表面活性劑在油氣開采和集輸中的應用與前景

魏傳榮(青海油田公司冷湖油田管理處質量安全環保科 816300)

張昆(青海油田公司冷湖油田管理處五號采油隊 816300)

郭麗麗(青海油田公司冷湖油田管理處黨群工作科 816300)

前言

表面活性劑是一種有機化學試劑，其物理性質和化學性質因自身的結構不同存在著不同差異。考慮到油氣開采的特殊性，這種有機化學試劑在油氣開采和集輸全過程中有著非常廣泛的應用。例如在鉆井、固井過程中加入合適的表面活性劑可以用于提升泥餅的致密成都，也可減小其中自由水的滲透。

一、表面活性劑在稠油開采過程中的應用

1.用作起泡劑以取得更好的出油效果

稠油多見于非均質性的地層，由于在非均質性的地層中稠油的黏度和普通原油相比較大，導致傳統采油方法中所注入的高溫高壓蒸汽在黏度較高的稠油中不易流動，進而使得出油效果降低。據此，在稠油開采過程中，可以在注入高溫高壓蒸汽時適當地加入一些表面活性劑以附著于稠油表面，在高溫高壓環境中，所注入的表面活性劑極易產生豐富泡沫，進而降低稠油的粘性，使得所注入的蒸汽能夠迅速流動并浸潤油層巖石，最終達到提高出油效果的優秀目的。

2.在稠油—水界面用作乳化劑以提高油井產量

由于稠油的密度和黏性相較于普通原油較大，其開采過程相較于普通原油的開采也存在一定的難度。其中最主要一點是由于稠油—水界面的張力相較于原油—水界面的張力較大，水相中的大量水分子不易聚集在油水表面，從而導致油滴不易被吸附，阻礙了開采的效率。針對于這種情況，表面活性劑開始彰顯其作用。現階段解決此情況廣泛采用的方法為井底乳液降黏法，其原理是將堿類化合物與少量的表面活性劑注入到稠油內部，由于稠油內部所處環境多為高溫高壓狀態，在高溫高壓下，表面活性劑將迅速溶解在稠油內部中，同時油井中的水和原油所組成的混合物將會逐漸逸出。此時人工加以適量攪拌，可以讓稠油以油滴的狀態分散在油井當中。隨后，由于稠油中溶解了部分表面活性劑，稠油—水界面的張力由于表面活性劑的乳化作用被大大降低，使得水相中的大量水分子迅速聚集在油水表面，并被吸附在油滴周圍，最終形成了包裹在表面活性劑中的稠油液滴。這種液滴在被開采的過程中與開采設備的摩擦較小，因此機械所做的無用功同樣減少，最終提高了出油效率和油井產量。

二、表面活性劑在酸化增產中的應用

油井在經歷過大量開采以后，其地層深處的原油因地表壓力降低變得較難采集。對于此，油氣開采企業多采用注入酸性氧化劑的形式，讓地層深處的原油能夠與地層深處的巖石結構發生一系列化學反應，使其能夠侵入到地層表面以利于開采，這一過程就是酸化增產。在酸化增產的過程中，表面活性劑同樣扮演著不可或缺的重要角色。

1.用于緩沖劑減弱酸性氧化劑對油氣開采管道的侵蝕作用

在注入酸性氧化劑的過程中，如果氧化劑與油氣開采管道相接觸，往往會侵蝕油氣開采管道表面，使得開采管道的使用壽命大大縮短。但如果在注入酸性氧化劑的同時添加適當的表面活性劑，那么在酸性氧化劑與油氣開采管道的接觸的同時，表面活性劑會與管道的金屬表面迅速反應，形成了一層致密的疏水保護膜。保護膜一方面可以阻礙酸性氧化劑中的氫離子繼續腐蝕管道表面，另一方面也可以增加管道金屬表面包括腐蝕反應在內一系列反應的活化能，大大減小反應速率，從而延長油氣開采管道的使用壽命。

2.降低酸性氧化劑與地層淺處巖石的反應速率，提升氧化深度

酸性氧化劑的目的在于促進地層深處原油和巖石發生一些列化學反應，但在進入到地層深處的過程中，勢必會因為其與地表各處的巖石相接觸造成大量的酸性氧化劑損失。因此，可以在酸性氧化劑中混入一定量的表面活性劑，在酸性氧化液侵蝕地表深處的過程中，表面活性劑可以先一步與地表淺處的巖石發生化學反應，形成一層致密的保護膜，減少氧化劑中活性分子與巖石中活性分子的碰撞，進而使得酸性氧化劑與地層巖石的化學反應速率大大降低。隨著酸性氧化劑的逐漸深入，表面活性劑也會不斷被消耗，在進入到地層深處以后，表面活性劑因所剩無幾，不再組織酸性氧化劑與地層深處的巖石發生侵蝕，使得反應過程能夠迅速進行。因此，在酸性氧化劑中混入適當的表面活性劑不但能夠降低其與地層淺處巖石表面的反應速率，還能確保氧化能夠達到地層深處。

三、表面活性劑在油氣集輸中的應用

1.用作破乳劑使乳濁液沉降破乳

油井在經歷過大量開采以后，其中原油的含水量也會迅速增加。所形成的油水混合物經過一系列反應最終會形成較為穩定的油水型乳濁液。而這種乳濁液的形成將會加大油氣輸送管道的負荷，引起腐蝕、結垢，造成大量的經濟損失。因此，在油氣集輸的過程中，加入適宜的表面活性劑使乳濁液沉降破乳將是十分必要。通過將適宜的表面活性劑分散在乳濁液中，可以將原先位于油—水表面中的天然乳化劑利用置換反應所置換出來，達到改變油水界面性質的最終目的。而一旦乳濁液的乳化劑被置換出來，分散在油中的水滴也將會因為油水密度相差較大沉降，最終達到沉降破乳的目的。

2.用于降凝劑以提高原油輸送能力

原油凝固點的提高將會影響原油的輸送能力，基于此，可往原油中直接加入適宜的表面活性劑，使原油與水形成O/W性懸濁液，從而降低原油輸送管道的摩擦阻力，最終提高原油的輸送能力。

四、表面活性劑的發展趨勢與前景分析

近幾年來，隨著油氣開采企業的迅速發展，其中所運用的大量表面活性劑也被全世界深入研究，以期望達到更好的效果。其中，最引人注目的則是幾種氟碳表面活性劑，而這種新型的氟碳表面活性劑同樣也將會成為表面活性劑未來的重要發展趨勢。

1.雙子氟碳表面活性劑

這是一種將普通的雙子表面活性劑中的一條碳氫鏈改造成碳氟鏈所形成的，所形成的雙子氟碳表面活性劑cmc值將會大幅度降低，從而提升表面活性。

2.高分子氟碳表面活性劑

2009年，全世界相繼報道了含氟疏水單體和碳氫疏水單體通過共聚形成的高分子表面活性劑。這種表面活性最特別的地方在于其類似“多節車廂”式的膠束體結構，這種結構的優勢一方面可以降低表面活性劑的cmc值，提升表面活性，另一方面則是在用作起泡劑、降凝劑時，具有優秀的穩定性。

結語

表面活性劑作為一種重要的有機化學試劑，在油氣開采和集輸中均扮演著重要的角色。相信隨著科學的發展，新型的表面活性劑也將不斷涌現，我國的油氣開采行業也將更進一步迅速發展。