发展论坛
为
三次采油
用聚合物和表面活
性剂
牟建海(山东大学胶体与界面化学研究所山东济南25010)
摘要
决的问题
关键词本文概述了在三次采油中使用的聚合物和表面活性剂的发展现状分析了它们的发展趋势以及今后应重点解三次采油聚合物表面活性剂
AbstraetThegeneraldeseriptionofthepolymers
trendinreeentyearsandsomeproblemsthatshouldbe
andsurfaetantsusedinenhanced011reeove叮werereviewedandtheirdeelopment
玲solvedassoonaspossibleweredsodiseussed
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1前言
石油开采可分为三个阶段一次采油是依靠地层能量进行自喷开采产量约占蕴藏量的5%-20%在地层能量释放以后用人工注水或注气的方法增补油藏能量维持地层压力使原油得到连续开采称之为二次采油其采收率约为巧%一20%当二次采油开展几十年后剩余油以不连续的油块被圈捕在油藏砂岩孔隙中,此时采出液中含水85%、90%有的甚至高达98%这时开采已没有经济效益为此约有60%一70%的原油只能依靠其它物理和化学方法进行开采这样的开采称之为三次采油国外亦称EOR(Enhaneed011Reeove叮)技术〔’」近十年来我国石油消费年均递增4%以上而同期石油产量年均增长率仅为18%从而导致石油出口量不断下降进口量大幅增加于1993年重新变为石油净进口国进人21世纪我国国民经济仍将以年均约8%速度增长石油消费增长率约为45%到205年我国原油需求量将达到230一25oMt2010年将达到30Mt,而我国石油产量年均增长率仅能达到13%左右国内石油资源严重不足面临着日益短缺的局面如何不断发现新储量最大限度地开采已探明储量成为石油工业的重要任务而三次采油驱油剂的选择和开发成为完成这一任务的重要手段驱油剂是指为了提高原油采收率而从油田的注入井中注人油层从而将油驱至采油井的物质一次采油不注驱油剂;二次采油是以注水气(一般流体)为特征所注的水气就属于驱油剂;三次采油是以注人特种流体为特征不同的特种流体构成不同的驱油方法不同的驱油方法使用不同的化学剂目前国内外三次采油的发展主要是聚合物驱油体系和碱/表面活性剂/聚合物组成的ASP三元复合驱油体系而使用的采油助剂主要就是聚合物和表面活性剂2三次采油用聚合物
聚合物驱油技术是一种经济有效的提高原油采收率的方法,其主剂是聚合物它通过提高水的波及
系数提高原油采收率最近报道聚合物驱还能通过聚合物溶液的粘弹性提高岩心的微观驱油效率圈在油藏地质条件一定时聚合物驱油的效果主要取决于驱油用水溶性聚合物的性能目前聚合
物驱用的聚合物主要是部分水解的聚丙烯酞胺
(HPAM)及其改性聚合物还有生物聚合物黄胞胶
(xC)以及经乙基纤维素(H
E
C)
和一些正在开发的交
联共聚物
以部分水解的聚丙烯酞胺为主剂的三次采油技术已经在大庆胜利等低温低盐油田应用并取得良好效果但在研究和应用中发现HPAM作为驱油剂存在一定的局限性和技术弱点影响到聚合物技术的应用规模和范围限制了其应用经济效益的进一步提高具体体现在以下几个方面:(l)聚合物产品结构参数单一与油藏的匹配关
系仍需进一步筛选和优化HPAM的相对分子量较
高(一般大于1大107)水解度较大(25%一28%)虽
然具有较好的增粘性在降低流度比减少聚合物用
量方面起到积极作用但不具备普适性容易出现聚
合物相对分子量与岩石渗透率不匹配以及聚合物水解度与油藏温度不匹配等问题
(2)高水解度的HPAM的长期稳定性较差由
子高温水解作用造成聚合物溶液的粘度保留率较低粘度下降很快降低了聚合物驱的实际控制程度严重影响了聚合物驱油技术的使用效果(3)H
PAM
的耐温性能差在高温条件下
HPAM会发生明显的热氧降解和水解作用使溶液
圈哪饭
2002年第6期化工科技
市
场亡氮发展论
坛
粘度降低驱油效果变差[3,43一般认为HPAM在实际油藏可使用的最高温度为75℃而高于此温度的油藏不能用H以M聚合物驱油因此解决聚合物的耐温性能扩大HPAM的应用领域是迫切需要解决的技术难题(4)HPAM的耐盐性能差众所周知HPAM具有明显的盐敏效应在高矿化度特别是高价金属离子含量高的油藏其粘度会大幅度下降甚至产生沉淀从而导致其在矿化度较高的油藏不能使用也不能用污水配制聚合物溶液根据以上分析三次采油用HPAM的发展方向主要应该是提高它的耐温耐盐能力如可以通过共聚的方法在结构中引入带环的链节来提高耐温能力或者引人强亲水基团的链节来提高耐盐性若通过共聚引人有疏水缔合结构的链节则共聚物同时具有耐温耐盐性能囚归纳起来目前主要有以下几类HPAM改性聚合物:(l)低度交联AMPS共聚物交联聚合物驱油技术是在聚合物驱和凝胶堵水技术基础上发展起来的一种新兴驱油技术并因原材料成本低提高采收率效果明显适应性强等特点而成为一种提高原油采收率的最有效的手段之一它可以大幅度降低聚合物用量扩大聚合物驱油技术的应用范围使用温度可以提高到95℃耐矿化度达105mg几并且可以用污水配制目前在中原油田已经开始使用它主要利用分子设计原理从新单体合成出发与丙烯酞胺(AM)2一丙烯酞胺基一2一甲基丙磺酸(AMPs)等含磺酸单体共聚合成[‘,〕AMPs共聚物交联体系的热稳定性主要由聚合物分子结构和交联剂种类决定体系的凝胶时间对温度pH值等因素的影响较为敏感(2)疏水缔合型聚丙烯酞胺使用两亲表面活性剂单体与丙烯酞胺共聚合成疏水缔合型聚丙烯酞胺【”〕在一定程度上提高了耐温耐盐性能在高温高盐高二价金属离子的条件下有良好的增粘性两亲表面活性剂单体的引人使合成聚合物在一定条件范围内具有良好的无机盐增粘性能和温度增粘性能同时还具有良好的溶解性能可用现场回注污水直接配制(3)其它耐温耐盐新型聚合物把耐盐不易水解又能抑制酸胺基团水解的大的侧基引人到HPAM分子链上合成出二元三元甚至四元共聚物提高HPAM的耐温抗盐性能如磺化聚合物(AM/AMPSAM/AA/AMPS磺化苯乙烯/马来酸酞/AM)AM/VP(乙烯基毗咯烷酮)水溶性疏水聚合物等聚合物驱油技术已经成为解决油田后期开发减缓产量递减的主导技术稳定优化与提高
HPAM
产品的性能具有重大的理论意义和实际价值在小于75℃条件下根据实际油藏地质特性优化HPAM的结构参数选用高相对分子量的同时应重视水解度对HPAM性能的影响研制开发和应用新型聚合物和低度交联HPAM技术能够大幅度提高HPAM的耐温抗盐性能扩大HPAM的应用范围
3三次采油用表面活性剂
三次采油技术目前除了聚合物驱油研究和
应
用相对比较多的是ASP复合驱油即由碱聚合物
表面活性剂共同组成的驱油体系复合驱通常比单
一组分驱动的采收率更高主要是由于其中的组分
之间存在协同效应刚而表面活性剂在复合驱中处于主要地位它主要通过降低油水界面张力和提高
毛管数(一个无因次准数为驱动液的粘度与驱动速度的乘积除以油与驱动液间界面张力所得的数
)来
提高原油采收率「’0〕由于岩砂地层表面通常带
负
电所以驱油用的表面活性剂主要为阴离子型表面活性剂一般可以
分为两类
:
(l)磺酸盐型表面活性剂
将芳香烃含量高的石油或石油馏分用三氧化硫磺化再用碱中和制成的石油磺酸盐〔”〕价廉易得但不抗盐特别是高价金属离子在水中含量超过50
mg几(总矿化度3x104mg/L)时石油磺酸盐会沉淀
或转至油相失去界面活性将烷烃烷基苯烷基甲苯等磺化后可以得到合成磺酸盐(如烷基磺酸盐烷基芳基磺酸盐a一烯烃磺酸盐等)其中a一烯烃磺酸盐特别抗盐具有抗高价金属离子的特点CI。一C3。的。一烯烃磺酸盐可
在总矿化度高达8/1了ms/L(其中高价金属离子达4xzo,mgzL)的条件下使
用
造纸废料制得的木质素磺酸盐因其成本低来
源广结构多样可适用不同地层越来越引起人们重视木质素磺酸盐中的酚基丙烷单元通过醚键
和碳碳键组成复杂的结构针对地层表面和地层流体的特点化学改性后可得到氧化木质素磺酸盐氯
化木质素磺酸盐和梭甲基木质素磺酸盐等木质素
磺酸盐也常作为助表面活性剂鳌合高价金属离
子或
通过竞争吸附减少主表面活性剂的损失(2)梭酸盐型表面活性剂
石油梭酸盐属于这一类表面活性剂它由芳香烃含量低的石油或石油馏分用氧化法制得〔’2〕由油脂下脚料得到的天然混合竣酸盐也属于这一类表
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化工科技市场
2002年第6
期