表面活性劑在三次采油中的應用研究

劉禹伸（大慶石油國際工程公司 黑龍江大慶 163453）

引言

表面活性劑驅在國內起步于20世紀50年代，60年代逐步在礦場開展試驗，目前我國已研制出適合于各種油藏條件的表面活性劑，且表面活性劑驅在國內已廣泛應用，特別是在高含蠟和稠油油藏中提高采收率效果更為顯著。

一、油田提高采收率對表面活性劑的要求

目前對于油田提高采收率用的表面活性劑應具備以下條件：

1.表面活性劑溶液應使原油與水的界面張力降低至最小值，大約10-3mM/m數量級，具有適宜的溶解度、pH值以及濁點；

2.在儲層巖石的條件下，在鹽水中長時間保持各種性質的穩定性，具有較好的耐溫耐鹽性，能夠降低巖石對原油的吸附作用；

3.在油藏條件下，能夠在與原油接觸的條件下，具有較高的驅油效率；

4.在使用過程中，具有較好的經濟效益。

二、表面活性劑在三次采油中的應用

表面活性劑的種類很多，目前在三次采用中所用的表面活性劑主要是陰離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑和兩性表面活性劑，陽離子表面活性劑應用最少。

1.三次采油用表面活性劑的類型及特點

（1）陰離子表面活性劑

由于油藏中巖石帶負電，為了減少吸附量，因此在三次采油中陰離子表面活性劑應用最廣。陰離子表面活性劑分子結構中的親水基團為陰離子，這些組成親水基團的鹽類主要由磺酸鹽、羧酸鹽、硫酸鹽等。目前陰離子表面活性劑可用于各種表面活性劑驅油中，其中磺酸鹽型陰離子表面活性劑最多，石油磺酸鹽型表面活性劑以其成本低、界面活性高、耐溫性強的特點在各個油田應用最為普遍，但是石油磺酸鹽類表面活性劑耐鹽性能較差，臨界膠束濃度較高，在驅油工程中的損耗較大。

（2）非離子表面活性劑

非離子表面活性劑中的親水基團為非離子性基團。與離子性基團相比，非離子性基團的親水性要差很多，因此非離子表面活性劑具有較強的乳化作用，分子機構中一般含有多個非離子性親水基團，形成多種含醚鍵、酯鍵、酰胺鍵及多種組合結構，常用的非離子表面活性劑有脂肪醇系列聚氧乙烯醚、烷基酚系列聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚甲醛縮合物、烷基酰胺型和油酸聚氧乙烯酯等。該類表面活性劑具有較強的耐鹽性能，臨界膠束濃度較低，與陰離子表面活性劑相比，該類表面活性劑在地層中的穩定性較差，吸附量較多，但是耐溫性較差，成本較高。

（3）兩性表面活性劑

兩性表面活性劑是分子中既含有陰離子親水性基團又含有陽離子性親水基團呈現兩性的特征，最常用的是甜菜堿型兩性表面活性劑。該類表面活性劑具有較好的耐溫耐鹽性，對金屬離子具有螯合作用，能夠降低表面活性劑復配時的色譜分離效應，與非離子表面活性劑一樣，成本均較高。

2.助表面活性劑和犧牲劑

在三次采油過程中，主要的驅替液以表面活性劑為主，此外還需添加少量的助表面活性劑和犧牲劑，增強表面活性劑的驅油效果。

（1）助表面活性劑

助表面活性劑在表面活性劑驅中的作用是彌補表面活性劑在驅油過程中基本性能的缺點，增加其溶解性、抑制表面活性劑的氧化水解等。助表面活性劑主要是與主表面活性劑結構或者離子型不同的表面活性劑，助表面活性劑的用量與主表面活性劑相比用量很少，主要是具有極性的中等鏈長的如醇、酸、酚、酮等有機物，使用最多的是醇。

（2）犧牲劑

犧牲劑的主要作用是減少表面活性劑在三次采油過程中對巖石的吸附，犧牲劑由于成本比較低，在正式進行表面活性劑驅油之間首先注入一個犧牲劑段塞，使之吸附在巖層表面，減少后續驅油過程中表面活性劑的消耗，主要的犧牲劑有木質素及其改性產品等。

三、三次采油用表面活性劑的研究趨勢

1.現有表面活性劑驅油功能的強化

目前已有各種不同類型的表面活性劑，隨著三次采油的逐步深入，原油成分發生了變化，表面活性劑的驅油效率有所變化，或者不同類型的原油的出現，現有的表面活性劑不能發揮有效作用。因此需要對現有的表面活性劑的驅油性能進行強化，如陰離子-非離子表面活性劑的復配、助表面活性劑和犧牲劑的優選。

表面活性劑復配能夠通過協同作用降低體系的界面張力，在達到相同驅油效果的情況下，能夠減少表面活性劑的總用量，能夠控制現場的成本。同時，各種表面活性劑的優點能夠得到互補，如耐溫耐鹽能力、抗吸附能力的優勢互補，使得混合體系能夠充分發揮各自的優點，取長補短，最常用的是陰離子和非離子復配，此外還有陰離子與陰離子之間復配、兩性離子型與氟表面活性劑之間復配等。

助表面活性劑和犧牲劑的選擇應根據主表面活性劑的類型、油藏流體、采油工藝等綜合考慮，優選出合理的助表面活性劑，增強驅油液的性能，提高驅油效率；犧牲劑的加入能大幅度降低驅替液中主表面活性劑的使用成本。

2.新型多功能表面活性劑的開發和應用

現在的單組分表面活性劑的分子結構通過引入各種功能基團，使其分子結構中包含多種親水基團或親油基團的復雜分子結構。①在表面活性劑的分子結構中引入非離子聚氧烷基可提高表面活性劑的抗鹽能力；②在表面活性劑的分子結構中引入非離子聚氧乙基或聚氧丙基等，并輔助合適的助表面活性劑可明顯提高驅油效果；③氟表面活性劑以其“高表面活性、高熱穩定性、高化學惰性”和“憎水、增油”等特性在三次采油中日益得到重視；④生物表面活性劑作為一種具有很大潛力的表面活性劑，以其成本低、原料來源廣、生產工藝簡單在國內外得到了應用。

結論

綜上所述，表面活性劑作為一種高效的驅油體系在國內大多數油田得到了廣泛應用，但在此基礎上，應根據油藏條件，深入開展抗鹽、抗溫、高驅油性能等表面活性劑的合成和研發，探索出一些列廉價、高驅油效率的表面活性劑復配體系，優化出適合各油藏條件的表面活性劑驅油工藝參數，使油田的開發水平達到更高的水平，緩解國家對原油的需求。