Applicazione dei tensioattivi nella produzione petrolifera

1、Tensioattiviutilizzato perestrazione di petrolio pesante

A causa dell'elevata viscosità e della scarsa fluidità, il petrolio pesante presenta numerose difficoltà di sfruttamento. Per estrarre tale petrolio pesante, a volte vengono iniettate nel pozzo soluzioni acquose di tensioattivi per convertire il petrolio pesante ad alta viscosità in emulsioni olio in acqua a bassa viscosità, che vengono poi pompate in superficie. I tensioattivi utilizzati in questo metodo di emulsificazione e riduzione della viscosità del petrolio pesante includono sodio alchil solfonato, poliossietilene alchil alcol etere, poliossietilene alchil fenolo etere, poliossietilene poliossipropilene poliene poliammina, sodio poliossietilene alchil alcol etere solfato, ecc. Per le emulsioni olio in acqua prodotte, è necessario separare l'acqua e alcuni tensioattivi industriali vengono utilizzati anche come demulsionanti per la disidratazione. Questi demulsionanti sono emulsionanti acqua in olio. I tensioattivi comunemente utilizzati sono i tensioattivi cationici, o acidi naftenici, acidi asfaltici e i loro sali di metalli polivalenti. Il petrolio pesante speciale non può essere sfruttato dalle unità di pompaggio convenzionali e richiede l'iniezione di vapore per il recupero termico. Per migliorare l'effetto del recupero termico, è necessario utilizzare tensioattivi. L'iniezione di schiuma nel pozzo di iniezione di vapore, ovvero l'iniezione di agenti schiumogeni resistenti alle alte temperature e gas non condensabili, è uno dei metodi di preparazione comunemente utilizzati. Gli agenti schiumogeni comunemente utilizzati sono gli alchilbenzensolfonati,α-solfonati di olefine, solfonati di petrolio, eteri di alcoli alchilici di poliossietilene solfoalchilati ed eteri di fenolo alchilici di poliossietilene solfoalchilati, ecc. Poiché i tensioattivi fluorurati hanno un'elevata attività superficiale e sono stabili ad acidi, alcali, ossigeno, calore e olio, sono agenti schiumogeni ideali per alte temperature. Per far sì che l'olio disperso passi facilmente attraverso la struttura porosa della formazione o per far sì che l'olio sulla superficie della formazione venga facilmente spostato, sono necessari tensioattivi chiamati agenti di diffusione filmica, e quelli comunemente usati sono tensioattivi polimerici di resina fenolica ossialchilata.

2、Tensioattivi per l'estrazione di petrolio greggio ceroso

Durante l'estrazione di petrolio greggio ceroso, è necessario effettuare frequentemente operazioni di prevenzione e rimozione della cera. I tensioattivi vengono utilizzati come inibitori e agenti di rimozione della cera. I tensioattivi utilizzati per la prevenzione della cera includono tensioattivi liposolubili e tensioattivi idrosolubili. I primi esercitano un effetto di prevenzione della cera modificando le proprietà della superficie dei cristalli di cera. I tensioattivi liposolubili comunemente utilizzati sono i solfonati di petrolio e i tensioattivi di tipo amminico. I tensioattivi idrosolubili agiscono nella prevenzione della cera modificando le proprietà delle superfici che tendono a depositare cera (come le superfici di tubi petroliferi, aste di pompaggio e attrezzature). Tra i tensioattivi disponibili si annoverano alchilsolfonati di sodio, sali di ammonio quaternario, eteri alcano-poliossietilenici, eteri idrocarburici aromatici poliossietilenici e i loro sali di sodio solfonato, ecc. Anche i tensioattivi utilizzati per la rimozione della cera si dividono in due categorie: quelli liposolubili sono utilizzati nei solventi per cera a base oleosa, mentre quelli idrosolubili, come i tensioattivi di tipo solfonato, di tipo sale di ammonio quaternario, di tipo polieterico, di tipo Tween, di tipo OP, nonché i tensioattivi di tipo Peregal e OP esterificati con solfato o solfoalchilati, sono utilizzati nei solventi per cera a base acquosa. Negli ultimi anni, sia a livello nazionale che internazionale, la rimozione e la prevenzione della cera sono state integrate in modo organico, e i solventi per cera a base oleosa e quelli a base acquosa sono stati combinati per produrre solventi per cera di tipo misto. Questo tipo di agente disincrostante per paraffine utilizza idrocarburi aromatici e miscele di idrocarburi aromatici come fase oleosa e emulsionanti con effetto disincrostante come fase acquosa. Quando l'emulsionante selezionato è un tensioattivo non ionico con un punto di intorbidamento appropriato, può raggiungere o superare il suo punto di intorbidamento alla temperatura inferiore alla sezione di deposito di paraffine del pozzo petrolifero, provocando così la demulsificazione dell'agente disincrostante di tipo misto prima che entri nella sezione di deposito di paraffine, separandosi in due tipi di agenti disincrostanti che esercitano simultaneamente l'effetto disincrostante.

3、Tensioattivi utilizzati nell'argilla stabile

La stabilizzazione dell'argilla implica due aspetti: prevenire il rigonfiamento dei minerali argillosi e impedire la migrazione delle particelle di minerali argillosi. Per prevenire il rigonfiamento dell'argilla, si possono utilizzare tensioattivi cationici come i sali di ammina, i sali di ammonio quaternario, i sali di piridina e i sali di imidazolina. Per prevenire la migrazione delle particelle di minerali argillosi, si possono utilizzare tensioattivi cationici non ionici contenenti fluoro.

4、Tensioattivi utilizzati nelle misure acidificanti

Per potenziare l'effetto acidificante, è generalmente necessario aggiungere diversi additivi alla soluzione acida. Qualsiasi tensioattivo compatibile con la soluzione acida e facilmente adsorbito dalla formazione può essere utilizzato come ritardante dell'acidificazione. Esempi includono cloridrati di ammine grasse, sali di ammonio quaternario e sali di piridinio tra i tensioattivi cationici, così come eteri di poliossietilene alchilfenolo solfonati, carbossimetilati, esterificati con fosfato o esterificati con solfato tra i tensioattivi anfoteri. Alcuni tensioattivi, come l'acido dodecilsolfonico e i suoi sali di alchilammina, possono emulsionare la soluzione acida nell'olio per formare un'emulsione acido-in-olio che, se utilizzata come fluido di lavoro acidificante, funge anche da ritardante.

Alcuni tensioattivi possono agire come demulsionanti per fluidi acidificanti. I tensioattivi con strutture ramificate, come il poliossietilene-poliossipropilene propilenglicole etere e il poliossietilene-poliossipropilene pentaetileneesamina, possono fungere da demulsionanti acidificanti.

Alcuni tensioattivi possono essere utilizzati come additivi per la pulizia degli acidi esausti, tra cui tensioattivi a base di sali amminici, sali di ammonio quaternario, sali di piridinio, tensioattivi non ionici, anfoteri e fluorurati.

Alcuni tensioattivi agiscono come inibitori dell'acidificazione dei fanghi, come ad esempio i tensioattivi liposolubili quali alchilfenoli, acidi grassi, acidi alchilbenzensolfonici e sali di ammonio quaternario. A causa della loro scarsa solubilità in acido, è possibile utilizzare tensioattivi non ionici per disperderli nella soluzione acida.

Per migliorare l'effetto acidificante, è necessario aggiungere modificatori di bagnabilità alla soluzione acida per invertire la bagnabilità della zona prossima al pozzo da oleofila a idrofila. Miscele come l'etere di alcol alchilico di poliossietilene-poliossipropilene e l'etere di alcol alchilico di poliossietilene-poliossipropilene fosfato-esterificato vengono adsorbite dalla formazione come strato di adsorbimento primario, ottenendo così l'inversione della bagnabilità.

Inoltre, alcuni tensioattivi, come i cloridrati di ammine grasse, i sali di ammonio quaternario o i tensioattivi non ionici-anionici, vengono utilizzati come agenti schiumogeni per preparare fluidi di lavoro acidi schiumosi, che raggiungono gli scopi di ritardare la reazione, inibire la corrosione e acidificare le formazioni profonde. In alternativa, tali schiume possono essere utilizzate come pre-impregnanti per l'acidificazione: dopo essere state iniettate nella formazione, viene successivamente iniettata la soluzione acida. L'effetto Jamin generato dalle bolle nella schiuma può deviare la soluzione acida, costringendola a dissolvere principalmente gli strati a bassa permeabilità e migliorando così l'effetto acidificante.

5、Tensioattivi utilizzati nelle operazioni di fratturazione idraulica

Le tecniche di fratturazione idraulica sono spesso applicate nei giacimenti petroliferi a bassa permeabilità. Consistono nell'utilizzare la pressione per fratturare la formazione, creando delle fessure, e nel sostenerle con agenti di sostegno per ridurre la resistenza al flusso dei fluidi, raggiungendo così l'obiettivo di aumentare la produzione e l'iniezione. Alcuni fluidi di fratturazione sono formulati con tensioattivi come uno dei loro componenti. I fluidi di fratturazione olio in acqua sono preparati con acqua, olio ed emulsionanti. Gli emulsionanti utilizzati includono tensioattivi ionici, non ionici e anfoteri. Se si utilizza acqua addensata come fase esterna e olio come fase interna, si può formulare un fluido di fratturazione olio in acqua addensato (emulsione polimerica). Questo tipo di fluido di fratturazione può essere utilizzato a temperature inferiori a 160 °C e può demulsionare e scaricare automaticamente i fluidi. I fluidi di fratturazione schiumogeni sono quelli che utilizzano acqua come mezzo disperdente e gas come fase dispersa, i cui componenti principali sono acqua, gas e agenti schiumogeni. Alchilsolfonati, alchilbenzensolfonati, esteri alchilsolfatici, sali di ammonio quaternario e tensioattivi di tipo OP possono essere tutti utilizzati come agenti schiumogeni. La concentrazione di agenti schiumogeni in acqua è generalmente compresa tra lo 0,5 e il 2%, e il rapporto tra il volume della fase gassosa e il volume della schiuma varia da 0,5 a 0,9. I fluidi di fratturazione a base di olio sono formulati utilizzando l'olio come solvente o mezzo disperdente. Gli oli più comunemente utilizzati nelle applicazioni sul campo sono il petrolio greggio o le sue frazioni pesanti. Per migliorarne le prestazioni viscosimetriche, è necessario aggiungere solfonati di petrolio solubili in olio (con un peso molecolare compreso tra 300 e 750). I fluidi di fratturazione a base di olio includono anche i fluidi di fratturazione acqua in olio e i fluidi di fratturazione a schiuma di olio. Il primo utilizza tensioattivi anionici liposolubili, tensioattivi cationici e tensioattivi non ionici come emulsionanti, mentre il secondo utilizza tensioattivi polimerici contenenti fluoro come stabilizzanti della schiuma. I fluidi di fratturazione per formazioni sensibili all'acqua sono emulsioni o schiume formulate utilizzando una miscela di alcoli (come il glicole etilenico) e oli (come il cherosene) come mezzo disperdente, anidride carbonica liquida come fase dispersa e eteri di alcoli alchilici poliossietilenici solfatati come emulsionanti o agenti schiumogeni, utilizzati per la fratturazione di formazioni sensibili all'acqua. I fluidi di fratturazione per l'acidificazione della frattura fungono sia da fluidi di fratturazione che da fluidi acidificanti, utilizzati in formazioni carbonatiche dove entrambe le misure vengono eseguite simultaneamente. Quelli correlati ai tensioattivi sono le schiume acide e le emulsioni acide; Il primo utilizza alchil solfonati o alchilbenzensolfonati come agenti schiumogeni, mentre il secondo utilizza tensioattivi di tipo solfonato come emulsionanti. Come i fluidi acidificanti, anche i fluidi di fratturazione utilizzano tensioattivi come demulsionanti, additivi per la pulizia e agenti di inversione della bagnabilità, aspetti che non verranno approfonditi in questa sede.

6、Tensioattivi utilizzati nelle misure di controllo del profilo e di sigillatura delle intasamenti idrici

Per migliorare l'efficacia dello sviluppo dell'iniezione di acqua e inibire il tasso di aumento della percentuale di acqua nel petrolio greggio, è necessario regolare il profilo di assorbimento dell'acqua nei pozzi di iniezione e implementare misure di occlusione idraulica nei pozzi di produzione come metodi di stimolazione. Alcuni di questi metodi di controllo del profilo e di occlusione idraulica utilizzano spesso determinati tensioattivi. L'agente di controllo del profilo a base di gel HPC/SDS viene preparato miscelando idrossipropilcellulosa (HPC) e dodecil solfato di sodio (SDS) in acqua dolce. Il sodio alchil solfonato e il cloruro di alchil trimetil ammonio vengono disciolti rispettivamente in acqua per preparare due fluidi di lavoro, che vengono iniettati successivamente nella formazione. I due fluidi di lavoro si incontrano nella formazione, producendo precipitati di alchil solfito di alchil trimetil ammina, che bloccano gli strati ad alta permeabilità. Poliossietilene alchil fenolo etere, alchil aril solfonato, ecc., possono essere utilizzati come agenti schiumogeni. Vengono disciolti in acqua per preparare un fluido di lavoro, che viene poi iniettato alternativamente nella formazione con un fluido di lavoro a base di anidride carbonica liquida. Questo forma schiuma nella formazione (principalmente negli strati ad alta permeabilità), causando un blocco e ottenendo l'effetto di controllo del profilo. Come agente schiumogeno viene utilizzato un tensioattivo di tipo sale di ammonio quaternario, disciolto in un sol di silice preparato da solfato di ammonio e silicato di sodio, e iniettato nella formazione. Successivamente, viene iniettato un gas non condensabile (gas naturale o cloro gassoso) che genera prima schiuma con il liquido come mezzo disperdente nella formazione, e poi il sol di silice gelifica per produrre schiuma con il solido come mezzo disperdente, bloccando così gli strati ad alta permeabilità e ottenendo il controllo del profilo. Utilizzando tensioattivi di tipo solfonato come agenti schiumogeni e composti ad alto peso molecolare come agenti addensanti e stabilizzanti della schiuma, seguiti dall'iniezione di gas o sostanze gasgeneranti, si genera schiuma a base d'acqua in superficie o nella formazione. Nello strato di petrolio, una grande quantità di tensioattivo si sposta verso l'interfaccia olio-acqua, provocando la rottura della schiuma, in modo da non ostruire lo strato di petrolio e agire come agente sigillante selettivo per l'acqua nei pozzi petroliferi. L'agente sigillante a base di cemento e olio è una sospensione di cemento in olio. La superficie del cemento è idrofila. Quando penetra nello strato acquifero, l'acqua sposta l'olio sulla superficie del cemento e reagisce con esso, provocandone la solidificazione e bloccando lo strato acquifero. Per migliorare la fluidità di questo agente sigillante, vengono solitamente aggiunti tensioattivi di tipo carbossilato e solfonato. L'agente sigillante a base di fluido micellare acquoso è una soluzione micellare composta principalmente da solfonato di petrolio e ammonio, idrocarburi, alcoli, ecc. Quando incontra acqua ad alta salinità nella formazione, può diventare viscosa e ottenere l'effetto sigillante. Gli agenti sigillanti a base di tensioattivi cationici, sia acquosi che oleosi, composti principalmente da tensioattivi alchilcarbossilati e cloruri di alchilammonio, sono applicabili solo a formazioni di arenaria. L'agente sigillante attivo a base di olio pesante è un olio pesante disciolto con emulsionanti acqua in olio. Quando entra in contatto con l'acqua presente nella formazione, produce un'emulsione acqua in olio ad alta viscosità per ottenere il sigillante. L'agente sigillante olio in acqua viene preparato emulsionando olio pesante in acqua utilizzando tensioattivi cationici come emulsionanti olio in acqua.

7、Tensioattivi per le misure di controllo della sabbia

Prima delle operazioni di controllo della sabbia, è necessario iniettare una certa quantità di acqua attiva preparata con tensioattivi come fluido di prelavaggio per pre-pulire la formazione, in modo da migliorare l'efficacia del controllo della sabbia. La maggior parte dei tensioattivi comunemente utilizzati attualmente sono tensioattivi anionici.

8、Tensioattivi per la disidratazione del petrolio greggio

Nelle fasi di estrazione primaria e secondaria del petrolio, per il greggio estratto si utilizzano principalmente demulsionanti acqua in olio. Sono state sviluppate tre generazioni di prodotti. La prima generazione comprende carbossilati, solfati e solfonati. La seconda generazione è costituita da tensioattivi non ionici a basso peso molecolare come OP, Pegosperse e olio di ricino solfonato. La terza generazione è composta da tensioattivi non ionici ad alto peso molecolare. Nella fase di estrazione secondaria avanzata e nella fase di estrazione terziaria, il greggio estratto si presenta principalmente sotto forma di emulsioni olio in acqua. Vengono utilizzati quattro tipi di demulsionanti, come il cloruro di tetradeciltrimetilammonio e il cloruro di didecildimetilammonio. Questi possono reagire con gli emulsionanti anionici modificandone il valore di equilibrio idrofilo-lipofilo, oppure adsorbirsi sulla superficie delle particelle di argilla idrofile per modificarne la bagnabilità e rompere l'emulsione olio in acqua. Inoltre, alcuni tensioattivi anionici che possono agire come emulsionanti acqua in olio e tensioattivi non ionici liposolubili possono essere utilizzati anche come demulsionanti per le emulsioni olio in acqua.

9、Tensioattivi per il trattamento delle acque

Dopo la separazione del petrolio greggio dal fluido estratto da un pozzo petrolifero, l'acqua di produzione deve essere trattata per soddisfare i requisiti di reiniezione. Il trattamento dell'acqua ha sei scopi principali: inibizione della corrosione, prevenzione della formazione di incrostazioni, sterilizzazione, deossigenazione, rimozione dell'olio e rimozione dei solidi sospesi. Pertanto, vengono utilizzati inibitori di corrosione, inibitori di incrostazioni, battericidi, disossidanti, agenti per la rimozione dell'olio, flocculanti, ecc. I tensioattivi industriali impiegati sono i seguenti:

I tensioattivi industriali utilizzati come inibitori di corrosione includono sali di acidi alchilsolfonici, acidi alchilbenzensolfonici, acidi perfluoroalchilsolfonici, sali di ammine alchiliche a catena lineare, sali di ammonio quaternario, sali di piridinio alchilico, sali di imidazoline e loro derivati, eteri di alcoli alchilici di poliossietilene, dialchilpropinoli di poliossietilene, ammine di colofonia di poliossietilene, ammine steariliche di poliossietilene, alchilsolfonati di eteri di alcoli alchilici di poliossietilene, vari sali interni di ammine quaternarie e sali interni di alchili bis(poliossietilene) e loro derivati. I tensioattivi utilizzati come inibitori di incrostazioni includono esteri fosfatici, esteri solfati, acetati, carbossilati e i loro composti poliossietilenici. La stabilità termica degli esteri solfonati e dei carbossilati è significativamente migliore di quella degli esteri fosfatici e degli esteri solfati. I tensioattivi industriali utilizzati come battericidi includono sali di ammine alchiliche a catena lineare, sali di ammonio quaternario, sali di piridinio alchilico, sali di imidazoline e loro derivati, vari sali interni di ammonio quaternario e sali interni di alchili bis(poliossietilene) e loro derivati. I tensioattivi industriali utilizzati come sgrassanti sono principalmente quelli con una struttura ramificata e contenenti gruppi ditiocarbossilato di sodio.

10、Tensioattivi per l'iniezione chimica nel recupero del petrolio

Il recupero primario e secondario del petrolio può estrarre dal 25% al ​​50% del petrolio greggio presente nel sottosuolo, lasciando una grande quantità di petrolio greggio nel sottosuolo non estraibile. Il recupero terziario del petrolio può migliorare l'efficienza di recupero. Il recupero terziario del petrolio adotta principalmente metodi di iniezione chimica, ovvero l'aggiunta di sostanze chimiche all'acqua iniettata per migliorarne l'efficienza. Tra le sostanze chimiche utilizzate, alcune sono tensioattivi industriali, le cui condizioni sono brevemente descritte di seguito: Il metodo di iniezione chimica con tensioattivi come agente principale è chiamato iniezione di tensioattivi. I tensioattivi svolgono principalmente un ruolo nel migliorare il recupero del petrolio riducendo la tensione interfacciale olio-acqua e aumentando il numero capillare. Poiché la superficie delle formazioni di arenaria è carica negativamente, i tensioattivi utilizzati sono principalmente tensioattivi anionici, e la maggior parte di essi sono tensioattivi solfonati. Questi vengono prodotti solfonando le frazioni di petrolio con un alto contenuto di idrocarburi aromatici utilizzando agenti solfonanti (come l'anidride solforica) e quindi neutralizzandoli con una base. Le sue specifiche: principio attivo 50% – 80%, olio minerale 5% – 30%, acqua 2% – 20%, solfato di sodio 1% – 6%. I solfonati di petrolio sono resistenti alle alte temperature ma non ai sali e agli ioni metallici ad alta valenza. I solfonati sintetici vengono preparati a partire dai corrispondenti idrocarburi utilizzando metodi di sintesi appropriati. Tra questi, i solfonati di α-olefine sono particolarmente resistenti ai sali e agli ioni metallici ad alta valenza. Inoltre, alcuni tensioattivi anionici-non ionici e tensioattivi carbossilati possono essere utilizzati anche per l'iniezione di petrolio. L'iniezione di tensioattivi richiede due tipi di additivi: uno è costituito da cotensioattivi, come isobutanolo, dietilenglicole butil etere, urea, solfolano, alchenil benzene solfonati, ecc.; l'altro è costituito da elettroliti, tra cui acidi, alcali e sali, principalmente sali. Possono ridurre l'idrofilia dei tensioattivi, aumentare relativamente la lipofilia e agire modificando il valore del bilancio idrofilo-lipofilo dei tensioattivi. Per ridurre la perdita di tensioattivi e migliorare l'efficienza economica, l'iniezione di tensioattivi utilizza anche sostanze chimiche chiamate agenti sacrificali. Le sostanze che possono essere utilizzate come agenti sacrificali includono sostanze alcaline, acidi policarbossilici e i loro sali, oligomeri e polimeri, e lignosolfonati e i loro prodotti modificati sono un tipo di agente sacrificale. Il metodo di iniezione di petrolio che utilizza due o più agenti principali per l'iniezione chimica di petrolio è chiamato iniezione composita. Tali metodi di iniezione di petrolio relativi ai tensioattivi includono: tensioattivo + polimero per l'iniezione di tensioattivi addensati; alcali + tensioattivo per l'iniezione di tensioattivi potenziata con alcali o iniezione di alcali potenziata con tensioattivi; alcali + tensioattivo + polimero per l'iniezione composita ternaria. L'iniezione composita di solito ha un recupero di petrolio maggiore rispetto all'iniezione singola. Secondo l'analisi delle attuali tendenze di sviluppo a livello nazionale e internazionale, l'iniezione di miscele ternarie presenta vantaggi superiori rispetto all'iniezione di miscele binarie. I tensioattivi utilizzati nell'iniezione di miscele ternarie sono principalmente solfonati di petrolio, solitamente combinati con acido solforico, acido fosforico e carbossilato di etere di alcol alchilico di poliossietilene, alchilsolfonato di sodio di alcol alchilico di poliossietilene, ecc., per migliorarne la resistenza al sale. Recentemente, sia a livello nazionale che internazionale, si è data importanza alla ricerca e all'utilizzo di biotensioattivi, come ramnolipidi, brodi di fermentazione di soforolipidi, nonché carbossilati misti naturali e lignina alcalina, sottoprodotto della lavorazione della carta, ecc., che hanno dimostrato buoni risultati nell'iniezione di petrolio in prove sul campo e in laboratorio.