表面活性剂复合驱油技术研究进展

表面活性剂复合驱油技术研究进展

根据室内和矿区研究，碱性表面活性剂（asp）3-复合驱油率可在水驱油的基础上提高20%以上，并具有良好的增油效果。在三元复合驱应用中,强碱(NaOH)虽能与原油中活性组分反应生成天然表面活性剂,与外加表面活性剂产生协同作用,大幅降低油-水界面张力;以及降低表面活性剂的吸附量,使复合驱成本下降。但强碱使用带来现场施工工艺复杂、采油系统结垢、生产井产液能力下降、检泵周期缩短、采出液破乳脱水困难、聚合物溶液粘弹性降低、以及因地层粘土分散和运移导致地层渗透率下降等系列问题,并最终制约三元复合驱工业化推广应用。此外,成功的三元复合驱试验都是在地质条件较好区块进行(如大庆油田油层温度45.3℃,地层水矿化度在4468mg/L),而对于高温高盐油藏,高矿化度必然影响到复合体系中化学剂自身性质和彼此之间配伍性。因此,加强弱碱、低碱甚至无碱驱油体系的研究势在必行。笔者综述了弱碱及无碱复合驱油技术研究进展,以期为新型驱油体系的研究提供思路。1弱碱复合驱油技术1.1天然羧酸盐复合驱无机弱碱(如Na2CO3,NaHCO3)参与的三元复合驱,在注采能力、采油速度、乳化能力等方面均高于强碱三元复合驱,比水驱提高采收率20%以上。此外,与普通强碱三元复合驱相比,弱碱三元复合驱可大大减少对地下岩石溶蚀及对油层伤害。伍晓林等配制的复合体系在较宽的表面活性剂(烷基苯磺酸盐)质量浓度(0.1%~0.3%)和碱(Na2CO3)质量浓度(0.6%~1.2%)范围可与原油形成超低界面张力(10-3mN/m)。同时,该体系对大庆油田不同区块、不同油层的油水条件表现出很强适应性,且可大大降低表面活性剂在地层中因吸附滞留而产生的色谱分离效应。天然岩心驱油实验结果表明,该三元复合体系平均驱油效率可比水驱提高约20%;而小井距三元复合驱矿场试验表明,该三元复合驱比水驱采收率提高了24.66%。袁新强等研究表明,可溶性硅磷酸盐替代NaOH作为复合驱油体系组分之一时,该复合驱油体系具有明显缓蚀阻垢作用,同时可得到超低油水界面张力(10~3mN/m)、优于普通(强碱)三元复合体系和聚合物溶液的调剖效果。该体系在多孔介质中的传输能力与普通聚合物溶液相当,提高采收率的幅度与普通(强碱)三元复合体系相当。中强度(pH值=9)中性及弱碱性缓冲碱(Na2CO3/NaHCO3)既能保证石油皂生成,充分利用石油酸,降低外加表面活性剂浓度,又可与地层SiO2相互作用,防止硅垢的生成,经过现场实践证明应用中强度缓冲碱代替强碱,在“三采”中是有利的。于丽等开展改性天然羧酸盐/缓冲碱/聚合物三元复合驱研究,当复碱质量分数为1.5%(Na2CO3与NaHCO3质量比为1∶1),改性天然羧酸盐质量分数仅为0.1%时油水界面张力就能达到超低;在注聚驱后,缓冲碱ASP复合驱室内驱油效率为18%。此外,研究表明,应用有机碱(弱聚合物酸性钠盐)代替和改进传统三元复合驱用的无机碱(如Na2CO3,NaHCO3)一样可获超低界面张力,且有机碱不会与二价阳离子(如Ca2+、Mg2+)反应生成沉淀,不会影响水质及驱油效果,在硬水中同样能有效驱油。1.2阳离子表面活性剂在油气开采中的应用向离子型表面活性剂溶液中加入盐类(如Na2CO3,Na3PO4),可使胶束由球状转变为棒状,进而形成能够自由弯曲的蠕虫状胶束(wormlikemicelle)。胶束之间可相互缠绕,形成网络结构,具有粘弹性、高界面活性、流变可控性、剪切稀释性等特点,在油气开采方面具有广泛应用前景。目前,阳离子表面活性剂蠕虫状胶束的研究已有大量文献报道,但因地层油砂带负电,阳离子蠕虫状胶束吸附损失严重,使其在油田应用受限。阴离子表面活性剂蠕虫状胶束驱油体系前景广阔。曹泉等得到天然羧酸盐/Na2CO3组成的蠕虫状胶束,获得驱油效率为14.1%~25.0%OOIP(原始地质储量);纪永强等得到天然羧酸盐/Na3PO4组成的蠕虫状胶束,获得驱油效率22.2%~32.7%(OOIP)。于丽等研究表明,蠕虫状胶束驱油配方(1.83%NaOA+4.24%Na2CO3)的室内模拟驱油可提高采收率25%(OOIP),且该体系能够使注聚后束缚残余油重新启动、变形,渐渐形成油墙向出口处运移,扩大波及体积,提高洗油效率。2无碱驱油技术2.1界面张力的研究表面活性剂分别为阴离子型、阳离子型和非离子型的聚表二元体系与油的界面张力达到超低(10-3mN/m)的能力有限,极大地影响二元体系的驱油效果。两性表面活性剂因其形成的聚表二元体系与油的界面张力可达超低而备受关注。夏惠芬等认为聚丙烯酰胺/两性表面活性剂(羧基甜菜碱)二元复合体系可形成超低(10-3mN/m)界面张力,其利用聚合物溶液黏弹性和表面活性剂体系的超低界面张力特性,使采收率大幅提高。吴文祥等人研究表明,无碱的和加入少量Na3PO4作为牺牲剂的聚合物/磺基甜菜碱二元体系与含强碱(NaOH)的常规三元复合体系具有同样的驱油效果,在人造均质和非均质岩心上复合驱采收率增值均在25%以上,该复合体系与模拟大庆采油四厂原油间界面张力达到10-3mN/m数量级。2.2疏水缔合聚合物表面活性剂nna目前ASP驱油体系中使用的聚合物大多是部分水解聚丙烯酰胺,因油田水中含有大量阳离子(如Ca2+、Mg2+),及外加入大量碱剂(带入大量Na+),使得部分水解聚丙烯酰胺分子不能完全舒展,分子构象呈卷曲状态,导致体系粘度大幅下降,只有成倍加入部分水解聚丙烯酰胺,才能实现理想的流度控制,故大幅增加驱替成本。疏水缔合聚合物其实质是在部分水解聚丙烯酰胺分子链上引入少量疏水基团,使聚合物分子在水溶液中,可通过分子间特殊缔合基团在疏水条件下产生的静电、氢键或范德华力而发生具有一定强度但可逆的物理缔合,在溶液中形成巨大的三维立体网状空间结构,即使聚合物在较低分子量和较低浓度下仍然有很高粘度,而不是一般部分水解聚丙烯酰胺,仅靠增大单个分子在溶液的尺寸来实现高效增粘。近年来,双子表面活性剂/疏水缔合聚合物驱油体系因其协同性好、高的界面活性、独特的流变性而研究活跃。蒲万芬等通过在室内模拟中原油田油藏温度(70℃)条件下双子表面活性剂NNMB与疏水缔合聚合物NAPS二元复合体系与原油的界面张力,认为NAPS对NNMB溶液界面张力值没有明显影响;NNMB/NAPS二元体系中加入一定量氯化钠,可增加表面活性剂降低界面张力的效率;该体系与原油间的最低瞬态界面张力均低至10-3mN/m,这种新型二元体系对于高矿化度非均质油藏提高原油采收率具有很大应用前景。2.3单链表面活性剂双子(Gemini)表面活性剂因其具有低临界胶束浓度CMC,高表面活性,良好水溶性与耐盐性,配伍性好,特殊流变性等诸多优点,在三次采油中显示其巨大应用潜力。唐善法等研究表明,阳离子双子表面活性剂二亚甲基-1,2-双(十二烷基二甲基溴化铵)(C12-2-12.2Br-1)的临界胶束浓度仅为547mg/L,对应表面张力为30.72mN/m,较对应单链表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)具有更优的表面活性。C12-2-12.2Br-1的驱油效率与浓度呈同向变化关系,其浓度为500mg/L即可提高采收率6.45%,其效果明显优于常规单链表面活性剂DTAB;该剂更适合于中、低渗油藏水驱采收率的提高。张永明等研究表明,当质量分数为1%时,磺酸盐型表面活性剂石油磺酸盐复合体系能降低油水界面张力至4×10-4~6×10-4mN/m。磺酸盐型Gemini表面活性剂的加入使其与石油磺酸盐之间产生协同效应,提高原油采收率。于丽等合成的羧酸盐类Gemini表面活性剂SDG-4质量分数为0.005%时能使油水界面张力达到超低,且与普通表面活性剂(SDCM-1,SDC-1)具有很好的复配协同效应;SDG-4表面活性剂在油砂上的静态吸附量为2.555mg/g,动态吸附量约为0.25mg/g,符合国家“八五”和“九五”化学驱对表面活性剂吸附损失要求(动态吸附油砂损失低于1mg/g)。综述所述,双子表面活性剂有利于三元复合驱弱碱化和无碱化的研究,有望降低聚合物用量,取代三元复合驱体系中的碱,最终实现一元驱替体系,为油田的三次采油开辟新途径。3表面活性剂聚合物/引油体系1)以无机弱碱(Na2CO3,NaHCO3)、缓冲碱(Na2CO3/NaHCO3)及有机弱碱(弱聚合物酸性钠盐)构成的弱碱驱油体系可取得强碱(NaOH)三元复合驱同样的采收率,并可规避强碱带来的不利影响。2)阴离子表面活性剂蠕虫状胶束弱碱驱油体系,成本