表面活性剂在第三次采油中的应用

双子表面活性剂在三次采油中的应用前景及发展趋势林涛周冠杰王英南吕亚岗何世全编著辽宁石油化工大学化学与材料科学学院•引言•三次采油的简介•表面活性剂驱•总结引言•石油资源是一种重要的战略资源,对国家的经济发展和人民生活水平的提高具有重要作用。然而它并不是取之不尽,用之不竭的,随着勘探开发程度的加深,开采难度会逐步加大,因此提高石油采收率不仅是石油工业界,而且是整个工业界普遍关心的问题。引言•三次采油技术是中国近十年来发展起来的一项高新技术,它的推广应用对提高原油采收率、稳定老油田原油产量起到了重要的作用。三次采油的简介•在世纪年代以前,油田开发主要是依靠油层原始能量进行自喷开采,一般采收率仅为5%～10%,我们称之为一次采油（POR）。这是油田开发早期较低的技术水平,一次采油使左右的探明石油储量被留在地下。三次采油的必要性•随着渗理论的发展,达西定律被应用于流体在多孔介质中的渗流,表明油井产量与压力梯度成正比关系。这使人们认识到一次采油造成原油采收率低的主要原因是油层能量的衰竭,从而提出了以人工注水气的方法,来增补油层能量,保持油层压力开发油田的二次采油方法(SOR)。这是当今世界油田的主要开发方式,使油田采收率提高到,是一次油田开发技术上的飞跃,但二次采油后仍有一剩余残留在地下采不出来。国内外石油工作者进行了大量研究工作,逐步认识到制约二次原油采收率提高的因素,进而提出了新的三次采油方法（EOR）。三次采油的机理•三次采油指油藏经过一次采油依靠油层原始能量、二次采油通过注水补充能量后,采取物理一化学方法,改变流体的性质、相态和改变气一液、液一液、液一固相间界面作用,扩大注人水的波及范围以提高驱油效率,从而再一次大幅度提高采收率。三次采油的主要方法•三次采油提高原油采收率的方法主要分为化学法、混相法、热力法和微生物法等。•根据作用原理的不同,化学法又可以进一步分为碱（Alkaline）驱、聚合物(Polymer)驱、表面活性剂(Surfactants)驱以及在此基础上发展出来的碱一聚合物复合驱(AP驱)、碱一表面活性剂一聚合物复合驱（ASP驱）或表面活性剂一碱一聚合物复合驱(SAP驱)。混相法的分类•根据混相剂的不同,混相法分为溶剂混相驱、烃混相驱、CO2、混相驱、N2混相驱以及其他惰性气体混相驱。在这些混相剂未达到混相压力之前为非混相气驱,近年来又开发出了气一水交替驱（WAG驱）。热力法包括蒸汽驱、火烧油层等。蒸汽驱法•碱驱油技术是三次采油技术中研究应用最早的。•聚合物驱油技术是一种经济有效的提高原油采收率的方法,其主要驱油剂是聚合物,它通过提高水的波及系数来提高采油采收率具体的机理过程•表面活性剂在三次采油中的作用机理主要是加人表面活性剂以降低油/水界面张力,改变岩石湿润性,以利于吸附在岩石颗粒表面的残余油膜的剥离,提高洗油效率,并使油珠或油滴能被注人水带走。表面活性剂(Surfactants)驱•1971年，Bunton等首次合成了一族阳离子型双子表面活性剂。1990年开始，Zhu等合成了阴离子型双子表面活性剂，从此引发了对双子表面活性剂的研究热潮。新型结构的双子表面活性剂不断被报道。表面活性剂(Surfactants)驱•传统的表面活性剂是由一个疏水基和一个亲水的极性头基构成的,改变和提高其表面活性是非常有限的,通常靠加长疏水链或将几种表面活性剂复合使用;而双子表面活性剂是由2个亲水基、2个疏水基和1个联接基构成的(见图1)离子型Gemini表面活性剂具有如下特征性质（1）更易吸附在气/液表面，从而更有效地降低水溶液表面张力。（2）更易聚集生成胶团。（3）Gemini降低水溶液表面张力的倾向远大于聚集生成胶团的倾向，降低水溶液表面张力的效率是相当突出的。（4）具有很低的Krat~相转移点。（5）对水溶液表面张力的降低能力和降低效率而言，Gemini和普通表面活性剂尤其是和非离子表面活性剂的复配能产生更大的协同效应。（6）具有良好的钙皂分散性质。（7）在很多场合，是优良的润湿剂。表面活性剂(Surfactants)驱•通过对亲水基、亲油基以及联接基的改变可合成多种类型的双子表面活性剂,通过改变联接基及疏水基的长度即可轻易改变其性能。由于双子表面活性剂具有诸多优异的性能,故在石油工业有着巨大的应用前景。表面活性剂(Surfactants)驱•传统的表面活性剂分子由于其结构的局限性,其在降低油水界面张力、复配以及增溶等方面的能力很有限。而双子表面活性剂由于其特殊的结构,在很低的浓度下就有很高的表面活性,在加入量很少的情况下就能使油水界面张力降至超低(1×10¯³mN/m),且有很好的增溶及复配能力,在化学驱采油中有巨大的应用前景。表面活性剂(Surfactants)驱•目前,国内许多研究人员对双子表面活性剂用于三次采油都进行了一些研究。但从公开报道看,仅有少数几个小组开展了系统的有针对性的工作.从理论上讲，在极性头基区的化学键合阻抑了原先单链单头基表面活性荆彼此头基之间的分离力，因而必定增强碳链之间的结合。实验证明这是提高表面活性的一个重要突破，而且为实际应用开辟了新的途径。另一方面，由于键合产生的新分子几何形状的改变，带来了若干新形态的分子聚集体，这大大丰富了两亲分子自组织现象，通过揭示新分子结构和自组织行为间的联系有助于深刻认识两亲分子自组织机理。为此Gemini表面活性剂正在成为世界胶体和界面科学领域各主要小组的研究方向。罗亚平院士课题组•罗平亚院士课题组从三次采油用表面活性剂所需性能和存在的问题入手,合成了一系列不同疏水链长度、不同联接基长度的阳离子型双子表面活性剂,系统分析了双子表面活性剂溶液与原油之间的界面张力、表面活性剂溶液的黏度行为及双子表面活性剂的油水界面黏度行为,发现某些双子表面活性剂在气液界面出现反常的吸附行为,可以将油/水界面张力降低至超低,且具有比普通驱油用表面活性剂更低的油水界面黏度。表面活性剂(Surfactants)驱•但由于阳离子表面活性剂易通过静电吸附作用吸附在带负电荷的油层矿物表面,因此用量较大。韩冬课题组针对阳离子双子表面活性剂存在的缺陷,合成出了硫酸盐、磺酸盐型双子表面活性剂及两性双子表面活性剂,并初步研究了这些双子表面活性剂在水/有机相间的界面张力。表面活性剂(Surfactants)驱•李干佐等合成了新型磺酸盐阴离子双子表面活性剂,并研究了非离子双子表面活性剂的动态表面张力及添加剂对其浊点的影响,还考察了与阳离子双子表面活性剂的协同效应。表面活性剂(Surfactants)驱•蒲万芬等模拟三次采油实际环境,研究了阳离子双子表面活性剂在砂岩表面的静态吸附行为以及阳离子双子表面活性剂/疏水缔合水溶性聚合物二元体系与原油的界面张力。表面活性剂(Surfactants)驱•冯玉军课题组重点研究了既能大幅度降低油水界面张力又能增黏的双子表面活性剂体系,使双子表面活性剂能同时发挥三元复合驱体系中表面活性剂和聚合物的功能,并克服高分子表面活性剂的界面张力和高增黏能力不能两全的缺陷和避免使用强碱,由此可将三元复合驱简化为二元驱甚至一元驱。表面活性剂(Surfactants)驱•此外,该小组还对双子表面活性剂结构和性能的关系进行了深入研究,探讨了如何简化双子表面活性剂合成步骤,并通过对合成路线的改进把国内外报道的部分阳离子双子表面活性剂的收率提高到85%以上。总结：三次采油任重道远•综上所述，目前国外对三次采油表面活性剂的合成、应用的研究都高度重视。据预测，由于表面活性剂驱油的独特优越性，表面活性剂驱油和表活剂有关的驱油技术在2015～2020年前后的日产量将会超过聚合物的日常量。因此，结合不同的油藏地质情况，加强对三次采油表面活性剂的合成技术、生产工艺、现场应用的研究，对于推动我国三次采油技术的研发和现场应用具有重要意义。总结：三次采油任重道远•但是目前我国三次采油表面活性剂研究和应用的现状及形势并不乐观。从全国范围来看，目前真正能够用于三次采油的表面活性剂还很少，生产厂家以及产品性能也不够稳定。因此我国在三次采油表面活性剂的开发、生产及应用方面还是任重而道远。只有通过大家的共同努力，才能从根本上改变目前的劣势，进而加快表面活性剂应用于我国三次采油领域的进程。谢谢观赏WPSOfficeMakePresentationmuchmorefun@WPS官方微博@kingsoftwps化学0901