驱油表面活性剂体系的筛选(终).doc

驱油用表面活性剂体系的筛选陈勇 长江大学工程技术学院徐乾承 川庆钻探地质勘探开发研究院摘要：本文研究了十余种阴离子、非离子、阳离子、两性离子表面活性剂及助剂及其复配体系对林南原油油水界面张力的影响情况。通过研究我们发现一种溶解性及界面活性俱佳的表面活性剂复配体系，该体系由石油磺酸盐JH07S及两性离子表面活性剂JHJ复配而成，复配比例为10：1。该体系可在较低活性剂浓度水平与林南原油形成超低界面张力。关键词：表面活性剂 复配体系 超低油水界面张力The screening of the system of surfactant for chemical flood Chen yong Yangztze university college of technology and engineeringXuqianchen GeologicalExplorationandDevelopmentResearchInstitute.CCDCAbstract: this paper study on the situation of the impact of the lingnan oil-water interfacial tension with more than 10 kinds of anion and cation, nonionic surfactant, zwitterion and fertilizer and its complex systems. Through the research, we found a surfactant complex system, which its solvability and interfacial activity are both good. The system mixed with petroleum sulfonate JH07S and zwitterion surfactant JHJ, the proportion of complex was 10：1. This system could made ultra interfacial tension with lingnan oil at low levels of surfactant concentration.Keywords: surfactant, complex systems, ultra interfacial tension1.前言驱油表面活性剂一般为阴离子表面活性剂（以下简称表活剂），如烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐、石油羧酸盐。通过驱油表活剂之间的复配以提高界面活性及效率已经进行了很多研究12，本文主要通过实验筛选出一种表面活性剂复配体系，使得林南原油油水界面张力达到超低。2.实验及实验结果据所给林南油田矿化度表数据，其地层水总矿化度为42299mg/L，Ca2+浓度为1918.6mg/L，Mg2+浓度为133.74mg/L。对于这样高矿化度及Ca2+、Mg2+浓度的注入水样品，一般驱油用的表活剂烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐、石油羧酸盐溶解性均不好，即使有部分溶解，其溶液的界面活性亦很差，为此我们对十余种阴离子、非离子、阳离子、两性离子表面活性剂及助剂进行了大量复配试验，得到了一种溶解性及界面活性均好的表面活性剂复配体系，该体系由石油磺酸盐JH07S及两性离子表面活性剂JHJ复配而成，复配比例为10：1（商品重量比）。该体系可在表面活性剂浓度为0.10.3%时和林南原油很快达到超低界面张力。（注：本文界面张力用美国Texas500型旋转滴界面张力仪测定，所涉及到界面张力值均为稳定值，表面活性剂浓度均为所含活性物浓度。）2.1表面活性剂与油田注入水的配伍性试验我们选用了目前油田常用的阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂进行了表面活性剂单剂筛选试验，考察其溶解性及界面活性。我们选用了烷基苯磺酸盐、石油羧酸盐及石油磺酸盐SLPS-A、石油磺酸盐JH07S、石油磺酸JHUN01这五种常用的阴离子驱油表面活性剂进行了油田注入水溶解性及界面活性测定。结果发现：（1）烷基苯磺酸盐及石油羧酸盐在林南注入水中溶解性很差；（2）石油磺酸盐SLPS-A及JHUN01在林南油田注入水中溶解性稍好，但有油相析出，测定其和林南原油的界面张力均很高（10-1mN/m）；（3）只有石油磺酸盐JH07S在林南水中溶解性较好，但仍有少量油相析出，测定其0.1%浓度(重量浓度,下同)溶液在45时与林南原油的界面张力为6.6310-3mN/m（表1）。表1 阴离子表面活性剂与林南油田注入水配伍性阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐石油羧酸盐石油磺酸盐SLPS-A石油磺酸盐JH07S石油磺酸盐JHUN01界面活性不溶不溶1.6210-16.6310-3L/D1.6（注：“L/D”及“球”表示界面张力较大，已超出仪器测量范围。下同。）我们还对非离子表面活性剂OP-10、吐温80，阳离子表面活性剂CTMAB，两性离子表面活性剂JHJ进行了上述试验，这四种表面活性剂均能与林南注入水混溶，但其溶液与林南原油的界面张力很高，以至不能用旋转滴界面张力仪测定。表2 非离子、阳离子、两性离子表活剂与林南油田注入水配伍性活性剂种类OP-10吐温80CTMABJHJ界面活性L/D2.1球L/D1.8球2.2表面活性剂复配试验从上节中我们通过筛选发现石油磺酸盐JH07S在林南注入水中溶解性较好（但仍有少量油析出），且显示出较好的界面活性，因此我们对其界面活性进行了进一步考察，发现JH07S和林南水配成的溶液虽然在45时和林南原油的界面张力为6.6310-3mN/m，但当温度升到75时，和林南原油的界面张力达3.0910-2mN/m，而且和林南注入水配成的溶液有少量油相析出（表3），因此我们通过它和醇助剂和其他表面活性剂的复配,试图改善其溶解性及界面活性。表3 不同温度及浓度条件下JH07S体系与原油界面活性温度 浓度0.05%0.1%0.15%451.1310-26.6310-3602.9010-23.3610-33.0810-3756.4210-23.0910-22.1810-32.2.1和醇助剂的复配试验首先我们试验了JH07S和正丁醇、异丙醇、甲醇这三种常用助剂醇的复配体系，结果发现溶解性及界面活性均无明显改善，界面张力在1.8510-2mN/m至2.8810-2mN/m之间，达不到超低范围（表4）。表4 JH07S（0.1%）与助剂醇复配体系的界面活性（75）助剂醇浓度甲醇异丙醇正丁醇0.02%2.8610-22.1810-22.7610-20.05%1.8510-22.8810-22.1910-20.1%2.5610-22.4410-22.4210-22.2.2和非离子表面活性剂的复配试验前人研究表明36，阴离子表活剂与非离子表活剂复配使用，可以获得比单一表活剂更优良的洗涤性质、润湿性以及其他界面活性。但通过实验发现JH07S和非离子表面活性剂OP-10、吐温20、吐温80的复配体系，在复配后溶解性和界面活性均无明显改善，界面张力为1.4910-2mN/m至5.6810-2mN/m之间，未能达到超低范围（表5）。表5 JH07S（0.1%）与非离子表面活性剂复配体系的界面活性（60） 浓度活性剂0.01%0.02%0.03%0.04%0.05%0.07%0.1%OP-101.4910-21.8910-21.7710-22.8010-22.4010-24.5110-2吐温202.1110-23.6010-24.0910-25.6810-2吐温805.9210-22.4210-22.8810-22.7910-24.2010-23.3610-22.2.3和阳离子表面活性剂的复配试验我们试验了石油磺酸盐JH07S和阳离子表面活性剂CTMAB的复配体系，发现CTMAB的加入使溶解性及界面活性都变差，还出现沉淀（表6）。表6 JH07S（0.1%）与阳离子表面活性剂CTMAB复配体系的界面活性（60）CTMAB浓度0.02%0.05%0.08%0.1%界面张力L/D3.7L/D3.22.8710-21.4810-22.2.4和两性离子表面活性剂的复配试验我们试验了石油磺酸盐JH07S和两性离子表面活性剂JHJ的复配体系，发现JHJ的加入不但使体系溶解性变好，析出油相消失，而且界面活性明显改善，当在JH07S 0.1%的林南注入水溶液中加入0.01%JHJ后，75时的界面张力降至1.1810-3mN/m（表7）。JHJ是一种两性离子表面活性剂，对石油磺酸盐中混溶的油相有很好的增溶作用，并和阴离子表面活性剂JH07S形成混合胶束，排列更加紧密，明显降低了油水界面张力。表7 JH07S（0.1%）与两性离子表面活性剂JHJ复配体系的界面活性（75）JHJ浓度0.005%0.01%0.015%0.025%0.05%界面张力1.2310-21.1810-36.8010-31.8510-2L/D3.2我们系统地测定了60下石油磺酸盐JH07S和两性离子表面活性剂JHJ浓度比为10：1复配时复配前后界面张力的变化（表8）。表8 石油磺酸盐JH07S在和两性离子表活剂JHJ复配前后的界面张力（60）JH07S浓度，%JHJ浓度，%界面张力, mN/m复配前（仅有JH07S）复配后0.050.0052.9010-25.1510-30.100.0103.3610-34.3610-40.150.0153.0810-32.0710-30.200.0204.5810-31.6810-30.300.0305.5110-37.1010-30.500.0508.3010-37.8010-3从上表可以看出，除个别浓度点外，复配后界面活性有明显改善。复配后体系中存在的油相基本消失，溶解性变好。2.3表面活性剂复配体系界面活性和温度、矿化度的关系2.3.1表面活性剂复配体系界面活性和温度的关系我们在上一节的研究中已经得到了石油磺酸盐JH07S和两性离子表活剂JHJ的复配体系（复配比为10:1），它和林南原油的界面张力比单纯JH07S明显降低，溶解性也大为改善，我们对该复配体系在不同浓度、不同温度和林南原油的界面活性进行了考察，得到了如下的数据（表9）。表9 林南注入水、JH07S/JHJ为10：1时测得的界面张力 温度浓度456075SH07S（0.05%）4.8210-45.1510-31.2610-2SH07S（0.1%）1.3310-34.3610-41.1810-3SH07S（0.15%）2.2610-32.0710-32.8010-3SH07S（0.2%）5.1610-31.6810-31.7810-3SH07S（0.3%）7.9810-37.1010-35.7010-3从所得数据可以看出：（1）在不同温度及不同表活剂浓度下，表面活性剂复配体系和林南原油的界面张力均可达到超低界面张力范围（10-3mN/m数量级）。（2）当表活剂浓度较低，如JH07S浓度为0.05%、JHJ浓度为0.005%时，45时的界面张力最低；当表活剂浓度升高，如JH07S浓度分别为0.1%、0.15%、0.2%，JHJ浓度分别为0.01%、0.015%、0.02%时，60时的界面张力最低，当表活剂浓度升高到JH07S浓度为0.3%、JHJ浓度为0.03%时，75时的界面张力最低。根据这一趋势可以推测到，当表活剂体系浓度提高时，其界面活性的耐高温性能也随之增强。2.3.2表面活性剂复配体系界面活性和矿化度的关系为了确认表面活性剂复配体系能耐受50000mg/L以上的矿化度，我们根据林南油田注入水的离子分析数据配制了模拟林南注入水（以下简称模临水）进行耐矿化度试验，并测定了用模临水配制的表活剂复配体系在不同浓度、不同温度下的界面张力（表10）。表10 模临水、JH07S/JHJ为10：1时测得的界面张力 温度浓度456075JH07S（0.1%）2.8610-36.6510-31.9310-2JH07S（0.2%）9.4210-41.5610-42.8410-3JH07S（0.3%）4.2010-35.4610-34.1910-3对比表9与表10可以看出，用模拟水和真实油田注入水配制的界面活性有些差别，但也仍然可以看出当表活剂浓度增高时界面活性耐温性能增强的趋势。因为模拟水具有确定的离子浓度及矿化度，我们在其中不断加入一定量的NaCl，考察不同矿化度下表活剂体系的界面活性（表11、表12）。表11 用模临水配制的表活剂体系（含JH07S0.1%、JHJ0.01%）在矿化度增加后的界面活性 温度加入NaCl浓度45607502.8610-36.6510-31.9310-22.0%7.3210-42.8610-37.7010-34.0%1.0310-31.6110-38.2010-36.0%6.1810-43.6710-36.1410-3表12 用模临水配制的表活剂体系（含JH07S0.3%、JHJ0.03%）在矿化度增加后的界面活性（60）NaCl浓度02.0%4.0%6.0%8.0%10.0%界面活性5.4610-33.0410-31.3910-33.1310-31.9210-32.9010-3从表11、表12可以看出，在模临水中加入NaCl 2%、4%、6%甚至高达10%后界面活性不但没有降低，而且有明显改善。我们注意到，如果在模临水中加入6%的NaCl，则总矿化度已达102299mg/L，所以复合体系耐矿化度的性能是有很大余地的。3.实验结论1通过筛选得到的表面活性剂复配体系可以在较宽的浓度范围（0.05%0.6%）内使得林南原油达到超低界面张力，有利于提高洗油效率。 2该表面活性剂体系具有较好的抗盐性及耐温性，可