驱油剂可行性报告

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1、低渗透油田表面活性剂驱油剂的研究与应用可行性研究报告项目名称：低渗透油田表面活性剂驱油剂的研究与应用申报单位：陕西省石油化工研究设计院编写人：孙玉鹏申报时间：2014.1低渗透油田表面活性剂驱油剂的研究与应用 一、立项背景、目的及意义石油资源是一种重要的战略资源 , 对国家的经济发展和人民生活水平的提高具 有重要作用。然而它并不是取之不尽 , 用之不竭的 , 随着勘探开发程度的加深 , 开采难度会逐步加大 , 因此提高石油采收率不仅是石油工业界 , 而且是整个工 业界普遍关心的问题。 三次采油技术是中国近十年来发展起来的一项高新技术 , 它的推广应用对提高原油采收率、稳定老油田原油产量起到了重

2、要的作用。我国 85%原油产量来自产龄 10 a 以上的老油田 , 但我国老油田的平均原油采收 率仅为 32% , 而世界先进国家采收率已达到 50%. 因此 , 确保我国原油产量的持续增 长 , 最为关键的是提高老油田的最终采收率 . 根据提高采收率方法筛选、潜力分析及 发展战略研究结果 , 我国注水开发油田 （ 其储量和产量均占全国的 80%以上 ） 提高采收率的方法主要为化学驱 （ 碱驱、聚合物驱、表面活性剂驱等 ）. 该方法覆 盖地质储量达 60 亿 t 以上 , 可增加可采储量 10 亿 t, 为各种提高采收率方法潜力的 76% , 是我国提高采收率研究的主攻方向 . 近十几年来 ,

3、 复合驱 （ 碱 - 表面活性剂 - 聚合物的复合 ） 从化学驱中脱颖而出 , 成为最具应用前景的方法之一 . 这 一方面是由我国的特殊油藏条件及各种技术的适应性所决定的 ; 另一方面则是因为 复合驱综合发挥了不同化学剂的协同效应 , 从而成为大幅度提高石油采收率的重要 方法之一 .在世纪年代以前 , 油田开发主要是依靠油层原始能量进行自喷开采 , 一般采收率 仅为5%10%,我们称之为一次采油（POR ）。这是油田开发早期较低的技术水 平 , 一次采油使左右的探明石油储量被留在地下。 随着渗理论的发展 , 达西定律被 应用于流体在多孔介质中的渗流 , 表明油井产量与压力梯度成正比关系。这使人

4、们认识到一次采油造成原油采收率低的主要原因是油层能量的衰竭 , 从而提 出了以人工注水气的方法 , 来增补油层能量 , 保持油层压力开发油田的二次采油方 法（SOR）。这是当今世界油田的主要开发方式，使油田采收率提高到，是一次油田开发技术上的飞跃 , 但二次采油后仍有一剩余残留在地下采不出来。国 内外石油工作者进行了大量研究工作 , 逐步认识到制约二次原油采收率提高的因 素 , 进而提出了新的三次采油方法（ EOR）。三次采油指油藏经过一次采油依靠油层原始能量、 二次采油通过注水补充能量后 , 采取物理一化学方法 , 改变流体的性质、 相态和改变气一液、 液一液、液一 固相间界面作用 , 扩大

5、注人水的波及范围以提高驱油效率 , 从而再一次大幅度提高采 收率。三次采油提高原油采收率的方法主要分为化学法、 混相法、热力法和微生物法 等。根据作用原理的不同 , 化学法又可以进一步分为碱( Alkaline )驱、聚合 物 (Polymer) 驱、表面活性剂 (Surfactants) 驱以及在此基础上发展出来的碱一聚合 物复合驱 (AP 驱) 、碱一表面活性剂一聚合物复合驱( ASP 驱)或表面活性剂一碱 一聚合物复合驱 (SAP 驱 ) 。根据混相剂的不同 , 混相法分为溶剂混相驱、烃混相 驱、CO、混相驱、N混相驱以及其他惰性气体混相驱。在这些混相剂未达到混相2 2压力之前为非混相气

6、驱，近年来又开发出了气一水交替驱(WAG驱)。热力法包 括蒸汽驱、火烧油层等。碱驱油技术是三次采油技术中研究应用最早的。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、 胶质等所含的梭酸、 梭基酚、叶琳 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

7、很低 , 油相不连续 , 油珠被滞留成为碱驱残余油。 碱驱油技术是三次采油技术 中研究应用最早的 , 但是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。目前在三次采油中应用的碱主要是 NaOH 、 Na CO 和 NaHCO 、 Na PO 和 2 3 3 3 4 Na2HPO4 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。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 , 其主要驱油剂是聚 合物 , 它通过提高水的波及系数来提高采油采收率。 最近报道 , 聚合物还能 通过聚合物溶液的粘弹性

8、提高岩心的微观驱油效率。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酸胺(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(HEC)和一些正在开发的交联共聚物。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 ，对稳定、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 C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

9、耐温抗盐性能，扩大HPAM的应用范围。表面活性剂在三次采油中的作用机理主要是加人表面活性剂以降低油 /水界 面张力，改变岩石湿润性，以利于吸附在岩石颗粒表面的残余油膜的剥离，提高 洗油效率，并使油珠或油滴能被注人水带走。1971年，Bunton等首次合成了一族阳离子型双子表面活性剂。1990年开 始，Zhu等合成了阴离子型双子表面活性剂，从此引发了对双子表面活性剂的研究 热潮。新型结构的双子表面活性剂不断被报道。传统的表面活性剂是由一个疏水基和一个亲水的极性头基构成的，改变和提高其 表面活性是非常有限的，通常靠加长疏水链或将几种表面活性剂复合使用；而双子表 面活性剂是由2个亲水基、2个疏水基和

10、1个联接基构成的(见图1),通过对亲水基、亲油基以及联接基的改变可合成多种类型的双子表面活性剂，通过改 变联接基及疏水基的长度即可轻易改变其性能。由于双子表面活性剂具有诸多优异 的性能，故在石油工业有着巨大的应用前景。传统的表面活性剂分子由于其结构的局限性，其在降低油水界面张力、复配以及增溶等方面的能力很有限。而双子表面活性剂由于其特殊的结构 , 在很低的浓 度下就有很高的表面活性 , 在加入量很少的情况下就能使油水界面张力降至超低(1 X10 - 3 mN/ m),且有很好的增溶及复配能力，在化学驱采油中有巨大的应 用前景。目前 , 国内许多研究人员对双子表面活性剂用于三次采油都进行了一些研

11、 究。但从公开报道看 , 仅有少数几个小组开展了系统的有针对性的工作 : 罗平亚院 士课题组从三次采油用表面活性剂所需性能和存在的问题入手 , 合成了一系列不同 疏水链长度、不同联接基长度的阳离子型双子表面活性剂 , 系统分析了双子表面活 性剂溶液与原油之间的界面张力、 表面活性剂溶液的黏度行为及双子表面活性剂的 油水界面黏度行为 , 发现某些双子表面活性剂在气液界面出现反常的吸附行为 , 可 以将油 / 水界面张力降低至超低 , 且具有比普通驱油用表面活性剂更低的油水界面 黏度。但由于阳离子表面活性剂易通过静电吸附作用吸附在带负电荷的油层矿物表 面 , 因此用量较大。韩冬课题组针对阳离子双子

12、表面活性剂存在的缺陷 , 合成出了硫酸盐、磺酸盐型双子表面活性剂及两性双子表面活性剂 , 并初步研 究了这些双子表面活性剂在水 / 有机相间的界面张力。 李干佐等合成了新型磺酸盐 阴离子双子表面活性剂 , 并研究了非离子双子表面活性剂的动态表面张力及添加剂对 其浊点的影响 , 还考察了与阳离子双子表面活性剂的协同效应。蒲万芬等模拟三次采 油实际环境 , 研究了阳离子双子表面活性剂在砂岩表面的静态吸附行为以及阳离子双 子表面活性剂 / 疏水缔合水溶性聚合物二元体系与原油的界面张力。冯玉军课题组重 点研究了既能大幅度降低油水界面张力又能增黏的双子表面活性剂体系 , 使双子表面活性剂能同时发挥三元复

13、合驱体系中表面活性剂和 聚合物的功能 , 并克服高分子表面活性剂的界面张力和高增黏能力不能两全的缺 陷和避免使用强碱 , 由此可将三元复合驱简化为二元驱甚至一元驱。 此外 , 该小组 还对双子表面活性剂结构和性能的关系进行了深入研究 , 探讨了如何简化双子表 面活性剂合成步骤 , 并通过对合成路线的改进把国内外报道的部分阳离子双子表 面活性剂的收率提高到 85 % 以上。双子表面活性剂的应用1 制备新材料由于 gemini 表面活性剂具有高表面活性和能在溶剂中形成不同聚集态的超分子结构等特性， 可应用于一系列介孔材料、 聚合物材料、 纳米材料和助催化材料的制备，为多学科交叉创造条件 7 。如介

14、孔硅胶材料的制备，纳米级孔径分子 筛材料的制备。 同时，在纳米材料制备时反相胶束技术的应用也引起了人们极大 的兴趣。反相胶束的“水池”为纳米空间，在一定条件下胶束具有稳定小尺寸的 特性，即使破裂也能够重新组合，被誉为“智能反应器” 8-9 。但目前对 gemini 表面活性剂在材料合成方面的研究相对较少，应进一步探索 gemini 表面活性剂 分子间弱相互作用力的协同规律， 研究和开发新型的双子表面活性剂， 如两疏水 链长度不对称、正负离子头基、离子非离子头基等杂双子表面活性剂，进而设 计具有新型结构和功能的分子有序聚集体，为新材料的合成提供新的思路7 。2 石油工业用助剂2.1 三次采油近年

15、来， gemml 表面活性剂因其优异的性能在三次采油中展现出了广阔的应 用前景。目前国内许多研究人员 10-13 对 gemini 表面活性剂用于三次采油都进行 了一些研究，合成出了可作为油田驱油剂使用的 gemlm 表面活性剂，探讨其在三 次采油领域应用的可行性。周雅文等 14 提到我国应用在三次采油上的阴离子 gemini 表面活性剂有羧酸 盐、硫酸盐、磺酸盐型。其中磺酸盐阴离子表面活性剂应用最广。磺酸盐阴离子 表面活性剂除了具有浊点高， 在砂岩表面上吸附少， 界面活性高， 耐温性能好等 优势外，成本较低也使其具有较优的经济效益。因此，磺酸盐阴离子 gemini 表 面活性剂也是在所有阴离

16、子 gemini 表面活性剂中最备受关注的。刘必心等 15 提 到与传统表面活性剂相比，阳离子型 gemini 表面活性剂兼有聚合物和传统表面活 性剂两种驱替剂的性能，在油田的三次采油应用中具有极大的潜在应用前景。 2.2 油田杀菌油田钻井及二次、 三次采油需要大量的回注水， 回注水主要来自采油区的地 下水和油水分离水， 这些水中含有大量的细菌及营养物质， 其中对油田危害最大 的细菌是硫酸盐还原菌(SRB)和腐生菌(TGB)。阳离子gemini表面活性剂因其分 子中具有 2 个长链疏水基团，且头基具有较高的电荷密度而具有优异的杀菌效 能，近年来受到广泛的关注 16 。国内许多研究人员 17-20 对此进行了深入研究， 开发出了许多新型的具有杀菌效能的 gemml 表面活性剂。2.3 油田用压裂液刘忠运等 21 提到