在驅(qū)油中,常用的表面活性劑類(lèi)型有陰離子及非離子型化合物。
陰離子型活性劑,優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有濁點(diǎn)或濁點(diǎn)很,在砂巖表面上吸附量少,但護(hù)鹽能力差,臨界膠束濃度又較高。
非離子型活性劑,優(yōu)點(diǎn)是抗鹽能力強(qiáng),臨界膠束濃度低,但有濁點(diǎn),不能用于超過(guò)濁點(diǎn)的地層。但目前已能通過(guò)改性,既具有以上特點(diǎn),但濁點(diǎn)很高,抗鹽能力更強(qiáng),適用于高溫高鹽地層。
陽(yáng)離子型活性劑,通常不適于配制二次或三次采油的膠束段塞,因它易破地層吸附或產(chǎn)生沉淀,故不會(huì)形成較低的表面張力。
下面敘述用于化學(xué)驅(qū)油的表面活性劑
(一)石油磺酸鹽
美國(guó)先前生產(chǎn)的磺酸鹽類(lèi)表面活性劑為14萬(wàn)噸/年,1985年后達(dá)1000萬(wàn)噸/年。
早期多用天然石油磺酸鹽,它具有分布范圍較寬的特點(diǎn),現(xiàn)在多傾向合成石油磺酸鹽,它具有分了呈分布較窄的特點(diǎn),驅(qū)油效果較好。
石油磺酸鹽可選用原油,拔頂原油,重減壓瓦斯油或某些其它部分提煉了的原油。
采油過(guò)程中使用石油磺酸鹽時(shí),不論是石油磺酸鹽在注入地層的表面活性劑作唯一的表面活性劑使用,或是為了能在含鹽較高的地層和(或)硬度大的地層水中應(yīng)用表面活性劑驅(qū)油技術(shù)而與較復(fù)雜的合成磺酸鹽(以作為增溶的助表面活性劑)一起使用,假如所用的石油磺酸鹽平均當(dāng)量低于界面張力測(cè)試所推薦的平均當(dāng)量,都會(huì)取得最好的結(jié)果,一般石油磺酸鹽的當(dāng)量應(yīng)選取為325-425最好為350-400,特別推薦使用當(dāng)量如下均勻分布的石油磺酸鹽混合物,即5-15%分子的當(dāng)量小于300,25-50%的當(dāng)量為300-400,5-15%的當(dāng)量為400-500,而5-20%的當(dāng)量為500或500以上。
上述推薦的當(dāng)量分布范圍,適用于含鹽度等于或小于20,000ppm,二價(jià)離子濃度高于2000ppm則在石油磺酸鹽中需加入非離子型表面活性劑,如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚類(lèi)或它們的磺酸鹽類(lèi)才能使用。
(二)脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鹽
第一是碳數(shù)的選擇,C8-C20(最好是伯醇C10-C16)而在其直鏈上的第二個(gè)碳原子位置處具有C1-C8的烷基取代基,它占整個(gè)脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鹽的醇基部分的40%-90%,最好是占45%-80%。醇基的其余部分為直鏈伯醇,且含量最好為醇基的5-55%,其碳原子數(shù)一般地方與2-(C1-8烷基)支鏈取代醇相同。
第二是磺化劑的選擇,目前使用的磺化劑,一般有三氧化硫、硫酸、發(fā)煙硫酸、氯磺酸、氨基磺酸等。工業(yè)上一般用SO3,特別是SO3的膜式磺化,具有磺化選擇性好,磺化率高,無(wú)機(jī)鹽含量少等優(yōu)點(diǎn),國(guó)內(nèi)所用的磺化劑,特別是烷基苯磺酸鹽及脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鹽的烷基苯、脂肪醇聚氧乙烯醚的磺化均采用這一類(lèi)。
第三是中和劑的選擇,一般采用鈉、鈣、鎂的堿或堿土金屬陽(yáng)離子氫氧化物,以及銨或胺陽(yáng)離子,胺陽(yáng)離子要由脂肪族或芳香族的單、雙或多胺衍生物,如硬脂酰胺、乙撐二胺,已撐二胺、二乙撐三胺或三乙撐五胺為好。
脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鹽,以濃度高達(dá)5%的水溶液或分散液形式使用,顯然,基于成本的原因,硫酸化的醇盡可能少,一般地濃度為0.1-1.5%即滿(mǎn)足要求。
一般地說(shuō),硫酸化的聚氧乙烯脂肪醇的優(yōu)點(diǎn)之一是它在離子化強(qiáng)度高,含鹽量為5-10%,并有鈣、鎂及三價(jià)鐵離子存在的水中使用均有效。此外,它在采油過(guò)程中的另一優(yōu)點(diǎn)是與其它直鏈或支鏈醇衍生而得的同系物相比,對(duì)水溶液的增粘作用強(qiáng),與直鏈醇的衍生物相比,具有更大的剪切能力,也就是說(shuō)當(dāng)把它擠入地層時(shí),在機(jī)械力的作用下稠化效果下降的趨勢(shì)更小。
(三)烷基芳基磺酸鹽
一種與氯化鈉的配伍很好,并且可將油水界面能力降到1MN/M或更低的表面活性劑。
這種表面活性劑是由一個(gè)平均分子量為250-1000的烷基芳基磺酸鹽和分子中至少含有一個(gè)(C2H4O)n基(其中n為大于1小于40)的有機(jī)堿構(gòu)成。
合適的堿性化合物為三異丙醇胺,而更合適的為三乙醇胺。此類(lèi)表面活性劑的某些品種特別適合于用水驅(qū)替從儲(chǔ)層中采油,這一品種中烷基芳基磺酸鹽的平均分子量為280-400,最好為300-400,這些酸可由一種合適石油磺化而得,最好是由鄰二甲苯烷基化所得的烷基苯磺化而得,而鄰二甲苯的烷基化是用四聚丙烯進(jìn)行的,堿性化合物是用三乙醇胺和一個(gè)或幾個(gè)氯化乙烯縮合而成,氧化乙烯的比例越高,表面活性劑與氯化鈉的配伍性越好,但氧化乙烯在堿性化合物中的比例無(wú)論是高或低,無(wú)具有極好的降低界面張力性能。
(四)二烷基苯聚氧乙烯基烷基磺酸鹽
這種表面活性劑它能適用于所含流體的含鹽度為10,000-250,000ppm(總?cè)芙恹}量),其中二價(jià)離子高達(dá)20,000ppm左右的油藏。這種表面活性劑包括將水溶性的石油磺酸鹽與有效量的增溶助表面活性劑如二烷基苯聚氧乙烯烷基磺酸鹽混合,然后把這種表面活性劑的混合物注入并強(qiáng)迫通過(guò)儲(chǔ)油層而采出油,這類(lèi)表面活性劑的結(jié)構(gòu)如下:
RR’C6H3(OC2H4)mC2H4SO3X
式中R,R’為烷基m為3-15,X為陽(yáng)離子
以上的表面活性劑的二烷基可以是直鏈、也可支鏈烷基,最好每個(gè)烷基具有6-14個(gè)碳原子,該表面活性劑的二烷基結(jié)構(gòu)使之具有足夠的親油性,而可有效地增溶與石油磺酸鹽充分的混合。以不同用量的二烷基苯基聚氧乙烯烷基磺酸鹽加入到鹽水(總?cè)芙恹}量為90,000ppm,其中二價(jià)離子為10,000ppm和、)和石油磺酸鹽混合溶液中,然后分別測(cè)試所得混合物的毛細(xì)管驅(qū)替,粘度和界面張力結(jié)果列入下表:
增溶的表面活性劑,%
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毛細(xì)管驅(qū)替毫米/20分
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粘度厘泊
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界面張力毫達(dá)因/厘米
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0.35
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1
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--
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--
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0.43
|
1
|
--
|
--
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0.52
|
1
|
--
|
--
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0.60
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18.2
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4.56
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19
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0.69
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20.0
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3.88
|
20
|
0.78
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11.8
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4.74
|
20
|
0.86
|
5.6
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5.66
|
15
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1.04
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6.4
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6.02
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15
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