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

1、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外表活性剂。室内评价结果说明，该外表活性剂具有良好的界面活 性，配制的复合体系在较宽的外表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，该外表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，

2、由于外表活性剂组成较为单一，可大大降低外表活性剂 在地层中的色谱别离效应。室内天然岩心驱油实验结果说明，三元复合体系活性剂浓度为03(质量分数)，NazCO，浓度为1 4(质量分数)，聚合物浓度为1200nlgL平均驱油效率可比水驱提高20(001P)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2466 (OOIP)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外表活性剂色谱别离矿场试验引言主外表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外表 活性剂，所开展的三元复合

3、驱矿场试验，取得_r较好的增油降水效果。在此根底上，2003年底 以来我们确立了主外表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外表活性剂的攻关方向，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，Na：CO，和NaOH为固体分析试剂纯。1作者简介：

4、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2原料筛选与合成21原料筛选由于传统烷基苯磺酸盐外表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，对外表活性剂生产及产品性能造成很大影响。因此，在新型弱 碱烷基苯磺酸盐外表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)反响器，以空气稀释的气体SO

5、，为磺化剂对原料进行磺化。 本实验的工艺主要包括：空气枯燥、sO，气体发生、磺化反响、老化、水解以及中和等几局部。222反响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响：，_、，1RO)+S03_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；三氧化硫枯燥空气混 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 反响。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，与烷基苯反响。223工艺条件优化及确定本试验是在固定气提塔温度为1802

6、，一次风量为1000Lh不变的条件下，控制反响 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。固定反响条件： 气提塔温度()：1802； 一次风(Lh)：1000； 反响温度()：65； 老化时间(min)：180。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BCl570l：l 20602矗Ol】：1 256536451：1 3070选用正交表k(34)安排试验，表头设

7、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(Lh)20002000 2000 1500 1500 1500 1000 1000 1000 s01(molmin)011280112801128OJ128O 1128011280 11280112801128平均气浓()5 705 705 706 0160l6 01645645645PDB(toolrain)02128020740202502128020740202502128O207402025烃酸比1：12l：1251：1

8、 31：1 21：125l l 3】：l 2l：l 25l：13老化温度()606570657060706065表4试验结果试验序号12356789中和值 140 145 149 141150145147153 活性物()82 9684oo865083 7785 5888 20841587 2489 55 不皂化物() 5 003 632 515oo 3 40 2 54 4 30 310 096 无机盐()260 1 50 250 170 110 220 180 o90 220通过方差分析，得到最正确条件A：B：c：，即 平均气浓：6叭； 烃酸比(molm01)：1：125； 老化温度：65。

9、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外表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 碱化烷基苯磺酸盐外表活性剂小试产品，并对其界面张力性能、界面张力稳定性、黏度稳 3新型弱碱化烷基苯磺酸盐外表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 碱化烷基苯磺酸盐外表活性剂小试产品，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

10、界面张力性能评价 图2为所研制的新型外表活性剂小试产品界面活性图，从图中可以看出，该外表活性剂复合体系在较宽的碱和外表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到达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外表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。结果说明，在三个月的考查时间内，三元复合体系界面张力可以到达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)。这说明新型外表活性剂具有

11、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外表活性剂吸附滞留规律的认识，有助于外表活性剂配方 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别离，从而降低 外表活性剂的持效性。为此，我们，研究了组分相对单一烷基苯磺酸盐外表活性剂的吸附滞留 性能。40lE毫iuR善阻酶E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。结果说明，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C-z的047mgg升高到C。的120mgg，增加了155。 图5为

12、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。结果说明，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乳化性能评价外表活性剂对原汕的乳化性能一直被认为是三采用外表活性剂的覆要指标之一，为此我 们对该外表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外表活性剂配制成0025、005、01、02、035个浓度的一元溶液，外表活 性剂溶液与原油按l：1(体积比)混合，搅拌观测其乳化特征

13、。搅拌后均有短暂的混相期。稍后 缓慢进行油水别离，活性剂浓度越高油水别离速度越慢。实验结果说明，新型弱碱化外表活性 剂ORS一41的乳化性能根本相同(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外表活性剂配制成0025、005、0 1、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，分别参加Na：C03的浓度为08、1o、12、14和14。将不同浓度的二元溶液与原油按1：i混台、搅拌，观察其乳化特征，见 图7。从实验现象上看，随着外表活性剂浓度的升高，水包油型乳化越加严重；

14、反之，随着活性 剂浓度变低油包水型乳化加重。图7碱和外表活性剂二元体系乳化性能3s物理模拟驱油效果评价 为综合考查该外表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，结果说明，新型外表活性剂复合体系活性剂浓度为0 3(质量分数)，Na：CO，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18(001P)以上(见表5)。表5三元体系驱油实验结果量分数)，聚合物浓度为1200mgL的平均驱油效率可比水驱提高18(001P)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(1032)f) ()

15、 (1 ()1t0410105646417 964369 22t一0422105647622 670 27l 63t一0428112344919063 9716t一04126127041 719060 772 O5t一04105189248 417 065 475 56t一04一101163847 818 766 572 57t一04一109】43546 617 564 l78 08t一04一3119955 018 873 867636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外表活性剂对不同油水的适应性差，而新型弱碱化外表活性剂因其组分相对单一、

16、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 根底。Na：CO，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外表活性剂的工业生产在室内研究的根底上，我们进行了新型弱碱烷基苯磺酸盐外表活性剂工业化生产，得到了新 型弱碱化烷基苯磺酸盐外表活性剂工业产品。产品的界面张力性能评价结果说明，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

17、龌啦赫 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试验区根本情况 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1 9m，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

18、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根底数据表l类裹6小井距南井组三元复合驱试验区根底数据表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(t)Jl中心井区 3O22o435794404285240lIl全区271_9o465 35748162079137l52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

19、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2466(OOIP)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26501 26 l 95 3 15 4 70 18 3 25 12 北26504 8 0 99 9 2 1 28 74 1 7116 北26506 15 0 99 5 15 1 93 8 1 5 7全区49198032679 06518946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外表