三次采油技术及化学助剂进展

三次采油技术及化学助剂进展张达生 王宝(大庆东昊投资有限公司)
1 三次采油技术进展
(1)碱驱。

碱驱油技术是三次采油技术中研究应用最早的。

但由于碱耗和其可操作碱浓度范围过窄,一直没有形成规模应用。

碱驱油机理是碱水注入后,碱与原油中的极性物质(有机酸类物质)反应生成表面活性剂,而原油中存在的重质油如沥青质、胶质等所含的羧酸、羧基酚、卟啉等与之协同作用,使得油水界面张力和界面粘度降低,并产生润湿性反转形成水包油、油包水和多重乳状液从而改变了毛细管力、附着力和驱动力,使原来不流动的残余油通过夹带、聚并重新处于可流动状态,从而提高采收率。

碱不仅改变了油水界面张力,而且也改变了岩石与油、岩石与水之间的界面张力。

碱驱后期,含油量很低,油相不连续,油珠被滞留成为碱驱残余油。

(2)聚合物驱。

聚合物驱油技术对我国油藏的物化环境有较强的适应性,经过多年的研究,矿场试验也已取得全面成功,至今该技术已在油田进行工业化推广应用,并取得了较好的驱油效果,但提高采收率的幅度还不够高。

(3)表面活性剂驱。

表面活性剂驱油技术的出现大大提高了采收率,但矿场试验表明,表面活性剂驱成本太高,在经济上难以过关。

这就为复合驱技术的出现打下了伏笔。

表面活性剂驱油机理十分复杂,大致有两种情况:一种是稀表面活性剂体系,这是指表面活性剂浓度低于2%的低界面张力溶液体系。

为了提高稀表面活性剂溶液渗流过程中抗吸附、抗二价离子沉淀的能力,常加入其它助剂,典型配方如石油磺酸盐1%+尿素4%+六偏磷酸钠0 2%,用1 3%NaCl水溶液配置成无醇体系。

此稀表面活性剂体系驱油时,由于油水界面张力降低,使水驱残余油乳化变形拉伸成长条状或丝状,形成油珠渗流,增加了油的流动性,易于聚并形成油墙。

另一种是微乳液驱油体系,这是指由水、油、表面活性剂和助表面活性剂等4种组分形成的透明或半透明稳定体系。

微乳液与水驱残余油珠接触,改变了原来油水界面膜的性质,发生互溶作用,形成极易聚并的乳状液,推动水驱残余油流动,最后富集、聚并成高含油饱和带被采出。

(4)三元复合体系(ASP驱油体系)驱。

在上世纪80年代中期,复合驱技术从三次采油技术中脱颖而出。

由于碱、表面活性剂和聚合物间的协同效应,使得各化学剂的使用浓度都很低,这样不仅大大降低了成本,而且大大提高了原油采收率。

目前一般使用的三元复合体系属于无醇的稀表面活性剂体系。

复合驱油技术综合了碱、表面活性剂和聚合物单独驱油的优点,是一种效率高、适用油田广的驱油技术,在我国具有良好的应用前景。

2 三次采油化学助剂进展
(1)碱。

碱是最早用于三次采油的。

目前在三次采油中应用的碱主要是:NaOH、Na2CO3和NaHCO3、Na3PO4和N a2HPO4等。

在实际的驱油体系中多使用两种或两种以上的碱复配使用,而且考虑到地层和复合体系影响,现在有向弱碱配方方向发展的趋势。

碱浓度的大小对复合驱体系的性质影响很大。

例如,碳酸钠浓度为0 8%的碱水与油的界面张力为0 73mN/m,当该碱液中再加入2000 10-6的聚合物时,与油的界面张力可达到0 002mN/m,而当该复合体系中的碱浓度提高到2%时,界面张力又升到0 63mN/m。

而且随着碱浓度
的提高,复合体系粘度逐渐下降,这意味着在复合体系中加入少量碱,可以提高体系的流度控制能力。

(2)表面活性剂。

在三次采油复合体系配方中,表面活性
剂品种很多,主要有石油磺酸盐(SPS)、烷基芳基磺酸盐、木质素磺酸盐、羧酸盐等。

石油磺酸盐是多组分的混合物,它以烷基苯基磺酸盐为主体,还含有茚和满等稠环芳烃磺酸盐。

目前,石油磺酸盐和烷基芳基磺酸盐仍是三次采油研究和生产中应用最多的表面活性剂。

但是,由于各地原油性质不同造成同馏分油的性质不尽相同,从而使石油磺酸盐表面活性剂的产品性能不稳定,给工业化生产带来麻烦,从而限制了其应用。

对三次采油而言,到目前为止,还没有一个普适性的和单一组成的表面活性剂。

在三次采油复合体系中表面活性剂均为两种或两种以上表面活性剂的复配体系。

目前,在国外一直受重视的研究领域是以木质素为原料合成的三次采油用表面活性剂,由于木质素来源丰富,成本低廉,因此由木质素合成的表面活性剂最有希望应用于三次采油中。

研究表明,高锰酸钾、高碘酸钠氧化法和浓硝酸氧化法都能获得高活性的木质素表面活性剂。

(3)聚合物。

三次采油复合驱体系要求聚合物与其它化学
剂必须有良好的协同作用以增加采收率,同时,还需要对油藏和环境具有良好的亲善性,保证资源充分利用和环境保护。

近年来,三次采油聚合物基本上都是以丙烯酰胺为基础的均聚物、共聚物和改性聚合物。

目前普遍使用高分子量的阴离子型水解聚丙烯酰胺均聚物在实际应用中存在一些结构缺陷,易发生化学的、物理的和生物的降解和损耗,引起性能大幅度下降,甚至失去使用价值。

特别是我国油藏条件复杂,加上复合驱技术要求高,因此提高此类聚合物的性能已成为十分重要的问题。

为提高聚合物的耐温抗盐性能,需要从其化学结构上提高对水解作用的稳定性。

研究表明,用强酸型离子基团(如2 -丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐)替代弱酸型离子基团(如羧酸基团),增加金属盐的解离度,同时增加联接离子基团的中间桥链的空间位阻,均能有效提高聚合物链上酰胺基团的水解稳定性。

3 三次采油化学助剂发展方向
(1)木质素表面活性剂合成。

木质素表面活性剂的重要原
料是从制浆造纸过程中产生的废黑液(碱法与硫酸盐法造纸)或废红液(酸法造纸)中分离出来的碱木质素或木质素磺酸盐,它们来源丰富、价格低廉,这方面国内外已经具有一定的研究经验,加上该产品性能稳定,在三次采油中具有非常好的前景,建议进行此课题研究。

木质素表面活性剂最终与石油磺酸盐表面活性剂复配使用有望成为三次采油普适性表面活性剂。

(2)既有粘作用又有高表面活性的高分子表面活性剂合
成。

众所周知,在三次采油复合驱中既要求增粘作用又要求高的表面活性,采用超声波技术合成羧甲基纤维素(CM C)与表面活性大单体的共聚物可以获得既有增粘作用又有高表面活性的高分子表面活性剂,从而降低三次采油成本。

(3)耐温抗盐共聚物合成。

以丙烯酰胺单体为主,辅以强
酸性2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐单体及丙烯酸单体可以合成耐温抗盐型聚合物。

该聚合物耐高温抗盐,可使用油田污水配制、降低配注成本。

(4)既有增粘作用又有高表面活性的耐温抗盐型聚合物的
合成。

在(3)课题的基础上,采用分子设计思想,在耐温抗盐共聚单体中引入具有表面活性的基团,合成出既有增粘作用又有高表面活性的耐温抗盐型聚合物。

(栏目主持 樊韶华)
51 张达生:三次采油技术及化学助剂进展。