石油磺酸盐驱油效果评价

烷基苯磺酸盐驱油效果评价综述三元复合驱及其发展过程1．1油田的三次开采石油的开采目前一般经历3个阶段:第l阶段是利用油田原有的能量开采，采收率只有10%〜20%；第2阶段为注水阶段，通过注水维持地层压力，据统计，我国油田早期注水驱采收率最终也只有25%〜45%；第3阶段为强化开采阶段，即三次采油阶段，主要依靠物理化学方法。近20年来，世界各国石油界一直在探索从地下（包括枯竭的油层中）采出更多石油的技术。在众多的三次采油技术当中，化学驱油是目前效果比较好的方法，而化学驱中又当属三元复合驱效果最佳。1．2三元复合驱原油的采收率是指采出原油与原油地质储量的百分比，而原油的采收率则是由驱油效率和波及效率这两个因素来决定的。三元复合驱（碱A+表面活性剂S+聚合物P,简称ASP体系）提高采收率最本质的作用是从两个方面同时发挥作用:即降低油水间的界面张力，同时也扩大波及体积，因而比单一组分具有更高的采收率。在这其中，表面活性剂所起的作用是降低油水界面张力，使其降至10mN/m数量级，从而提高驱油效率，以达到提高采收率的目的1．3三元复合驱的发展我国的三次采油化学驱的工作开展较早，1979年，原石油工业部就将三次采油列为我国油田开发十大科学技术之一，成立了专项领导小组，开始组织国内有关科研单位和油田着手进行了国内外三次采油技术调研，并组织与国外技术合作，引进先进技术，揭开了我国三次采油高速发展的序幕。1982年，在对国外5个主要石油生产国10余种三次采油方法筛选、综合分析的基础上，对我国23个主力油田进行了三次采油方法粗筛选；1984年开始，与日本、美国、英国和法国等国，在大港、大庆和玉门等油田进行聚合物驱油和表面活性剂驱油技术合作，为我国在较短时间内吸收和掌握20世纪80年代国际三次采油先进技术创造了条件；“七五”、“八五”期间连续列为国家重点科技攻关项目，遵循“立足国情，着眼三次采油转化为生产力，加快实现工业化应用步伐”的指导思想，组织了国内中国科学院、大学、石油院校和油田有关科研单位，组成了“产、学、研”大型联合技术攻关，取得了重大的成果圈。目前，我国三元复合驱技术开展的比较早并已取得较大成果的是大庆油田。大庆油田的二元复合驱技术经过了“八五”和“九五”期间的攻关，已在三元复合驱的机理研究及矿场试验等方面取得了重要进展。随着大庆油田化工有限公司东吴公司2万和3万1/a重烷基苯磺酸盐生产装置投产，标志着大庆油田的三元复合驱技术已经进入到了工业化应用。1.4三元复合体系对表面活性剂的要求：现有资料表明，适合三元复合驱的表面活性剂必须达到下列技术指标：三元复合体系与原有的界面张力要达到10-3mN/m数量级，并且低张力区域较宽，有广泛的适应性。三元复合体系中表面活性剂的总浓度小于0.6%，因而研究的表面活性剂需具有很好的抗稀释性，在低浓度时也应具备超低界面张力，且保证整个驱替过程中不发生严重的色谱分离现象。能与碱，聚合物有良好的配伍性，避免出现相分离沉淀现象，产品具有一定的稳定性。(4)表面活性剂在岩石上的滞留损失量应小于1mg/g岩心。5)三元复合体系在天然岩心上的驱油效率比水驱提高15%以上。1.5国外驱油用的表面活性剂研究现状及发展趋势国外从1927年开始研究化学驱油，通过几十年来的室内研究与试验，证实了三次采油用化学驱替液可以提高采收率，国外首先采用表面活性剂胶束溶液/聚合物段塞驱油。国外三次采油用的表面活性剂工业化产品主要有两大类：一为以石油磺酸盐为主的表明活性剂，二为以烷基苯磺酸盐为主的表面活性剂，这两种表面活性剂原料都取自原油，原料来源广数量大，因而也是国外用量最大的表面活性剂。有关石油磺酸盐或磺酸盐的合成的一般介绍及其相行为的研究，国内外有大量的报道，文献对于成分复杂的石油磺酸盐，其产品对大的问题首先是要做到质量稳定,Witco和Petrostep两家公司提供的产品基本上能满足实验室研究的需要，但国内厂家生产的SPS无法保持产品的稳定性，同时作为复合驱技术主要应用地区的大庆油田,原油属于石蜡基,芳烃含量较少,收率低。1.6国内驱油用的表面活性剂研究现状及发展趋势我国三次采油使用表面活性剂也有20多年最早开展和研究的单位是大庆油田和玉门油田。之后北京石油勘探开发科学研究院,北京化工大学,江汉石油学院,中国科学院化学所等单位也陆续参与研究。国内一开始驱油用的表面活性剂主要集中在石油磺酸盐上,后来逐渐研究石油羧酸盐,烷基苯磺酸盐,木质素磺酸盐等表面活性剂。本文主要介绍的是烷基苯磺酸盐驱油效果评价方面的问题,以下是目前研究烷基苯磺酸盐的几个方面：1.1烷基苯磺酸盐的基本概况烷基苯磺酸盐的原料主要是十二烷基苯精馏副产物——重烷基苯。目前,国内重烷基苯的产量可达3万吨/年左右。从烷基苯的组成上看,其大部分是可磺化的。目前,工业中烷基苯主要采用的是膜式气体SO3磺化装置磺化,产品中无机盐含量低,质量好。但是重烷基苯的组成性能随烷基苯的合成工艺不同会有所差异,所以必须对重烷基苯原料组成进行分析、处理,去除二苯烷、茚满、萘满等不利组分,经磺化、中和后可以得到性能稳定的三元复合驱用表面活性剂。烷基苯磺酸盐的原料易得，制备简单，并且其界面活性好，具有一定使三元复合驱工业化推广的潜力。大庆油田已经对该项技术研究了近十年，无论是以十二烷基苯精馏副产物为原料生产的多组分烷基苯磺酸盐表面活性剂，还是以a烯烃为原料生产的组分相对单一的烷基苯磺酸盐表面活性剂，在矿场试验中都取得了很好的效果。经过中试放大，烷基苯磺酸盐在大庆油田已工业化生产，年产量达到5万吨/年。2烷基苯磺酸盐类表面活性剂研究三元复合驱驱油机理研究结果表明,只有当表面活性剂的平均当量和当量分布与原油的平均分子量和碳链分布相匹配时,才能使三元体系与原油形成超低界面张力;同时考虑到原料结构性能与界面张力稳定性密切相关,所以在合成三采用表面活性剂时,需对现有的重烷基苯进行一定程度的处理。2.1烷基苯磺酸盐的性能评价在较宽的活性剂浓度(0.05wt%~0.3wt%,有效)和碱浓度(0.6wt%~1.2wt%)范围内烷基苯磺酸盐复合体系均能与原油形成超低界面张力达10-3mNPm数量级或更低。2．1体系特点2．1．1在较低的浓度下能使油水形成超低界面张力三元复合驱体系很重要的一个特性是可以大幅度降低油水之间的界面张力，一般为10mN,m数量级，从而达到提高原油采收率的目的。而要求在较低的浓度下达到这一要求，主要是考虑到三元复合驱的经济性。从大庆油田目前的情7兄来看，达到这一要求是没有问题的?东吴公司重烷基苯磺酸盐产品在质量分数为0.05%、碱质量分数为0.6%的情况下，即可以使大庆油田的大部分油水间的界面张力达到要求.原料组成较为清晰从产品目前的应用实践来看，表面活性剂的分子量应该有一定的分布范围，以提高与原油的配伍性，但原料过于复杂，也会造成影响产品质量因素的复杂化，给产品的稳定性带来影响。与石油磺酸盐相对比，重烷基苯的组成还是相对比较清晰的。到目前为止，已经大致搞清了重烷基苯原料由二烷基苯单烷苯、烷基萘满(茚满)及烷基萘和二苯基烷等组成，为下一步的稳定生产创造了条件。适用范围较广以烷基苯磺酸盐为主剂的三元复合驱体系与原油的配伍性较好2．3产品的指向性这里所说的产品指向性是指一个复配体系，只是针对于一个特定的油水而开发，一般只针对一种油水有作用。对于不同的油田，甚至同一油田的不同区域，则需要不同的复配体系来适应不同的要求。这样所带来的问题是随着产品的推广，产品的品种迅速增加，进而造成影响产品质量因素互相制约，给产品的生产带来不小的压力。3应用大庆油田对于重烷基苯磺酸盐的应用已经进入到了工业化推广的阶段。由于其提高采收率的优良特性，目前已应用在二类油层上。以大庆油田采油一厂的北一断东区块为例，北一断东区块面积为1.91km，储量240.71万t。目前已开米了40多年，通过水驱，已经拿出原油60多万t；现采用三元复合驱，新打112口井，其中注入井49口，采油井63口。从2006年11月开始，注入以重烷基苯磺酸盐为主表面活性剂的三元复合驱油体系，日注入量17t（50%活性物），2006年12月开始逐步见到效果。到2007年3月底，63口油井已全面见效，日产油达490t,综合含水86.92%，平均单井日产量为7.8t,已累计增油4.15万t,与水驱结束时相比，日产油量上升347t,综合含水下降了9.78%。这一成果显示出了三元复合驱技术应用在二类油层的可行性和实力，将为大庆油田的开发揭开新的一页。烷基苯磺酸盐在油水中的分配目前,表面活性剂复配体系由于其协同效应,可以更大幅度地降低油水之间的界面张力,有效地提高原油采收率,因此,矿场使用的表面活性剂多为复配体系。但是,当复配体系流经多孔介质时,由于活性剂本身结构和性质的差异、地层流体（油、水）性质及岩石表面性质等因素的影响,导致表面活性剂复配体系发生程度不同的色谱分离,其结果改变了原有体系的最佳比例,使其协同效应降低或消失,最终使驱油效率下降。因此,表面活性剂复配体系的色谱分离问题成为一项重要的研究课题。除吸附之外,表面活性剂复配体系在油水中分配的差异是造成其色谱分离的另一个重要因素。研究不同表面活性剂在油水中的分配规律对于认识复配体系色谱分离的影响因素,进而提出确保复配驱油体系在地下运移过程中长期有效的方法具有实际意义。烷基苯磺酸盐与油接触后在油水中的分配比及其分配损失与其本身的结构有关。分子量增大,烷基苯磺酸盐在油水相间的分配比增大,分配损失也增大。同样分子量的烷基苯磺酸钠,其直链结构的分配损失大于支链结构的分配损失。烷基苯磺酸盐与油接触后的分配损失与油相性质有关。烷基苯磺酸盐与不同烃类接触后的分配损失不同,烷基苯磺酸盐与正构烷烃、环烷烃、芳烃接触后,其分配损失的顺序为:芳烃＞环烷烃＞正构烷烃。烷基苯磺酸盐与油接触后的分配损失与水相性质有关。水相的含盐度增大,烷基苯磺酸盐的分配损失随之增大。油水比是影响烷基苯磺酸盐在油水中分配的一项重要因素。油水比增大,烷基苯磺酸盐的分配损失随之增大。界面张力性能评价三元体系在较宽的活性剂浓度(0.025〜0.2wt%)和弱碱浓度(0.5〜1.4wt%)范围内与大庆原油形成超低界面张力达103mN/m数量级或更低。同时，活性剂体系界面张力表现出-3良好的稳定性，模拟地层温度条件下可保持超低界面张力达100d以上国产烷基苯磺酸盐表面活性剂与国外同类表面活性剂的结构相似，以单核烷基苯磺酸盐为主，包含少量的二烷基苯磺酸盐和环烷基苯磺酸盐等。采用膜式、吹SO3气体的磺化工艺生产烷基苯磺酸盐表面活性剂可以使磺化反应进行的较完全，副反应少，产品结构以单核烷基苯磺酸盐为主，平均当量和当量分布与大庆原油的平均相对分子质量相匹配，有良好的化学稳定性。烷基苯磺酸盐在界面张力特性及其他三元复合驱评价指标上均达到甚至超过了国外同类表面活性剂，适用于弱碱化三元复合体系。烷基苯磺酸盐弱碱体系对油水界面张力的影响强碱三元复合驱存在严重的结垢问题，影响油田生产，因此三元复合驱的弱碱化是急需解决的问题．实现三元复合驱弱碱化的关键是表面活性剂的研制和性能改进．研究烷基苯磺酸盐的结构对复合驱油体系油水界面张力的影响，对于选择驱油体系的表面活性剂，指导表面活性2．4烷基苯磺酸盐平均当量对复合体系界面张力的影响2．4烷基苯磺酸盐平均当量对复合体系界面张力的影响2．4烷基苯磺酸盐平均当量对复合体系界面张力的影响剂的生产是重要的．对于酸值低、含蜡量高的大庆原油，研制或选择适合弱碱化三元复合驱的表面活性剂难度大．4．1烷基苯磺酸盐弱碱复合体系的动态界面张力特性十四和十六烷基苯磺酸盐弱碱复合体系与原油间的动态界面张力降到最低值的时间很短，但随时间增加又迅速升高．十八烷基苯磺酸盐弱碱复合体系与原油之间的动态界面张力降到最低值的速度相对较慢，且达到最低值后基本保持平衡．4.2烷基苯磺酸盐平均当量对复合体系界面张力的影响弱碱复合驱体系，十八烷基苯磺酸盐的烷基C数较适宜，能达到超低界面张力。适合油水的弱碱复合驱体系的烷基苯磺酸盐当量为430左右前景根据我国主力油田目前普遍处于进人三次采油阶段，结合目前三元复合驱表面活性剂研究进展及矿场实验情况，三采表面活性剂已进入工业化发展阶段。以大庆油田为例，以重烷基苯磺酸盐为主的三元复合驱已经进入工业化大规模推广应用阶段，目前启动区块有•厂北一断东、二厂南五、三厂北j西和阴厂一矿，“十一五”期间规划安排三元复合驱试验区5个，三元复合驱推广区块10个，年计划表面活性剂用量1万t〜10万t。由于种种原因，实际开展的区块可能延迟调整，但每年表面活性剂的用量将呈平稳增长态势，三元复合驱用表面活性剂产品市场前景良好。6结语随着不可再生资源的日益减少，三次采油技术将会越来越受到重视，而三次采油技术的发展对表面活性剂的要求将会越来越高。不仅要求它具有低的油水界面张力和低吸附值，而且要求它与油藏流体有较好的配伍和较低成本，以及减轻对地层的伤害。虽然目前石油价格大幅度上涨，但表面活性剂的成本仍是制约三次采油表面活性剂驱发展的主要因素，所以对驱油用的表面活性剂体系提出了适应性强、吸附损失少和成本低的要求。使油田可持续发展，保持石油战略稳定，开发出高效廉价表面活性剂及优化复配体系，实现产业化，满足我国陆上油田三次采油的需要，是行业广大科研开发技术人员今后应承担起来的光荣使命和责任.参考文献程杰成•王德民•李群，等•大庆油田三元复合驱矿场试验动态特征[J]•石油学报，2002,23(6)：37—40.Wang