三次采油用表面活性劑現(xiàn)狀及發(fā)展

高 純

（大慶油田化工有限公司生產(chǎn)運(yùn)行部，黑龍江大慶 163000）

現(xiàn)階段的三次采油作業(yè)中，表面活性劑起著越來(lái)越突出的作用，但因?yàn)楦鱾€(gè)油田的開(kāi)采環(huán)境和油田分布情況有所不同，使得其所選取的表面活性劑也有著各自的特殊性。根據(jù)當(dāng)下三次采油中的表面活性劑使用情況，在混合潤(rùn)濕性油層中的應(yīng)用效果極為顯著，驅(qū)油效率相對(duì)較高，為油田企業(yè)創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。雖然當(dāng)下的發(fā)展條件下，三次采油用表面活性劑迎來(lái)了顯著的發(fā)展，但在油田作業(yè)中，應(yīng)根據(jù)油田工程的具體特點(diǎn)，保障表面活性劑的科學(xué)使用。

1 驅(qū)油用表面活性劑作用機(jī)理

在油田作業(yè)領(lǐng)域的表面活性劑使用是通過(guò)以小于表面活性劑臨界膠束濃度的表面活性劑水溶液作為驅(qū)替液使用，來(lái)使得油水界面張力有所降低，巖石表面潤(rùn)濕性得到明顯的改變，發(fā)揮表面活性劑的驅(qū)油作用，不僅可以大幅提升驅(qū)油效率，更可以為采油工作的進(jìn)行提供便捷。

1.1 降低界面張力

油田工程的開(kāi)采作業(yè)中，采收率是影響效益的直接因素，而很多因素都會(huì)對(duì)采收率產(chǎn)生直接的影響，比如，油水界面張力會(huì)影響到采收率的大小，當(dāng)油田界面張力相對(duì)較小時(shí)，殘余油可以有效分散于驅(qū)替液中，也就可以在驅(qū)替液的使用中使得殘余油可以呈現(xiàn)出一定的流動(dòng)狀態(tài)，也就更好地保障了采油基團(tuán)工作的進(jìn)行。根據(jù)表面活性劑的基本特性，親水基團(tuán)和親油是其中的重要構(gòu)成，表面活性劑的雙親性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得在將其與溶液直接接觸的過(guò)程中，會(huì)在界面上表現(xiàn)出明顯的選擇吸附性，此時(shí)，極性基團(tuán)會(huì)逐步取代表面層中的水分子，液體內(nèi)部分子對(duì)表面的吸附力顯著降低，而非極性基團(tuán)對(duì)表面層中的油相替代，使得油相對(duì)表面層的吸附力大幅降低，界面活化特性明顯。通常情況下，油水界面張力保持在20~30mN/m，如果要有效將油從毛細(xì)管中驅(qū)出來(lái)，對(duì)于驅(qū)動(dòng)壓力有著極高的要求，要使得驅(qū)逐壓力為注水壓差的25~50倍，而這一要求下，往往需有效減小油水界面的張力。

1.2 潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)

根據(jù)我國(guó)的油田資源分布特點(diǎn)，大概有60%的油藏巖石都呈現(xiàn)出明顯的親油特性，這一特性下，原油資源被大量吸附在巖石表面結(jié)構(gòu)中，正是因?yàn)樵唾Y源的這一分布特點(diǎn)，使得原油資源的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，注入水驅(qū)出非常困難，整體的驅(qū)油效果并不理想。而在驅(qū)油工作中使用了一定的表面活性劑以后，有效發(fā)揮了表面活性劑的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)效果。因?yàn)樵谑褂昧艘欢ǖ谋砻婊钚詣┮院螅团c巖石表面的接觸角大幅減小，此時(shí)，巖石表面出現(xiàn)了明顯的變化，從親油性向親水性的轉(zhuǎn)變使得原油驅(qū)走更為容易，也就可以在采收率提升的同時(shí)給油田企業(yè)創(chuàng)造更高的效益。

1.3 乳化作用

表面活性劑在使用過(guò)程中同樣具有一定的乳化作用，因?yàn)樵谟吞镒鳂I(yè)領(lǐng)域的油水極性存在著明顯的差異，當(dāng)處于正常條件時(shí)，油水呈現(xiàn)出不相溶的特征，當(dāng)使用了表面活性劑來(lái)完成驅(qū)油作業(yè)時(shí)，因?yàn)楸砻婊钚詣┓肿拥奶厥庑?，也就發(fā)揮其活性劑分子在油水界面中的定向吸附作用，界面張力得以降低，原油在水中的分散將更為簡(jiǎn)單，所形成的界膜對(duì)乳液的穩(wěn)定起到了不可忽視的作用。

1.4 提高電荷密度

表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用同樣可以大幅提高電荷密度，尤其是對(duì)離子型表面活性劑而言，這一活性劑在電解以后將會(huì)吸附在油滴和巖石表面，也就產(chǎn)生了擴(kuò)散雙電層的相互排斥反應(yīng)，而此過(guò)程對(duì)流動(dòng)狀態(tài)下油水的局部聚集起到了一定的抑制作用，油滴將隨著驅(qū)替液呈現(xiàn)出流動(dòng)狀態(tài)。

2 三次采油方法分類(lèi)

三次采油是在二次采油的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，具體的采油工作進(jìn)行中，主要是通過(guò)驅(qū)油劑的優(yōu)化來(lái)克服油田開(kāi)采中的難題，提升驅(qū)油效果。我國(guó)很多油田企業(yè)都進(jìn)入了三次采油階段，在多年的發(fā)展中，三次采油技術(shù)日漸成熟，多樣化的三次采油技術(shù)使得整體的采油效率大幅提升，為油田企業(yè)的進(jìn)步提供了一定的技術(shù)保障。

2.1 熱力驅(qū)采油技術(shù)

熱力驅(qū)采油技術(shù)是三次采油領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，從這一技術(shù)的原理來(lái)看，通過(guò)熱能的引入也就降低了原油的黏度，原油這一特性的改變使得波及效率和流動(dòng)性都顯著提升，驅(qū)油工作更便于開(kāi)展。但熱力驅(qū)采油技術(shù)下存在著一定的熱源作用方式區(qū)別，比如，可以選用向油層中直接注入載熱蒸汽和井下點(diǎn)燃油層的火燒油層法，前一種方式因?yàn)椴僮鞯谋憬菪?，在很多油田作業(yè)中得到了一定的應(yīng)用。

2.2 混相驅(qū)采油技術(shù)

混合驅(qū)采油技術(shù)下，利用的是不同介質(zhì)之間的相互溶解作用，在這些介質(zhì)相互溶解以后，不同相之間的張力顯著降低，界限溶解消失，也就對(duì)采油工作中的毛細(xì)管效應(yīng)起到了一定的控制作用，在這一驅(qū)采油技術(shù)下，采收率顯著提升。這一驅(qū)采油技術(shù)下，因?yàn)榇嬖谥喾N的驅(qū)油物質(zhì)，以這些物質(zhì)的特性作為標(biāo)準(zhǔn)，包含了各種輕質(zhì)烴類(lèi)混相驅(qū)油，CO2混相采油和氮?dú)怛?qū)采油等多種方式。

2.3 微生物驅(qū)采油技術(shù)

微生物驅(qū)油技術(shù)在三次采油中的應(yīng)用也相對(duì)較多，這一技術(shù)再進(jìn)一步細(xì)分以后，主要包含了以下類(lèi)型。

（1）將細(xì)菌代謝物直接注入到原有地層條件下，在采油作業(yè)進(jìn)行時(shí)，這些生物代謝聚合物可以作為天然表面活性劑使用，在將該物質(zhì)與溶劑、乳化劑混合以后，驅(qū)油效果顯著提升，這一驅(qū)油的技術(shù)原理與化學(xué)驅(qū)油原理十分相似。

（2）在地層中直接進(jìn)行對(duì)應(yīng)微生物的培養(yǎng)，在培養(yǎng)時(shí)將地層中原有的烴類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或者人工注入物作為原料，經(jīng)由一系列的培養(yǎng)也就形成了相應(yīng)的代謝產(chǎn)物，可直接作為驅(qū)油微生物使用，相比較而言，這種直接培養(yǎng)方式下的操作更為簡(jiǎn)單，廣受油田企業(yè)的青睞。

2.4 化學(xué)驅(qū)采油技術(shù)

以作用方式作為技術(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)驅(qū)采油技術(shù)中主要以聚合物驅(qū)油、表面活性劑驅(qū)油、堿水驅(qū)油、三元復(fù)合驅(qū)油為主。根據(jù)幾種化學(xué)驅(qū)油技術(shù)在油田作業(yè)中的應(yīng)用效果，三元復(fù)合驅(qū)油的效果相對(duì)理想，且在利用這一技術(shù)應(yīng)用時(shí)的成本投入偏低，因?yàn)榧夹g(shù)應(yīng)用時(shí)會(huì)向地層中添加很多的強(qiáng)堿性物質(zhì)，對(duì)地層周邊的環(huán)境造成了巨大的破壞。此外，如果強(qiáng)堿性物質(zhì)使用過(guò)多，甚至?xí)斐梢欢ǖ牡貙痈g，可能會(huì)影響到最終的驅(qū)油效果。聚合物驅(qū)油處理時(shí)，向注入水中添加一定的聚合物，聚合物的添加改變了注入水的性能，聚合物使用后注入水的黏度有所增大，油水流度比也得到了一定的改善。注入于地層中的聚合物溶液的難度較高，油層波及效率顯著提升，為采油和驅(qū)油創(chuàng)造了一定的條件。表面活性劑的使用可以使得油水界面張力大幅降低，在此條件下，二次采油時(shí)巖石孔隙中的水油在一定的條件下快速驅(qū)出，采油作業(yè)進(jìn)行時(shí)的驅(qū)油效率、采收率都顯著提高。

3 三次采油中的表面活性劑現(xiàn)狀和發(fā)展

3.1 陰離子表面活性劑

陰離子表面活性劑可以用于三次采油作業(yè)，硫酸鹽、羧酸鹽、硫酸（酯）鹽和磷酸（酯）鹽都是應(yīng)用范圍較廣且使用頻次較高的陰離子表面活性劑，相比較而言，磺酸鹽的應(yīng)用最多，以石油磺酸鹽為代表。在三次采油作用中，因?yàn)槭突撬猁}的濁點(diǎn)較高，在砂巖表面呈現(xiàn)出吸附較小的特征，使得在整個(gè)的采油作用中，利用磺酸鹽完成采油作業(yè)時(shí)的成本偏低，有著良好的界面活性和耐溫性。但因?yàn)榛撬猁}的抗鹽能力不夠，臨界膠束濃度偏高，在地層中的吸附、滯留等綜合作用，使得驅(qū)油過(guò)程中存在著一定的損耗，這是未來(lái)發(fā)展中需重視的問(wèn)題。

3.2 陽(yáng)離子表面活性劑

三次采油用陽(yáng)離子表面活性劑中同樣包含了多種類(lèi)型，其中，最為典型的就是雙烷基季銨鹽，這種類(lèi)型的表面活性劑性質(zhì)特殊，當(dāng)處于酸性介質(zhì)環(huán)境下時(shí)，雙烷基季銨鹽的乳化分散潤(rùn)濕特性明顯，在表面電性反轉(zhuǎn)機(jī)理、潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)機(jī)理作用下，驅(qū)油工作得以順利開(kāi)展。但陽(yáng)離子表面活性劑在驅(qū)油工作中的應(yīng)用同樣存在著一定的不足，就是在pH超過(guò)7的情況下，自由胺會(huì)自動(dòng)析出，導(dǎo)致表面活性極大降低。

3.3 非離子表面活性劑

脂肪醇系列聚氧乙烯醚、烷基酚系列聚氧乙烯醚、烷基酚系列聚氧乙烯醚甲醛縮合物、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物等均是三次采油中的非離子表面活性劑，這種非離子表面活性劑的種類(lèi)非常多，各種不同類(lèi)型的非離子表面活性劑都有其各自的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)，在三次采油工作中應(yīng)根據(jù)地層條件，選擇最符合的非離子表面活性劑。與其他表面活性劑相比，非離子表面活性劑的抗鹽能力突出，CMC小，但在地層中應(yīng)用時(shí)的穩(wěn)定性不夠，耐高溫性較差。

3.4 非離子-陰離子復(fù)合型表面活性劑

甜菜堿型表面活性劑是三次采油中的非離子-陰離子復(fù)合型表面活性劑，這種表面活性劑在采油作業(yè)中同樣存在著一定的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為對(duì)于金屬離子的螯合作用明顯，這一特點(diǎn)使得其在高礦化度、高溫油層中的驅(qū)油效果極為理想。但這類(lèi)表面活性劑的種類(lèi)相對(duì)有限，在應(yīng)用時(shí)的成本投入高。

3.5 特種表面活性劑

特種表面活性劑具體以孿生表面活性劑、氟表面活性劑和生物表面活性劑為主，以孿生表面活性劑為例，這類(lèi)表面活性劑與常規(guī)的活性劑相比，表面活性好，CMC小且增黏性突出、生物安全性、潤(rùn)濕性等都非常好；氟表面活性劑的表面活性好，化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性都相對(duì)理想，防水防油作用明顯；生物表面活性劑具體以糖脂類(lèi)、磷脂類(lèi)、脂蛋白或者縮氨酸脂、聚合物類(lèi)為主，這類(lèi)表面活性劑的水溶性、抗菌性、環(huán)保性等都非常突出。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段很多油田都進(jìn)入了三次采油階段，而表面活性劑是三次采油作業(yè)中影響驅(qū)油效果和采油率的關(guān)鍵因素，為提升整體的驅(qū)油水平，油田企業(yè)都應(yīng)該根據(jù)自身的特點(diǎn)，選擇恰當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣?，發(fā)揮其在采油作業(yè)中的作用。