国标-组分相对单一弱碱烷基苯磺酸盐的研制及在三元复合驱矿场试验中的应用

组分相对单一弱碱烷基苯磺酸盐的研制及在三元复合驱矿场试验中的应用郭万奎1杨振宇伍晓林张国印周淑华大庆油田有限责任公司勘探开发研究院黑龙江大庆163712摘要以“一烯烃为初始原料，经过烷基化再经磺化、中和研制出了组分相对单一、结构合理的新型弱碱烷基苯磺酸盐表面活性剂。室内评价结果表明，该表面活性剂具有良好的界面活性，配制的复合体系在较宽的表面活性剂浓度和碱浓度范围可与原油形成10QMNM数量级的超低界面张力。同时，该表面活性剂既适合强碱又适合弱碱，并且对大庆油田不同区块、不同油层的油水条件表现出了很强的适应性。另外，由于表面活性剂组成较为单一，可大大降低表面活性剂在地层中的色谱分离效应。室内天然岩心驱油实验结果表明，三元复合体系活性剂浓度为03质量分数，NAZCO，浓度为14质量分数，聚合物浓度为1200NLGL平均驱油效率可比水驱提高20001P左右。所开展的小井距三元复合驱矿场试验，取得了比水驱提高采收率2466OOIP的显著效果。关键词三元复合驱组分相对单一烷基苯磺酸盐表面活性剂色谱分离矿场试验引言主表面活性剂研制一直是制约三元复合驱技术大面积推广的“瓶颈”技术之一。从2000年开始，大庆油田采用十二烷基苯副产物重烷基苯为原料研制出了烷基苯磺酸盐类表面活性剂，所开展的三元复合驱矿场试验，取得_R较好的增油降水效果。在此基础上，2003年底以来我们确立了主表面活性剂研制要服从两个需要，即服从地下的需要和服从化工工程的需要，确定_组分相对单一的烷基苯磺酸盐为新型主表面活性剂的攻关方向，并取得了较好效果。实验方法、仪器及化学试剂SO，降膜式磺化器一套由无锡轻工大学研制；精馏装置为美国BR公司全自动精馏装置型号9600；界面张力测定采用美国TEXAS一500型旋转滴界面张力仪。界面张力测定和驱油实验一律在45。C下进行，实验所用油、水为大庆油田三厂脱气脱水原油和注人污水。所用发烟硫酸含20气体SO，NACO，和NAOH为固体分析试剂纯。1作者简介郭万奎1962一，男，硕士研究牛，教授级高级工程师，大庆油EI勘探开发研究院院长大庆油田有限责任公司副总地质师。一3982原料筛选与合成21原料筛选由于传统烷基苯磺酸盐表面活性剂的研制及生产采用的是十二烷基苯的精馏副产物一重烷基苯，其组分繁多、结构复杂，对表面活性剂生产及产品性能造成很大影响。因此，在新型弱碱烷基苯磺酸盐表面活性剂的研制过程中，我们采用了新的原料合成工艺得到了组分相对单一的烷基苯原料原料合成工艺见图1。图1单一组分烷基苯原料合成工艺22磺化工艺优化221实验装置实验中采用目前国内外先进的降膜式等温TO反应器，以空气稀释的气体SO，为磺化剂对原料进行磺化。本实验的工艺主要包括空气干燥、SO，气体发生、磺化反应、老化、水解以及中和等几部分。222反应原理苯环具有亲核性能，SO，易于接受电子，因此SQ作为亲电试剂易与苯环发生亲电取代反应，_、，1ROS03_RO03H日一170KJTOOL1一一烷基苯经过计量泵计量，通过均布器沿磺化器的内壁呈膜式流下；三氧化硫干燥空气混合气体从位于磺化器中心的喷嘴喷出，使烷基苯与三氧化硫在磺化器的内壁上发生膜式磺化反应。在磺化器的内壁与三氧化硫喷嘴之间引入保护风，使三氧化硫气体只能缓慢向管壁扩散，与烷基苯反应。223工艺条件优化及确定本试验是在固定气提塔温度为1802，一次风量为1000LH不变的条件下，控制反应温度为65。C，着重考察烃酸比，平均气浓和老化温度的影响，采用三因素三水平的正交实验设计，以中和值、活性物含量、不皂化物含量和无机盐含量作为评价指标。固定反应条件气提塔温度1802；一次风LH1000；反应温度65；老化时间MIN180。399正交试验所取三因素、三水平见表1。表1正交试验的因素水平表、因素平均气浓烃酸比老化温度OC承孚BCL570LL20602矗OL】125653645113070选用正交表K34安排试验，表头设计如表2。表2正交试验表头设计因素平均气浓A烃酸比且老化温度CL列号123实验所用工艺条件及试验结果见表3和表4。表3试验所用工艺条件试验序号23456789二次风LH200020002000150015001500100010001000S01MOLMIN011280112801128OJ128O112801128011280112801128平均气浓57057057060160L601645645645PDBTOOLRAIN02128020740202502128020740202502128O207402025烃酸比112L1251131121125LL3】L2LL25L13老化温度606570657060706065表4试验结果试验序号12356789中和值140145149141150145147153活性物829684OO8650837785588820841587248955不皂化物5003632515OO340254430310096无机盐260150250170110220180O90220通过方差分析，得到最佳条件ABC，即平均气浓6叭；烃酸比MOLM011125；老化温度65。C。产品分析结果如下中和值1440；活性物9243；不皂化物306；无机盐190。4003新型弱碱化烷基苯磺酸盐表面活性剂性能评价经过原料处理、合成工艺优化，磺化、中和得到了组分相对单一、结构合理的新型弱碱化烷基苯磺酸盐表面活性剂小试产品，并对其界面张力性能、界面张力稳定性、黏度稳定性、吸附滞留、乳化、天然岩心驱油效率以及对不同区块油水的适应性进行了综合评价。31界面张力性能评价图2为所研制的新型表面活性剂小试产品界面活性图，从图中可以看出，该表面活性剂复合体系在较宽的碱和表面活性剂浓度范围内可与试验区原油形成10。MNM数量级的超低界面张力，甚至有的区域界面张力达到10。4MNM数量级，表现出良好的界面活性。凝隶蛔蛙蕞V蜒瓣暮船琳NA2CO。浓度，质量分教图2表面活性剂小试产品界面活性图32三元体系界面张力和黏度稳定性考查了三元体系在45恒温条件F的界面张力稳定性和黏度稳定性。结果表明，在三个月的考查时间内，三元复合体系界面张力可以达到10。MNM数量级，同时，其黏度仍能保持30MPAS以上，降黏率小于30见图3。这表明新型表面活性剂具有较好的界面张力和黏度稳定性能。33吸附滞留性能评价对组分相对单一烷基苯磺酸盐表面活性剂吸附滞留规律的认识，有助于表面活性剂配方的优化，最大限度地降低因活性剂成分在地层条件下的吸附滞留所引起的色谱分离，从而降低表面活性剂的持效性。为此，我们，研究了组分相对单一烷基苯磺酸盐表面活性剂的吸附滞留性能。40LE毫IUR善阻酶图3三元体系界面张力和黏厦稳定性图4分别为C。、C。C1B和C。烷基苯磺酸盐在大庆油砂上的吸附等温曲线。结果表明，随着碳数的增加平衡吸附量增加，CMC降低C。烷基苯磺酸盐除外；平衡吸附量由CZ的047MGG升高到C。的120MGG，增加了155。图5为不同碳数烷基苯磺酸盐在不同平衡浓度条件下的吸附滞留损失率。结果表明，在低的SR衡浓度时活性剂具有相当大的吸附滞留损失率。所以，三元体系中活性剂浓度不宜太低小于O1，质量分数，同时也为不同单一组分烷基苯磺酸盐的复配提供依据。图4单组分磺酸盐吸附等温线图5单组分磺酸盐吸附后损失率34乳化性能评价表面活性剂对原汕的乳化性能一直被认为是三采用表面活性剂的覆要指标之一，为此我们对该表面活性剂一元和二兀体系乳化性能进行了综合评价。341单独活性剂一元体系的乳化性能将表面活性剂配制成0025、005、01、02、035个浓度的一元溶液，表面活性剂溶液与原油按L1体积比混合，搅拌观测其乳化特征。搅拌后均有短暂的混相期。稍后缓慢进行油水分离，活性剂浓度越高油水分离速度越慢。实验结果表明，新型弱碱化表面活性剂ORS一41的乳化性能基本相同见图6。402新型弱碱话性剂图6单独活性剂体系乳化性能342碱活性剂二元体系的乳化性能将新型弱碱化表面活性剂配制成0025、005、01、02、03的5个浓度的二元溶液，为了保持各浓度条件下的界面张力性能一致，分别加入NAC03的浓度为08、1O、12、14和14。将不同浓度的二元溶液与原油按1I混台、搅拌，观察其乳化特征，见图7。从实验现象上看，随着表面活性剂浓度的升高，水包油型乳化越加严重；反之，随着活性剂浓度变低油包水型乳化加重。图7碱和表面活性剂二元体系乳化性能3S物理模拟驱油效果评价为综合考查该表面活性剂王元体系驱油效率，在天然岩心上进行R物理模拟驱油实验，结果表明，新型表面活性剂复合体系活性剂浓度为03质量分数，NACO，浓度为12质403量分数，聚合物浓度为1200MGL的平均驱油效率可比水驱提高18001P以上见表5。表5三元体系驱油实验结果气测渗透率水驱采收率化学驱采收率总采收率含油饱和度序号模型编号1032F11T041010564641796436922T一042210564762267027L63T一04281123449190639716T一04126127041719060772O5T一0410518924841706547556T一04一10116384781876657257T一04一109】43546617564L7808T一04一3119955018873867636对不同油水的适应性由于十二烷基苯的副产物重烷基苯的组成结构不合理，导致由其研制的弱碱化表面活性剂对不同油水的适应性差，而新型弱碱化表面活性剂因其组分相对单一、结构合理，使其对不同的油水具有很强的适应性见图8。为三元复合驱技术在大庆油田大面积推广使用奠定基础。NACO，浓度，质量分数图8不同油水问界而张力曲线高台子，葡I和萨12分别代表大庆油田小同油层4新型弱碱化烷基苯磺酸盐表面活性剂的工业生产在室内研究的基础上，我们进行了新型弱碱烷基苯磺酸盐表面活性剂工业化生产，得到了新型弱碱化烷基苯磺酸盐表面活性剂工业产品。产品的界面张力性能评价结果表明，该产品在较宽的碱NA2CO，O814质量分数和活性剂0103质量分数浓度范围内，三元体系与三厂试验区原油问形成超低界面张力达10。MNM数量级或更低见图9。404赫求越龌啦趟嵌震趟蝗NATCOS浓度，质量分教图9新型弱碱表活剂工业产品界面活性图5小井距弱碱三元复合驱矿场试验取得较好效果51试验区基本情况小井距南井组试验区位于萨北开发区北二区中部，按四点法面积注水外加平衡井的方式布井图10，平均注采井距75M左右，试验目的层为萨12油层。试验区有油水井7口3口注入井，1口中心生产井和3口平衡生产井。试验目的层平均砂岩厚度27M，平均有效厚度19M，平均有效渗透率465斗M2，孔隙体积16207M3，地质储量9137T；中心井区平均砂岩厚度3OM，平均有效厚度22M，平均有效渗透率0435MM2，孔隙体积4285M3，地质储量2401T表6。北2Q_49I塑J誓5麓。北2“北2“掣二黪北2_6一瞥北I磊03一北”1。40批签SL北1四。460舭誉JI。图10小井距南井组试验区井位图4裹6小井距南井组三元复合驱试验区基础数据表L类别砂岩厚度M有效厚度N1有效渗透率岫2试验区面积M2孔隙体积1043地质储量TJL中心井区3O22O435794404285240LIL全区271_9O46535748162079137L52试验效果目前已完成了前置聚合物段塞、三元主段塞、三元副段塞、后续聚合物保护段塞的注入工作，试验已经取得了较好的降水增油效果，中心井北26501井在注入化学剂009PV时见效，注入0378PV时含水由953下降到7018，下降了25，12。日产油从1T上升到4T，日增油3T。该井综合含水在80以下保持了042PV的较长时间。目前13产液12T，日产油1T，含水9337表7。中心井区三元复合驱已取得比水驱提高采收率2466OOIP的显著效果。平衡井北26504井含水下降幅度最大的井点，该井水驱结束时含水999，日产油了OT，注入化学剂0575PV时含水降到了最低值2874，含水下降了7116。目前13产液3T，日产油2T，含水5193。裹7小井距试验区采出井生产数据表水驱结束含水最低时日增油含水下降井号日产灌T日产油CT吉水日产液T日产油T含水T北2650126L953154701832512北265048099921287417116北26506150995151938157全区4919803267906518946结论1采用组分相对单一烷基苯原料合成出的新型弱碱烷基苯磺酸盐表面活性剂具有较好的界面性能，在较宽的表面活性剂005一03，质量分数和碱浓度06一12，质量分数范围内可与大庆原油形成LO。INN数量级的超低界面张力；2室内天然岩心驱油实验表明，三元体系平均驱油效率可比水驱提高18OOIP以上3所开展的小井距三元复合驱矿场试验取得了较好的增油降水效果，中心井区三元复合驱比水驱提高采收率2466OOIP；4组分相对单一、结构合理的新型烷基苯磺酸盐表面活性剂降低了表面活性剂在黏土矿物含量较高的二类油层中的色谱分离效应，可在大庆油田二类油层推广应用。参考文献1伍晓林张国印，王海峰，杨舅，等烷基苯磺酸盐的制备及在三元复