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油田化学剂研究进展

发布:多吉利        来源:www.duojili.cn  

油田化学剂研究进展

摘 要:综述采油用化学剂几个热点前沿的研究进展,包括驱油剂中的三次采油表面活性剂、天然高分子堵水剂、微生物采油技术、绿色水处理剂研究五个大方面的研究进展。从这些化学剂的现状及其变化中,分析采油用化学剂的发展趋势。
        关键词:油田;化学剂;研究进展
      
        当前采油面对的形势不容乐观。石油储量的发现越来越少,对老油田提高采收率的要求越来越迫切;采油地层越采越深,温度和地层水矿化度越来越高,高温高盐油藏使用的化学剂不同于一般油藏条件下使用的化学剂;采油接近后期,产出液的含水率越来越高,有些油藏是在产液中含水率极限(97%)的条件下采油;低渗透油藏和稠油油藏需用化学剂强化开发;海上采油对化学剂在配制条件、用量和环保上比陆上采油提出更苛刻的要求;最后,也是最重要的是油价一直居高不下。另外,随着经济和生产力的发展,环境问题也越来越广泛地成为一个国际关注的热点问题。油田化学剂的采用及随之带来的一系列环境问题也逐渐受到专业人士的普遍关注。这样的形势推动着油田化学剂向绿色环保、价廉易得发展,而且要求相应的运用条件愈加简单、采油效果愈加显著等。
        一、国内外三次采油表面活性剂新进展
        国内外研究开发的驱油表面活性剂类型主要有阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、非离子阴离子复合型表面活性剂以及高分子表面活性剂。我国生产的驱油表面活性剂有石油磺酸盐、烷基苯磺酸盐、石油羧酸盐、天然羧酸盐、木质素磺酸盐、生物表面活性剂。
        基于目前油田采油条件的变化和要求的提高,近年来出现了一些热点驱油剂.如OCS表面活性剂、非离子一阴离子复合型表面活性剂、高分子表面活性剂、孪生表面活性剂(Gemini)、纯的烷基萘(苯)磺酸盐系列表活剂、阳离子季胺盐表面活性剂以及纳米-磺酸盐复合驱油剂等。国外比较活跃的三次采油表面活性剂最典型的是芳基取代的a—烯烃磺酸盐。
        1.对传统的表面活性剂的改进。鉴于其在油田开发中的巨大应用潜力,应该在分子结构设计,合成及性能研究等方面加大力度,再逐步深入研究其驱油效率和驱油机理,推动我国三次采油技术的发展。
        2.用超低界面张力(10-3mNm)的表面活性剂水溶液驱油是提高低渗透油层采收率的重要途径之一。目前常用的活性水与原油间的界面张力属低界面张力(10-2mNm),为了达到提高采收率的目的,人们常在活性水中加入碱,以形成超低界面张力,但是碱的加入对低渗透油层又会产生新的损害,不利于提高采收率。因此,不加碱就能与原油形成超低界面张力的活性剂的研究,对提高低渗透油层的采收率具有重要价值。应当深入开展合成高稳定性、增溶、抗盐、耐温、耐碱和适合于低渗透油藏的低界面张力窗口较宽且驱油性能佳的各种表面活性剂的研究。针对我国油藏油层温度和矿化度以及渗透率变化范围大的现状,研制能满足我国不同温度与矿化度以及不同渗透率油藏要求的系列表面活性剂驱油剂。
        3.研制出高效、廉价的表面活性剂和驱油体系迫在眉睫。表面活性剂是提高采收率幅度较大,实用较广,具有发展潜力的一种化学驱油剂。化学驱油费用是影响化学驱经济效益的关键,因此,目前对驱油剂的研究重点是如何开发廉价的表面活性剂,使表面活性剂驱油剂性能/价格比达到最佳,表面活性剂驱油技术的经济效益最优化。
        4.低碱、弱碱以及无碱驱油表面活性剂体系的研究。利用重烷基苯磺酸盐类表面活性剂和石油磺酸盐类表面活性剂,开展了一类油藏的强碱三元复合驱矿场试验,取得了较好的增油降水效果,但强碱表面活性剂三元复合驱矿场试验中也表现出采油井井筒结垢严重、生产井卡泵、地层伤害、采出液处理困难等问题。
        5.在表面活性剂复配上进行一些研究,以适应注水后期老油田进一步提高采收率的形势。黏弹性低张力聚合物/表面活性剂二元复合驱研究作为一种新的驱油方法,机理研究表明表面活性剂/聚合物二元复合体系可以最大限度的发挥聚合物的粘弹性,减少乳化液处理带来的一些负面的影响,彻底清除由于碱的存在引起的地层及井筒结垢现象。由于体系还有较低的界面张力,因此在化学剂成本相同的情况下,可达到与三元体系相同的驱油效果,可能成为一项替代三元复合驱的新技术。
        二、天然高分子堵水剂进展
        随着我国注水开发油田综台含水量不断升高,堵水调剖难度越来越大,原有的堵水调剖剂用量逐渐增大或效果不断变差。在老油田特高含水开发阶段适时地研究和开发新型调剖堵水剂是油田开发中一项重要课题。
        油田化学堵水剂包括选择性堵水剂和非选择性堵水剂。根据分散介质的不同,选择性堵水剂有水基堵剂、油基堵剂和醇基堵剂;非选择性堵水剂有水泥、固体颗粒、热固性树脂、无机盐沉淀以及聚合物凝胶。但各化学堵水剂等对环境有一定的污染,因而天然高分子堵水剂已越来越受到油田工作者和研究者的关注。天然高分子碳水化合物其原料来源广泛、价格低廉、可再生、可生物降解。目前,所用天然高分子堵剂主要有以下几种类型:淀粉、纤维素、壳聚糖、硬葡聚糖、瓜胶、黄胞胶。天然高分子用于油田堵水主要有以下研究方向:
        1.淀粉、黄胞胶、纤维素衍生物、硬葡聚糖、瓜胶等天然高分子调剖堵水剂已被研究用于油田堵水调剖,但多数尚处于实验室研究阶段,距现场应用实验及生产使用还有一定的困难。例如淀粉类产品的抗温能力差,使其进一步应用受到限制,而且提高淀粉类堵剂的抗温性能的技术难度很大;羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基双改性纤维素曾被用作调剖剂,其耐盐性较好,但易生物降解,需加入杀菌剂,因此如何开发耐高温、不易降解,有效期长的天然高分子堵剂成为天然高分子堵水调剖剂的发展方向。
        2.瓜胶虽然具有耐剪切、耐盐性等优点,但其成本较高限制了其应用。如何开发价格低廉的高分子堵水剂是目前一个研究方向。
        3.各种天然高分子堵水调剖剂性能各异,仅能应用于特定油藏,因此将各种性能优良的天然高分子堵剂组合不仅可以减少作业次数,且价格相对较为低廉,效果较好,值得大力推广。
        上述几种堵剂除阳离子聚合物NCP外,均是对近井地带的堵水调剖,其范围有限,对储层深部的不均质性不能改善,因此,深部天然高分子堵剂也是重要的研究方向。
        三、微生物采油技术进展
        利用微生物采油技术对原油中的沥青等重组分进行降解,可以降低原油黏度,提高油藏采收率,这一技术在采油过程中已得到初步的应用,并有继续发展的趋势。利用微生物提高采收率就是把油层作为天然的巨大发酵场,微生物在油层中繁殖形成生物量,利用其代谢产物起到降黏、解堵、除垢的作用,主要代谢产物有气体(CO2CH2H2等)表面活性剂、酸类和酮类等。该项研究主要包括:菌种筛选、培养基浓度确定、岩心试验等。
        其机理包括:(1)就地生成CO2以增加压力来增强原油中的溶解能力;(2)生成有机酸而改善原油的性质;(3)利用降解作用将大分子的烃类转化为低分子的烃;(4)产生表面活性剂以改善原油的溶解能力;(5)产生生物聚合物将固结的原油分散成滴状;(6)对原油重质组分进行生化活性的酶改进;(7)改善原油黏度。
        微生物强化采油(MEOR)技术与其他三次开采技术相比,具有适用范围广、工艺简单、投资少、见效快、无污染等特点。它甚至可在7.5%(质量分数)的高盐度下,温度达80℃,压力10.3MPa下的石油储层的条件下采用。但MEOR技术局限性在于微生物在温度较高、盐度较大、重金属离子含量较高的油藏条件下易遭到破坏,微生物产生的表面活性剂和生物聚合物本身有造成沉淀的危险,且培养微生物的条件不易把握。因此,该法的发展方向是培养耐温、耐盐、耐重金属离子的易培养菌种。
        适应性强、成本低、可重复施工的微生物配套三次采油技术,包括:微生物调剖技术、微生物清蜡、降黏解堵技术和微生物驱油技术。
        微生物产品系列及应用范围:(1)消防蜡微生物:用于采油井和集输油管道清防蜡。(2)单井吞吐微生物:用于采油井周期性注入,降低含水,提高产量。(3)驱替微生物:用于大面积微生物驱油,降低含水,提高采收率。(4)调剖微生物:清理油罐,治理地面污油污水,保护环境。(6)生物表面活性剂:用于清防蜡、单井吞吐、驱油及原油集输。(7)水力压裂破胶剂(生物酶):用于压裂液中凝胶的水化。
        绿色化无疑是2l世纪水处理剂发展的方向。因此,今后的工作应当围绕性能、经济、环境三大目标,在进一步完善现有产品,提高质量的基础上,应加强机理研究和复配研究,降低成本,减少污染;加快具有我国资源优势的钼系、钨系水处理剂的研究及推广应用;在新产品的合成方面,必须突破现有思路,积极利用绿色化学技术,首先将目标分子绿色化,采用清洁工艺,合成无磷、非氮、不含有毒物质、易于生物降解、真正对环境友好的高效缓蚀阻垢剂。
        1.聚氨基酸符合这种条件,如聚天冬氨酸(TPA)可作抑垢剂和缓蚀剂。聚天冬氨酸是由天冬氨酸热聚合成。这种无催化热聚合是绿色化学剂制造工艺的良好例子,其反应副产品仅是水。该化学剂很易生物降解,可达到在北海使用的严格标准要求。室内试验表明这种聚合物能抑制碳酸盐和硫酸盐基垢。缓蚀试验表明在富C02环境下防止腐蚀百分率达90%。其与钙的配伍性远比市场上易买到的一些抑垢剂的性能好。对油水分离的影响和水中悬浮油含量都极小。
        2.生态无害的抑垢剂。随着高压、高温、高矿化度油层的不断开发,采油过程中常会遇到钙、钡含量很高的地层水与高油藏温度所造成的严重结垢问题,就需要高效抑垢剂控制结垢。一般来说处理严重结垢井都用高浓度抑垢剂,这就使挤注周期缩短和成本加大,而且还增加了环境污染。为此,需开发对环境无害的在恶劣环境下热稳定的高效抑垢剂。
        开发出符合上述条件的新化学剂,含乙烯基磺酸盐单体的磷共聚物。这种乙烯基磺酸盐单体物质可提供高度热稳定性、耐钙和有效抑制钡的聚合物。含单体的磷的结合可得到好的保持效能的性质和较易检测,而且生物降解性加强。以前已开发出在恶劣条件下使用的乙烯基磺酸盐共聚物和膦酸酯基两类抑垢剂,但乙烯基磺酸盐共聚物对阻止钡基垢有效而保持力很差且不易检测;而膦酸酯基抑垢剂在油层内有很好的保持力但耐钙、热稳定性差且对环境有害。将这两种物质的功能结合起来,用这种新颖单体形成的聚合物就具有耐钙、抑制硫酸钡、良好保持力和环保的产品。
        3.羟基氨基羧酸螯合剂除垢剂。在除垢剂方面,最近提出羟基氨基羧酸螯合剂为基础的溶剂配方,其优点是在水中的溶解度高(pH值范围可达112),溶垢能力相当于7.5HCl。另一种新材料是羟乙基亚氨基二乙酸,这种物质是完全生物降解的,是绿色油田化学剂。

参考文献:
[1] 杨巍.美国水处理品市场现状与展望[J].工业水处理,1998182.
[2] 张军,周本省,杨文忠.新型缓蚀阻垢剂GDMP性能的研究[J].工业水处理,1998,(6.
[3] 何高荣,曾莺,鲍其鼐.论含磷聚合物的结构与性能[J].工业水处理,1996,(1.
[4] 谭卫刚.无磷钨系水处理剂缓蚀阻垢研究[J].腐蚀与防护,2001,(6.
(责任编辑:吴鹏辉)

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