表面活性剂在采油工业中的应用—表面活性剂在其他方面的应用

表面活性剂在其他方面的应用

缓蚀剂

    由于原油生产及集输设备几乎全是用钢铁材料制成的，而原油生产时，要产出大量含有腐蚀物的地层矿化水。为了延长这些设备的寿命，必须采取积极有效的防腐措施。除在设备本身生产时提供必要的涂层外，防腐剂也是其中一条有效的措施。

    根据使用环境，防腐剂是应溶于水，不和金属起化学作用的表面活性剂。典型代表有取代吡啶；烷基氧化甲胺的卤代衍生物RN(CH₂OR)₂，以及它的含硫醚季铵衍生物；C₄H₉CH₂NHCH₂CH₂-S=CH；酰基化的羟基烷基胺基酰胺。

    它们的共同特点都是有机分子中含有一定的极性基团，这就易被金属吸附，形成一定的保护层。这些化合物同时又因为各自结构不同，因此，性质也有差异，可以根据具体使用的环境作进一步的选择。

    油田使用防腐剂时，把它们配成一定浓度的溶液，用泵车从环形空间注入，然后从油管循环出来。这样，不但对输油管线起到了防腐作用，而且对油管也起到了保护作用。对于注入水或其他水管的防腐则是在将水处理完之后加入防腐剂，使其在管路中发挥作用。

    油田在进行增产措施如酸化压裂时，要用到有腐蚀的药剂，如酸化液，也应进行防腐处理，一般是将防腐剂加入到处理剂中去。这时，不但应考虑腐蚀剂的防腐效果，而且还应该考虑其和处理剂的兼容性。

    对它们性能的测定主要是考察其在表面上的吸附和表面能的变化。表面能可以通过接触角测量或润湿仪来实现。性能指数则是通过腐蚀性表测定的。

    酸化压裂液的应用

    为了使酸液能够进入地层深部，延长酸液的作用时间，有时需要采用乳化酸或稠化酸。所谓乳化酸是以酸液为内相，油为外相的乳状液。所用表面活性剂主要是乳化剂。常用于乳化酸的表面活性剂为阳离子型的。为了使乳化酸的酸性在消耗完后可以破乳，常给其中加一些非离子活性剂作为助排剂。常用的阳离子活性剂有十二胺、十四胺和它们的混合物。活性剂的浓度为0．5％效果较好。另外，脂肪酸及其衍生物也可作为乳化剂。

配制乳化酸用的油为液态烃类，通常用柴油或煤油，也有用原油、汽油及其他馏分油的。由于处理地层温度不同，因此，研究时应侧重于在指定温度下的稳定性，必要耐进行适当调整。 

和乳化酸类似的是稠化酸，即将酸液与添加剂混合，配制成粘稠的酸化体系。通常为非离子型表面活性剂，相对分子质量为4000～30000。使用较为普遍的是聚氧乙烯与聚氧丙烯的共聚物，其中聚氧乙烯分子量应占总分子量的25％。

这种体系粘度高，在进入地层时，能防止指进现象，更好地与低渗区作用。反排时，这种助排剂易降解，又具有表面活性，因而述可携带出地层中的污染物，达到酸化与解堵的双重效果。下面是两个典型的配方：     

配方一：盐酸l2％；氢氟酸3％，Tetronicl508活性剂20％，水65％。Tetronicl508是乙二胺与氧乙烯、氧丙烯的共聚物。

    配方二：盐酸l5％，甲酸5％，Tetroniel30430％，水50％。Tetronicl304也是乙=胺与氧丙烯及氧乙烯的共聚物，Tetron-icll508的聚氧乙烯亲水部分占分子量的80％，而Tetronicl304聚氧乙烯部分占40％。它们在加热到55℃时便可形成凝胶.

    使用泡沫酸也是近年发展起来的一种综合处理措施，它是集酸化与清洗解堵的综合措施。主体仍然是酸性组分，而表面活性剂组分的发泡作用却大大提高了酸液的效果。和酸配伍较好的表面活性剂主要是ABS和OP-10，另外加入适量的R蝴(聚丙烯酰胺)作为泡沫的稳定剂。在油田现场用的段塞组成如下：

    前置泡沫液：ABS l％～l．5％，PAM 0．2％

    前置泡沫酸：HCl l2％～l5％，ZX缓蚀剂1．5％，0P一101．0％

    主体泡沫酸：HCl l0％～l2％，HF l％～3％，HAC 2％，ZX1．2％～l．5％   

    后置顶替：1％表面活性剂溶液

    泡沫酸的典型应用示例是在我国中原油田。该油田沉积相为粉细砂岩，胶结物比较复杂，普通酸化产生的碎屑很容易造成二次污染。酸化的目的就是将胶结物溶解掉，使地层孔道流畅。因此，将地层杂质清理掉也是有效措施之一。泡沫酸则起到了双重作用。

    实验阶段选了22口井，进行了26井次的作业。配方和工艺基本上是一样的，共用酸液816m³，成功率为100％。采用泡沫酸的平均处理半径为l．3m，而普通酸化处理半径在0．5m左右。处理后单井增液24．7m³／d，增油3．7t／d。平均有效期为121d，投入产出比达到1：3．7。

    压裂中也常用到表面活性剂。最早使用是为了提高压裂液的助排效果，降低摩阻。这类表面活性剂常用的有：丙烯酰胺或二甲胺基乙基异丁烯酸季铵盐；二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺季铵盐。对水敏性地层，为了不伤害地层，常用到油基压裂液。油基压裂液常为w／O乳状液。由于要形成稳定的乳状液，所用表面活性剂含量一般都很高。根据使用条件和选用表面活性剂的不同，其含量占0．5％～40％，常用浓度为3．0％～25％。乳状液的分散粒

径为0．01～100μm。用高浓度表面活性剂有助于降低油外相的量。在实际应用中，油外相量通常低于25％。为了提高粘度，可采用多重乳状液方式，即再用粘稠液体作为外相。常使用的表面活性剂为油溶性表面活性剂，有阴离子、阳离子和非离子型的。阴离子的是由天然脂肪和油衍生的长链脂肪酸盐和烷基苯磺酸盐，如二十四烷基苯磺酸吗啉盐。阳离子活性剂代表物为高分子量的烷基胺和多元胺的酰胺。非离子活性剂是羟乙基化的直链醇和羟乙基化的烷基苯酚。

配制实例之一时先将柴油与表面活性剂按3：1的比例混合，然后在强烈的搅拌下缓慢加入2％NaCl水溶液，至水油比为9：1。在3000r/min速度下混合30min便可得到粒径2．25μm的乳状液。泡沫压裂工艺是近年发展起来的一种适合于低压、低渗、水敏性地层的增注增产措施。泡沫压裂一般用№或032作气相，约占70％，液相约占30％。液相中含有表面活性剂、增粘剂、泡沫稳定剂等。     

泡沫压裂液中使用的表面活性剂主要是发泡剂，使用较多的化合物为：    ．

    十二烷基硫酸钠、十二烷基苯硫酸钠、烷基酰胺聚氧乙烯醚、OP—l0等。    ．

    进口的主要为Mesul0-Foam-03。此外还有稳定剂、固泡剂、增粘剂等。

和其他室内评价一样，泡沫压裂液的评价指标有：泡沫质量：气体体积占泡沫的总体积的百分数；

泡沫半衰期：泡沫基液析出一半的时间；

    泡沫粘度：泡沫在一定的温度和剪切速率下流动的内摩擦力；

     滤失及滤失系数：表示滤失性大小；

    沉砂速度：砂粒在泡沫液中的沉降速度; 

密度、流动性等。  

    在现场，美国每年施工4000～5000次，我国在有低渗透的四川、新疆、华北、长庆、辽河等都取得了良好的应用效果。为了增加效果，有时将泡沫酸和泡沫压裂结合在一起使用。结合在一起时，一般用酸液10～40m³，加砂10t，配制携砂液50～100m³。由于有双重效果，施工后油井附近的渗流油能力有很大提高。

在固井水泥中的应用   

由于水泥是一种多相分散体系，固含量高达70％以上，在石．油开采时经常用于固井。其中常用表面活性剂主要是提高其分散性能。分散剂的作用主要是改变固体颗粒表面的性质，常用的有：磺酸盐t烷基酰胺磺酸盐，最佳用量0．4％；聚苯磺酸盐，常用量为0．5％～1．5％；木质素磺酸盐、聚苯乙烯磺酸盐等。

    高温分散剂：丙酮和甲醛缩聚物，使用温度可高达l50℃。

    分散剂的性能主要为吸附分散性，以保证其有良好的流变性和增强其稳定性。分散性能取决于表面活性剂在固体颗粒表面的吸附和疏水性能，亲和性愈好，吸附性愈强。羟基多糖、羟基羧酸也是较好的分散剂，如水解淀粉、纤维素等。

    分散剂韵主要作用是：

    改变流变性：添加分散剂后，水泥浆的屈服应力可能为零，体系表现为牛顿流体.

    防止游离水和沉积作用：水泥是悬浮分散体系，有沉降趋势。分散剂本身是胶体稳定剂，选择适当便可防止沉降作用。一般使用量为0．2％～0．3％。’

    在固井作业中，还希望水泥有一定的固结时间。为了减缓凝结速度，有时用表面活性剂作缓凝剂。到目前为止，人们对水泥的缓凝机理还不是十分清楚，通常认为有以下几种机理：

    吸附机理：表面活性剂吸附于水泥水化产物表面，屏蔽水泥颗粒与水的接触而降低水化速度。

    分散机理：缓凝剂和液相中的Ca²⁺或OH^-反应形成一个不溶解、不渗透的膜包裹在水泥颗粒表面，从而抑制水泥颗粒的进一步水化，起到降低水化速度的作用。

  成核机理：缓凝剂吸附在水化产物微粒上阻碍它的进一步生长。     

络合机理：Ca²⁺被缓凝剂分子螯合，阻止核的形成。

    以上几种机理，归根结底都是表面活性剂对胶团的稳定机理。表面活性剂的加入是为了防止固体颗粒的接触和水化，常用的有：木质素磺酸盐：纸浆滤液中提取的天然高分子，平均相对分子质量为20000～30000。同时，未精制的木质素磺酸盐中含有多糖类化合物。它的使用浓度为0．1％～l．5％，使用温度为120℃。但当给其加入硼酸钠时，可使其使用温度扩展到315℃。

    羟基羧酸：分子中含有羟基和羧基，应用广泛的为葡萄糖和葡萄糖酸盐。使用温度为150℃。另外还有柠檬酸也是强缓凝剂，它们的用量为0．3%～0．8％。

  糖类与纤维素衍生物：它们是富含羟基的化合物，有较强的吸附能力。一般使用温度为l20℃，用量为0．2％～0.5％。