含氟粘弹性表面活性剂在油田化学中的应用
吕
鑫（中海石油研究中心，北京１０００２７）
摘要从含氟粘弹性表面活性剂的结构和作用原理以及含氟粘弹性表面活性剂具 有的独特的流变性出发，结合含氟粘弹性表面活性剂在国外的应用情况来综述含氟粘弹 性表面活性剂在油田化学中的应用情况。 关键词含氟粘弹性表面活性剂；油田化学；应用
４１
［３］牟建海，李干佐．表面活性剂聚集体的流变性质．日用化学工业，２００２，３２（１）：３８—４２ ［４］杲传良．水平井钻井技术在石油勘探开发中的应用与发展．山东科技大学学报（自然科学版）， ２０００，１９（２）：１１７—１１９．
一２４—
及其弹性。ＢＰ石油公司在阿塞拜疆的六口井的钻探过程中，采用常规的钻井液很难达到开 钻的要求，最终研制了新型的含氟粘弹性表面活性剂，成功钻进３５００ｍ的油藏。在加拿大的 艾伯塔省南部的浅层天然气开发区采用新型的ＦＶＥＳ钻井液成功地解决钻井过程中遇到的 困难。 ２完井液 含氟粘弹性表面活性剂的由于具有良好的热稳定性、盐增稠以及完全破胶等特性拓宽 了其在完井作业中的应用。为了提高完井的质量，必须确保生产流体均匀流过整个完井装 置。如果返排后仍然有钻井液和携砂液残留物，地层的导流能力必将受到破坏，与其它聚合 物不同，ＦＶＥＳ携带流体能优化砾石输送而不会留下残余物。在北海英国海域Ｓｈｅｔｌａｎｄ岛以 西大约１９０公里的Ｆｏｉｎａｖｅｎ油田的深水油藏，ＢＰ石油公司对水深为４００—６００ｍ的井，采用 含氟粘弹性表面活性剂作为完井液，完成了世界上最长的深水裸眼分流管砾石填充完井。 斯伦贝斯公司开发的ＦＶＥＳ
ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ（ＦＶＥＳ），ｔｈｅ
ｏｖｅｒｓｅａｓ
ＦＶＥＳ ｉｎ
ｏｉｌ ｆｉｅｌｄ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ
ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ（ＦＶＥＳ），Ｏｉｌ
ｆｉｅｌｄ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
含氟粘弹性表面活性剂作为一种新型具有特殊性质的表面活性剂受到广大研究者的关 注。含氟粘弹性表面活性剂的新技术扩大了这些特殊的物质在新的复杂环境条件下油田化 学中的应用范围。从钻井到完井，从增产作业到三次采油以及调剖技术，含氟粘弹性表面活 性剂体系在提高油气井产能和油气采收率方面发挥了重要的作用。目前，含氟粘弹性表面 活性剂在国外油气田已经有多种用途，并形成了一系列新技术。含氟粘弹性表面活性剂（
Ｃｌｅａｒ
ＰＡＣ完井液具有良好的剪切稀释、清洁和携带能力，并且
与滤饼清洁剂配伍性好的特点在水平井生产中得到成功地应用。
３
压裂液
含氟粘弹性表面活性剂（简称ＦＶＥＳ）压裂液是长链脂肪酸的季铵盐类阳离子表面活性 剂溶解在盐水中形成的胶束溶液。ＦＶＥＳ压裂液中・为了抵消阳离子基团之间的排斥力，引 入了平衡阴离子，使用了无机阴离子和有机阴离子，使ＦＶＥＳ溶液粘度提高并具有弹性，形 成凝胶。ＦＶＥＳ压裂液进入含油岩心或地层后，亲油性有机物将被胶束增容，棒状胶束将膨 胀，最终将崩解成为较小的球形胶束，ＦＶＥＳ凝胶破解，形成粘度很低的水溶液。此后在加拿 大阿尔伯塔，美国堪萨斯、怀俄明、俄克拉荷马，意大利亚德里亚海及美国墨西哥湾等油田的 常规压裂作业中得到了广泛应用，效果良好。ＦＶＥＳ压裂液配制容易，施工简单，用量少，摩 阻小，携砂能力强，处理后油井增产显著。在堪萨斯西南部，用ＦＶＥＳ压裂液压裂的一口浅 油井，其初始产量比处于同一地层段上的主井高２７％，比１２口邻井的平均产量高５２％。 ４酸化液 当用盐酸酸化碳酸盐岩地层时，在基岩中由酸溶蚀形成一些主要通道，酸液主体就会沿 着这些通道流动，而不能对其它的岩层进行酸化处理，因此常常在酸液中添加化学转向剂进 行转向处理，以改变注酸流动剖面，使酸液进人中、低渗透层，与未酸化的部分反应，提高酸 化效果。所用的含氟粘弹性表面活性剂不会产生任何残留物滞留在酸蚀溶洞表面，并且所 需清洗压力极低。采用ＦＶＥＳ的地下成胶酸能够呈现持续的高粘态，直至破胶。这个持续 的高粘态较之聚合物地下成胶酸更利于酸液的转向。因此，该体系可解决长段裸眼地层的 酸化难题且不会对地层造成伤害。斯伦贝谢公司研制的Ｏｉｌ ＳＥＥＫＥＲ酸转向剂，是一种 ＦＶＥＳ流体，既可以由于砂岩油藏又可以用于碳酸盐岩油藏，在任何一种油藏中Ｏｉｌ
ＳＥＥＫＥＲ
都能够选择性地降低水层的注入能力，迫使酸液转向进入具有较高含油饱和度的地层。Ｏｉｌ ＳＥＥＫＥＲ在与水进行接触的时候，能够保持凝胶状态，但与原油接触的时候粘度降低。实验 一２３—
室的岩芯驱替实验表明Ｏｉｌ ＳＥＥＫＥＲ能够从２００００毫达西德填砂管模型转向到２００毫达西 的岩芯中。在循环作业几次之后，大约有４０％的酸液被注入到低渗层。在委内瑞拉西南部 的Ｂａｒｉｎａｓ油田，委内瑞拉国家石油公司（ＰＤＶＳＡ）和斯伦贝斯公司对ＳＭＷ９井采用Ｏｉｌ ＳＥＥＫＥＲ进行酸化处理，这口井的产量由酸化前的５１桶／日增加到１８０桶／日。 ５提高采收率化学用剂 含氟粘弹性表面活性剂溶液可以作为性能优良的驱油增稠剂。高剪切下低粘度，易于 泵注，不存在象聚合物的剪切降解。在地层孔隙流动的低流速下，网状结构重新形成，粘度 恢复。同时网状结构是小分子表面活性剂可逆聚集形成，因而可进入到低渗透地层，可以解 决大分子聚合物不能解决的低渗透地层驱油的问题。另外，这种体系还有一个重要特点是 在很宽的矿化度范围（从蒸馏水到含７５％电解质的盐水溶液）内都可根据需要选择合适的 表面活性剂配制出良好流变性的体系。也可配制出对温度不敏感的体系。这样就解决了高 温高矿化度环境下的驱油难题。有研究指出，表观粘度相同的不同体系，粘弹性突出的体系 驱油效果好，这无疑又是对含氟粘弹性表面活性剂作为驱油剂的肯定。另外，体系同时具有 显著降低油水界面张力的能力。体系在调剖堵水中也有应用潜力。 ６需要解决的问题 由于含氟粘弹性表面活性剂是近几年人们才开始研究的一种新体系，对这种体系的性 能及产生这些性能的机理都有待更深入地研究。要高效、经济地应用这一新的体系，尚需做
Ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ ｖｉｓｃｏ ｅｌａｓｔｉｃｓ
ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ），简称ＦＶＥＳ）为长链含氟（Ｃ１６—２４）脂肪酸衍生物季铵
盐表面活性剂，它是一种具有粘弹性的小分子，包括亲水基和长链疏水基，分子链上含有正 电荷端和负电荷端。一定的含氟粘弹性表面活性剂体系在一定的条件下在水溶液形成柔性 长棒状胶柬，长棒状胶束相互缠绕形成可逆的三维空间网状结构并表现出特殊的流变性能
大量的工作。作者认为以下工作是首先必须开展的：①研制、开发高效、经济的体系，基础研
究报道的含氟粘弹性表面活性剂溶液的表面活性剂的浓度质量分数至少在几千×１０ｔ－６］。 因此，若能研制开发出溶液中表面活性剂浓度在质量分数１０００×１０ Ｌ－６］以下仍有良好流变
性的表面活性剂，则现场更易接受；②研究油田不同应用环境对含氟粘弹性表面活性剂溶液
一粘弹以及低剪切下高粘度（可达１０６ｍＰａ．Ｓ），剪切稀释（也有增稠的），触变性（负触变性）
等。
１
钻井液
由于含氟粘弹性表面活性剂溶液在高剪切速率下网状结构破裂，粘度很低，可最大限度 地减少从井口到喷嘴的能耗，从而提高钻速；而在环空的低剪切速率下网状结构重新形成， 粘度回升，如此可保证良好的悬浮携屑能力。含氟粘弹性表面活性剂溶液在较低表观粘度 下具有极好携砂能力，而粘度并非携砂能力的关键因素，其携砂能力来自于胶团的网络结构 ～２２—
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ Ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ｉｎ Ｏｉｌ Ｆｉｅｌｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ
ＬＶ Ｘｉｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｉｎｇ ｌａｓｔｉｃ
ｏｎ
（ＣＮＯＯＣ
பைடு நூலகம்
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
１０００２７）
ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｎｉｑｕｅ ｒｈｅｏｌｏｇｙ ｏｆ ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ ｖｉｓｃｏｅ— ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＦＶＥＳ ｉｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
流变性的影响，油田应用中，体系所处的具体环境如温度、压力、矿化度、ＰＨ值等对流变性的
影响以及与其它外加剂的作用；③研究与之配套的施工工艺。
参考文献
［１］郭拥军，李健．粘弹性表面活性剂溶液及其在油田中的应用潜力．日用化学品科学，１９９９，８（４）２９
—３３
［２］张为灿，李干佐，等．表面活性剂蠕虫状胶束缔合体系研究进展．日用化学工业，１９９９，（５）：３４—