烷基苯磺酸盐类表面活性剂是90年代初国外研制成功的一种三次采油用表面活性剂,如ORS41､B-100,已在大庆油田杏二区､北一区断西等三元复合驱矿场试验区取得了良好的效果。从三次采油用表面活性剂的发展历史来看,石油磺酸盐到烷基苯磺酸盐的转变是一次技术上的革新,是一种从粗放型生产到精细化研制的转变,是一种从落后的生产工艺到现代化生产工艺的转变。目前,从大庆油田三元复合驱对主表面活性剂的迫切需求出发,早日实现表面活性剂的国产化､改变活性剂依赖进口的局面,对于降低三元复合驱的成本以及大面积推广三元复合驱有极大的现实意义。
1 实验仪器及化学试剂
SO3降膜式磺化器(1套)由无锡轻工大学研制,精馏装置为日本柴田化学器械工业株式会社全自动精馏装置(型号:4YHP-C-A-1500B),界面张力测定采用美国TEXAS-500型旋转滴界面张力仪。界面张力测定和驱油实验一律在45℃下进行,实验所用油､水为大庆油田第四采油厂脱气脱水原油和注入污水。重烷基苯为抚顺洗化厂十二烷基苯精馏副产物,所用发烟硫酸含20%气体SO3,NaOH为固体分析试剂纯。
2 原料及合成工艺
2.1 原料及其组成
烷基苯磺酸盐的原料来自烷基苯厂的十二烷基苯的精馏副产物———重烷基苯。烷基苯是由原油经过常减压精馏得到的煤油(或柴油),经精制得到正构烷烃并脱氢获得单烯烃,再与苯进行烷基化而得到。分析和研究结果表明,重烷基苯主要由烷基苯(单烷苯､二烷苯)､二苯烷以及茚､萘满等组成。
2.2 烷基苯磺酸盐的合成
2.2.1 原料的精制
三元复合驱驱油机理研究结果表明,只有当表面活性剂的平均当量和当量分布与原油的平均分子量和碳链分布相匹配时,才能使三元体系与原油形成超低界面张力;同时考虑到原料结构性能与界面张力稳定性密切相关,所以在合成三采用表面活性剂时,需对现有的重烷基苯进行一定程度的处理。我们采用精馏法,筛选合适的重烷基苯原料。
2.2.2磺化剂的筛选
磺化反应中使用的磺化剂主要有浓硫酸､发烟硫酸､SO3等,浓硫酸磺化时,产生的废酸多,直接影响到产品质量,目前已很少采用;发烟硫酸磺化时,产品含盐量高,副反应多,产品的稳定性差;SO3作为磺化剂克服了前两种磺化剂的缺点,同时具有原料来源丰富､易于放大等优点。因此,我们采用SO3作为磺化剂。
2.2.3 磺化及中和
采用国内外先进的SO3降膜式磺化工艺(图1)。
基本原理是在一定反应条件下,将筛选出的原料(烷基苯)在膜式反应器的内壁形成降膜,SO3随降膜方向从反应器中部通入,让烷基苯与SO3在反应器的内壁上发生瞬时､等温磺化反应得到烷基苯磺酸,再用碱(一般用NaOH)中和得到烷基苯磺酸盐(烷基苯磺酸盐属于阴离子类表面活性剂)。
2.2.4 复配
为进一步改善表面活性剂性能并使之系列化以适应不同的油水条件,一般要对磺化､中和得到的烷基苯磺酸盐进行复配———包括不同当量烷基苯磺酸盐之间的复配及添加一些有机溶剂或非离子表面活性剂等。
3 烷基苯磺酸盐的性能评价
3.1 界面张力性能评价
对所研制的烷基苯磺酸盐进行了界面张力性能评价(图2､图3)。
结果表明,在较宽的活性剂浓度(0.05wt%～0.3wt%,有效)和碱浓度(0.6wt%～1.2wt%)范围内烷基苯磺酸盐复合体系均能与原油形成超低界面张力达10-3mN/m数量级或更低。
3.2 界面张力稳定性评价
由于在强碱条件下,活性剂体系的化学稳定性决定着该体系的界面张力稳定性。为此,我们在烷基苯磺酸盐的研制过程中从原料的处理､磺化工艺参数确定以及复配等每个环节都尽量消除化学不稳定因素,从而研制出了界面张力稳定性较为理想的小试产品。评价结果如图4。
3.3 室内天然岩心驱油实验研究
在尺寸Φ×L为2.5cm×10cm的大庆天然岩心上进行了烷基苯磺酸盐三元复合体系(NaOH:1.0wt%,活性剂:0.2wt%,聚合物:1200mg/L)驱油实验研究(表1)。结果表明,烷基苯磺酸盐复合体系驱油效率比水驱提高了20%以上。
4 结 论
(1)以抚顺洗化厂重烷基苯为原料,通过SO3降膜式磺化､中和及复配等过程,可合成出性能稳定的三次采油用烷基苯磺酸盐类表面活性剂。
(2)烷基苯磺酸盐复合体系在较宽的活性剂(0.05wt%～0.3wt%,有效)及碱浓度(0.6wt%～1.2wt%)范围内均能与大庆原油形成超低界面张力达10-3mN/m数量级或更低,而且具有理想的界面张力稳定性。
(3)烷基苯磺酸盐复合体系的室内天然岩心驱油效率比水驱提高20%以上。
