精确至0.001g，用量筒量取99mL蒸馏水加入烧杯，充分搅拌溶解后用pH计测定。如要求不高时，用广泛pH试纸测量也可。3.水溶性用分析天平准确称取20g样品，精确至0.001g。分别称取（200-20）g对应的矿化水置于500mL烧杯中，开动磁力搅拌器在（200±20）5r/min下沿旋涡壁慢慢加入试样，加热到40℃后，继续10min，所得溶液浓度为10%。目测，无悬浮物、无沉淀判定合格。4.界面张力用分析天平准确称取0.3g该区块现场应用的石油磺酸盐，准确称取0.1g表面活性剂，精确至0.001g，置于500ml的烧杯中,称取对应的模拟盐水或注聚站污水99.6g,开动恒速磁力搅拌器在（200±20）r/min下内慢慢加入污水，然后继续在（200±20）r/min转速下搅拌10min，所得溶液浓度为4000mg/L。用该区块脱水后油样，在该区块油藏温度下用界面张力仪测定。5.表面活性剂与石油磺酸盐比例复配用分析天平准确称取对应的石油磺酸盐与表面活性剂，精确至0.001g，比例分别为1:1、2:1、3:1。按总浓度为0.4%，加入一定量的对应的模拟盐水或注聚站污水。按4所述方法进行配制、搅拌。然后分别进行界面张力测量。6.浓度窗口的检测按4中所述用分析天平准确称取对应的石油磺酸盐与表面活性剂，比例3：1,称取样品与500ml的烧杯中，称取对应的模拟盐水或注聚站污水分别配制成浓度分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的母液分别检测界面张力。7.抗吸附性的检测用分析天平准确称取25g对应的地层油砂，精确到0.01g，放入250mL葡萄糖瓶中。加入75g活性剂溶液（PS：S=3：1浓度0.4%）6精确至0.01g，使固液比为1：3，盖紧塞子，置于恒温水浴振荡器中，在油藏温度下振荡24h后，取出样品，取上部清液，测定吸附前后溶液的浓度及界面张力变化。8.热稳定性的检测按4所述配制石油磺酸盐与表活剂的比例为3：1，浓度为0.4%的母液，按油藏温度放入恒温箱中，检测1、3、7、10、20、30天的界面张力。要求界面张力10-2mN/m。9.与聚丙烯酰胺的复配性能取对应的聚丙烯酰胺干粉，用对应的模拟盐水或注聚站污水配制1500mg/l聚合物溶液。用分析天平准确称取石油磺酸盐与表面活性剂，比例为3：1。用1500mg/l聚合物溶液配制浓度为0.4%的母液，复配后母液放置24h后，检测表观粘度、界面张力。要求表观粘度变化较小，界面张力10-2mN/m。10.抗钙、镁离子检测按4中所述用分析天平准确称取对应的石油磺酸盐与表面活性剂，比例3：1,称取样品与500ml的烧杯中，在对应的模拟盐水或注聚站污水中加入100mg/l的CaCl2，溶好后将称好的表活剂与石油磺酸盐样品配成0.4%的溶液，检测界面张力，如果界面张力10-2mN/m，然后在上述配好的含有100mg/l的CaCl2模拟盐水或注聚站污水中再次加入100mg/l的CaCl2，再次重新按4所述称取表活剂与石油磺酸盐样品，将称好的样品配成0.4%的溶液，检测界面张力。反复7进行此操作，直至界面张力≥10-2mN/m。11.洗油效率的检测1）油砂老化将地层油砂洗净后与试验区块原油按5：1比例（质量比）混合，放入地层温度下恒温老化7天，每天定时搅拌，使油砂混合均匀。2）洗油方法用分析天平准确称取定量（5克）的油砂与0.3%的表面活性剂溶液（50g）混合，精确到0.01g，在油藏温度下老化，期间定时摇动。老化24h后，将上部溶液部分倒入分液漏斗，用石油醚萃取溶液中的原油，用分光光度计在波长430nm处比色分析。计算表面活性剂溶液中原油浓度，计算得出上层溶液中的原油量m。同时使用石油醚对洗油用同质量的油砂进行洗油，测定油砂表面附着原油质量M。原油洗脱率可用下式表示：δ=m/M×100%12.地层油砂替代用石英砂处理方法：将不同目数的石英砂用自来水洗3～5遍，再用蒸馏水冲洗3遍，洗的过程要充分搅拌，烘干后按比例混合后代替地层油砂。三、结果及讨论1、HX驱油用表面活性剂使用浓度对界面张力的影响大量试验证明，当油水界面张力低时，油滴容易变形，油滴通过喉道时，阻力减小，这样亲水岩石中处于高度分散状态的残余油就会8被驱替出来，在一定的驱替液粘度和驱替速度下，油水界面张力越低，越有利于提高采收率，形成流动油，降低界面张力是表面活性剂驱的基本依据。二元复合驱中表面活性剂的作用就是降低油水界面张力，那么活性剂的用量多大才能达到最佳的洗油效率呢，我们在不同浓度表面活性剂条件下测试了界面张力，如图1。图1活性剂浓度对界面张力的影响注：测试条件：区块一（孤东六区油水及温度）图1为HX驱油用表面活性剂浓度对界面张力的影响,可以看出随着HX驱油用表面活性剂浓度的增加界面张力迅速下降。在较大范围内均可达到10-3mN/m的超低界面张力,表明该活性剂具有很高的活性。2、矿化度对体系界面张力的影响不同浓度时活性剂的活性剂02040608010050015002500350045005500浓度,mg/L界面张力,*10-39图2NaCl浓度对界面张力的影响注：测试条件：区块一（孤东六区油水及温度）图2为NaCl对HX驱油用表面活性剂体系界面张力的影响,从中可知0.3%的HX驱油用表面活性剂体系随矿化度而增加,界面张力下降,矿化度达到9000ppm后,界面张力随矿化度增加而上升,可见在活性剂浓度较高时,存在界面张力最低值的最优含盐量。当HX驱油用表面活性剂为0.1%时,矿化度对界面张力的影响很小,而HX驱油用表面活性剂为0.05%时,界面张力随矿化度增加而减小,且变化幅度较大。由于最低界面张力处对应的状态是活性剂在界面两侧的分配系数接近1(两相体系),或剩余油相和剩余水相中活性剂分配系数为1(三相体系),此时体系的盐度为最佳盐度。高于或低于最佳盐度,都会使活性剂分子的分配系数偏离1的状态,从而导致界面张力上升。盐的加入虽然能使低张力区变宽,但盐的浓度仍然限制在一定范围内,当盐(氯化钠)的浓度超过限量后不但界面张力不断上升,并10且在驱油过程中也会使活性剂的吸附量增加,加大活性剂的消耗量。3、HX表活剂与聚合物复合体系的性能为了测试HX驱油用表面活性剂对聚合物的配伍性，我们使用华兴驱油用聚丙烯酰胺与HX驱油用表面活性剂配伍进行测试，结果列于下表：体系名称复合体系最低界面张力单表活剂界面张力复合体系粘度单聚合物粘度HX表活剂+华兴聚合物7.188×10-36.365×10-337.3538.08表1HX表活剂与聚合物复合体系的性能注：测试条件：区块一（孤东六区油水及温度）由表1可知,HX驱油用表活剂与华兴聚合物的配伍性较好，复配后还能保持超低的界面张力，而且HX表活剂