応用界面活性剤油田生産における
1. 重質油採掘に使用される界面活性剤
重質油は粘度が高く流動性が悪いため、採掘に多くの困難をもたらします。これらの重質油を抽出するために、高粘度の重質油を低粘度の水中油型エマルジョンに変換し、地上に抽出するために、界面活性剤の水溶液を坑井に注入する必要がある場合があります。この重質油の乳化および粘度低下方法で使用される界面活性剤には、アルキルスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリエンポリアミン、ポリオキシエチレンビニルアルキルアルコールエーテル硫酸ナトリウム塩などがあります。生成された水中油型エマルジョンは、水を分離し、脱水のためにいくつかの工業用界面活性剤を解乳化剤として使用する必要があります。これらの解乳化剤は油中水型乳化剤です。一般的に使用されるのは、カチオン界面活性剤またはナフテン酸、アスファルトン酸およびそれらの多価金属塩です。
特殊重質油は従来の揚水装置では採掘できないため、熱回収には蒸気圧入が必要です。熱回収効果を高めるには、界面活性剤を使用する必要があります。蒸気圧入井に泡を注入する、つまり耐熱性の発泡剤と非凝縮性ガスを圧入する方法は、一般的に用いられる調整方法の一つです。
一般的に使用される発泡剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α-オレフィンスルホン酸塩、石油スルホン酸塩、スルホヒドロカルビル化ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテル、スルホヒドロカルビル化ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテルなどがあります。フッ素系界面活性剤は表面活性が高く、酸、アルカリ、酸素、熱、油に対して安定であるため、理想的な高温発泡剤です。分散した油が地層の細孔スロート構造を容易に通過できるようにしたり、地層表面の油が追い出されやすくするためには、膜拡散剤と呼ばれる界面活性剤を使用する必要があります。一般的に使用されているのは、オキシアルキル化フェノール樹脂ポリマー表面活性剤です。
- ワックス状原油採掘用界面活性剤
ワックス質原油の採掘には、ワックスの防止と除去を頻繁に行う必要があります。界面活性剤は、ワックス抑制剤およびワックス除去剤として作用します。ワックス防止に使用される界面活性剤には、油溶性界面活性剤と水溶性界面活性剤があります。前者は、ワックス結晶表面の特性を変更することで、ワックス防止の役割を果たします。一般的に使用される油溶性界面活性剤は、石油スルホン酸塩とアミン界面活性剤です。水溶性界面活性剤は、ワックスが形成された表面（油管、サッカーロッド、機器表面など）の特性を変更することで、ワックス防止の役割を果たします。使用可能な界面活性剤には、アルキルスルホン酸ナトリウム、第四級アンモニウム塩、アルカンポリオキシエチレンエーテル、芳香族炭化水素ポリオキシエチレンエーテルおよびそれらのスルホン酸ナトリウム塩などがあります。ワックス除去に使用される界面活性剤も2つの側面に分けられます。油溶性界面活性剤は油性ワックス除去剤に使用され、水溶性界面活性剤にはスルホン酸塩型、第四級アンモニウム塩型、ポリエーテル型、Tween型、OP型界面活性剤、硫酸塩型またはスルホアルキル化フラット型およびOP型がある。界面活性剤は水性ワックス除去剤に使用されています。近年、国内外のワックス除去剤が有機的に組み合わされ、油性ワックス除去剤と水性ワックス除去剤が有機的に組み合わされてハイブリッドワックス除去剤が生産されています。このワックス除去剤は、芳香族炭化水素と混合芳香族炭化水素を油相として使用し、ワックス除去効果のある乳化剤を水相として使用します。選択された乳化剤が適切な曇点を持つ非イオン界面活性剤である場合、油井のワックス形成セクションの下の温度はその曇点に達するか超えることができるため、混合ワックス除去剤はワックス形成セクションに入る前に乳化が破壊され、2つのワックス除去剤が分離され、同時にワックス除去の役割を果たします。
3. 界面活性剤粘土を安定させるために使用される
粘土の安定化は、粘土鉱物の膨張防止と粘土鉱物粒子の移動防止の2つの側面に分けられます。粘土の膨潤防止には、アミン塩型、第四級アンモニウム塩型、ピリジニウム塩型、イミダゾリン塩型などのカチオン界面活性剤が用いられます。粘土鉱物粒子の移動防止には、フッ素含有ノニオンカチオン界面活性剤が用いられます。
4. 界面活性剤酸性化対策に使用される
酸性化効果を高めるために、一般的には様々な添加剤が酸性溶液に添加されます。酸性溶液と相溶性があり、地層に吸着されやすい界面活性剤であれば、酸性化抑制剤として使用できます。例えば、カチオン界面活性剤では脂肪族アミン塩酸塩、第四級アンモニウム塩、ピリジン塩、両性界面活性剤ではスルホン化、カルボキシメチル化、リン酸エステル化、または硫酸エステル化ポリオキシエチレンアルカン、フェノールエーテルなどを塩基として用います。ドデシルスルホン酸およびそのアルキルアミン塩などの界面活性剤は、酸性液体を油中に乳化させて酸中油エマルジョンを生成することができます。このエマルジョンは酸性化された工業用液体として使用でき、遅延剤としても機能します。
一部の界面活性剤は、液体を酸性化するための抗乳化剤として使用できます。ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンプロピレングリコールエーテルやポリオキシエチレンポリオキシプロピレンペンタエチレンヘキサアミンなどの分岐構造を持つ界面活性剤は、酸性化抗乳化剤として使用できます。
一部の界面活性剤は、酸欠乏性排水剤として使用できます。排水剤として使用できる界面活性剤には、アミン塩型、第四級アンモニウム塩型、ピリジニウム塩型、非イオン性、両性、フッ素含有界面活性剤などがあります。
アルキルフェノール、脂肪酸、アルキルベンゼンスルホン酸、第四級アンモニウム塩などの油溶性界面活性剤など、一部の界面活性剤は酸性化スラッジ防止剤として使用できます。これらの界面活性剤は酸に対する溶解性が低いため、非イオン界面活性剤を使用して酸性溶液に分散させることができます。
酸性化効果を高めるには、酸性溶液に濡れ反転剤を添加し、坑井近傍域の濡れ性を親油性から親水性へと反転させる必要がある。ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルアルコールエーテルとリン酸塩化ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルアルコールエーテルの混合物は、地層に吸着されて第3の吸着層を形成し、濡れと反転の役割を果たす。
さらに、脂肪酸アミン塩酸塩、第四級アンモニウム塩、非イオン性・陰イオン性界面活性剤などの界面活性剤は、発泡剤として泡酸性作動液の製造に用いられ、腐食の抑制や深部酸性化の抑制を目的としています。あるいは、これらから泡を製造し、酸性化の前処理液として用いることもあります。これらを地層に注入した後、酸性溶液を注入します。泡中の気泡によって生じるジャミン効果により、酸性液の流れが変わり、酸性液が主に低透水性層を溶解するように制御され、酸性化効果が向上します。
5. 破砕対策に使用される界面活性剤
低浸透性油田では、フラクチャリング（破砕）対策がしばしば用いられます。フラクチャリングは、圧力を用いて地層を開口させ、亀裂を形成し、プロパントを用いて亀裂を支持することで流体の流動抵抗を低減し、生産量と注油量の増加という目的を達成します。一部のフラクチャリング流体には、界面活性剤が成分の一つとして配合されています。
水中油型フラクチャリング流体は、水、油、乳化剤から調製されます。乳化剤としては、イオン性、非イオン性、両性界面活性剤が用いられます。増粘剤を外相に、油を内相に用いることで、増粘された水中油型フラクチャリング流体（ポリマーエマルジョン）を調製できます。このフラクチャリング流体は160℃以下の温度で使用でき、エマルジョンを自動的に破壊して流体を排出します。
泡沫破砕流体は、水を分散媒とし、ガスを分散相とする破砕流体です。主な成分は水、ガス、発泡剤です。発泡剤としては、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、第四級アンモニウム塩、OP界面活性剤などが用いられます。水中の発泡剤濃度は通常0.5～2%、ガス相体積と泡体積の比は0.5～0.9です。
油性フラクチャリング流体は、油を溶媒または分散媒として配合したフラクチャリング流体です。現場で最も一般的に使用される油は、原油またはその重質留分です。粘度と温度特性を改善するために、油溶性の石油スルホン酸塩（分子量300～750）を添加する必要があります。油性フラクチャリング流体には、油中水型フラクチャリング流体と油泡型フラクチャリング流体があります。前者に使用される乳化剤は、油溶性のアニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤であり、後者に使用される泡安定剤はフッ素含有ポリマー界面活性剤です。
水に敏感な地層破砕流体は、アルコール（エチレングリコールなど）と油（灯油など）の混合物を分散媒として、液体二酸化炭素を分散相として、硫酸塩化ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテルを乳化剤として使用します。または、発泡剤を配合したエマルジョンまたは泡状物で、水に敏感な地層を破砕します。
フラクチャリングと酸性化に用いられるフラクチャリング流体は、フラクチャリング流体と酸性化流体の両方の役割を果たします。炭酸塩層で使用され、2つの対策が同時に実施されます。界面活性剤に関連するものとしては、酸性泡沫と酸性乳化があります。前者はアルキルスルホン酸塩またはアルキルベンゼンスルホン酸塩を発泡剤として使用し、後者はスルホン酸塩系界面活性剤を乳化剤として使用します。酸性化流体と同様に、フラクチャリング流体でも界面活性剤が抗乳化剤、排水促進剤、湿潤反転剤として使用されますが、ここでは説明しません。
6. プロファイル制御と防水対策に界面活性剤を使用する
水注入開発効果を向上させ、原油水分含有量の上昇率を抑制するためには、水注入井における吸水プロファイルの調整と、生産井における吸水阻止による生産量の増加が必要です。プロファイル制御や吸水阻止の方法には、界面活性剤が用いられることがよくあります。
HPC/SDS ゲル プロファイル制御剤は、淡水中のヒドロキシプロピルセルロース (HPC) とドデシル硫酸ナトリウム (SDS) で構成されています。
アルキルスルホン酸ナトリウムとアルキルトリメチルアンモニウムクロリドをそれぞれ水に溶解して2種類の作動液を調製し、これらを地層に順次注入する。2種類の作動液は地層中で相互作用し、アルキルトリメチルアミンを生成する。亜硫酸塩は沈殿して高透水性層を閉塞する。
ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、アルキルアリールスルホン酸塩などは発泡剤として使用され、水に溶解して作動流体を調製し、液体二酸化炭素作動流体と交互に地層に注入することで、地層（主に高透水性層）で泡を形成し、閉塞を生成し、プロファイル制御の役割を果たします。
硫酸アンモニウムと水ガラスからなるケイ酸ゾルに溶解した第四級アンモニウム界面活性剤を発泡剤として用い、地層に注入した後、非凝縮性ガス（天然ガスまたは塩素）を注入することで、まず地層中に液状の泡を発生させることができます。分散層中の泡は、その後ケイ酸ゾルのゲル化によって固体を分散媒とする泡となり、高透水性層を目詰まりさせ、プロファイルを制御する役割を果たします。
スルホン酸系界面活性剤を発泡剤として、高分子化合物を増粘安定剤として使用し、ガスまたはガス発生物質を注入することで、地上または地層中に水性泡を発生させます。この泡は油層中で界面活性作用を有し、多量の薬剤が油水界面へ移行して泡を破壊し、油層を閉塞しません。選択的な油井水遮断剤です。
油性セメント止水剤は、セメントを油に懸濁させたものです。セメント表面は親水性です。この止水剤が水生成層に入ると、水はセメント表面の油井とセメント間の相互作用を置換し、セメントを固化させて水生成層を閉塞します。この止水剤の流動性を向上させるために、通常、カルボン酸塩およびスルホン酸塩界面活性剤が添加されます。
水性ミセル液状可溶性止水剤は、石油系アンモニウムスルホネート、炭化水素、アルコールを主成分とするミセル溶液です。高濃度の塩水を含有し、粘性を持つことで止水効果を発揮します。
水性または油性のカチオン界面活性剤溶液遮水剤は、アルキルカルボキシレートとアルキルアンモニウムクロリド塩の活性剤をベースとしており、砂岩層にのみ適しています。
活性重質油止水剤は、油中水型乳化剤に溶解した重質油の一種です。脱水処理後、高粘度の油中水型エマルジョンを生成し、止水効果を発揮します。
水中油型止水剤は、カチオン界面活性剤を水中油型乳化剤として使用し、重質油を水中に乳化させることによって製造されます。
7. 砂防対策に界面活性剤を使用する
砂防作業を行う前に、地層を前洗浄し砂防効果を高めるため、界面活性剤を添加した活性水を前処理液として一定量注入する必要があります。現在、最も一般的に使用されている界面活性剤は陰イオン界面活性剤です。
8. 原油脱水用界面活性剤
一次および二次石油回収段階では、抽出された原油に油中水型乳化破壊剤がしばしば使用されます。3世代の製品が開発されており、第一世代はカルボン酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩です。第二世代はOP、平平佳、スルホン化ヒマシ油などの低分子非イオン界面活性剤です。第三世代はポリマー非イオン界面活性剤です。
二次回収および三次回収の後期段階では、生産された原油は主に水中油型エマルジョンの形で存在します。使用される解乳化剤は、テトラデシルトリメチルオキシアンモニウムクロリドやジデシルジメチルアンモニウムクロリドなど4種類あります。これらは陰イオン性乳化剤と反応して親水性油脂バランス値を変化させたり、水に濡れた粘土粒子の表面に吸着して濡れ性を変化させ、水中油型エマルジョンを破壊したりします。また、油中水型乳化剤として使用できる一部の陰イオン界面活性剤や油溶性非イオン界面活性剤は、水中油型エマルジョンの解乳化剤としても使用できます。
- 水処理用界面活性剤
油井生産流体を原油から分離した後、生産水は再圧入要件を満たすように処理する必要があります。水処理には、腐食防止、スケール防止、殺菌、酸素除去、油分除去、固形懸濁物質除去の6つの目的があります。そのため、腐食防止剤、スケール防止剤、殺菌剤、脱酸素剤、脱脂剤、凝集剤などを使用する必要があります。工業用界面活性剤は、以下の用途に使用されます。
腐食防止剤として使用される工業用界面活性剤には、アルキルスルホン酸の塩、アルキルベンゼンスルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、直鎖アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩、アルキルピリジン塩、イミダゾリンおよびその誘導体の塩、ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテル、ポリオキシエチレンジアルキルプロパルギルアルコール、ポリオキシエチレンロジンアミン、ポリオキシエチレンステアリルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテルアルキルスルホン酸塩、さまざまな第四級アンモニウム内部塩、ジ（ポリオキシエチレン）アルキル内部塩およびそれらの誘導体などがあります。
防汚剤として使用される界面活性剤には、リン酸エステル塩、硫酸エステル塩、酢酸塩、カルボン酸塩、およびそれらのポリオキシエチレン化合物が含まれます。スルホン酸エステル塩およびカルボン酸塩の熱安定性は、リン酸エステル塩および硫酸エステル塩よりもはるかに優れています。
殺菌剤に使用される工業用界面活性剤には、直鎖アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、イミダゾリンおよびその誘導体の塩、さまざまな第四級アンモニウム塩、ジ（ポリオキシ）ビニル）アルキルおよびその誘導体の内部塩が含まれます。
脱脂剤に使われる工業用界面活性剤は、主に分岐構造とジチオカルボン酸ナトリウム基を持つ界面活性剤です。
10. 化学油浸水防止用界面活性剤
一次回収と二次回収では、地下の原油の25%～50%を回収できますが、回収できない原油が地下に多く残っています。三次回収を行うことで、原油回収率を向上させることができます。三次回収では、主に化学攻法が用いられます。これは、注入水に化学薬品を添加することで水攻法の効率を高める方法です。使用される化学薬品の中には、工業用界面活性剤などがあります。以下に、それらについて簡単に説明します。
界面活性剤を主剤とする化学油攻法は、界面活性剤攻法と呼ばれます。界面活性剤は主に、油水界面張力を低下させ、毛細管現象を増加させることで、油回収率を向上させる役割を果たします。砂岩層の表面は負に帯電しているため、使用される界面活性剤は主に陰イオン界面活性剤であり、その多くはスルホン酸型界面活性剤です。これは、芳香族炭化水素含有量の高い石油留分をスルホン化剤（三酸化硫黄など）でスルホン化し、その後アルカリで中和することによって作られます。その仕様は、有効成分50％～80％、鉱油5％～30％、水2％～20％、硫酸ナトリウム1％～6％です。石油スルホン酸は、温度、塩分、高価な金属イオンに対して耐性がありません。合成スルホン酸は、対応する炭化水素から対応する合成方法を用いて製造されます。その中でも、α-オレフィンスルホン酸は、塩分と高原子価金属イオンに対して特に耐性があります。その他のアニオン性・ノニオン性界面活性剤やカルボキシレート界面活性剤も油置換に使用できます。界面活性剤による油置換には、2種類の添加剤が必要です。1つはイソブタノール、ジエチレングリコールブチルエーテル、尿素、スルホラン、アルケニレンベンゼンスルホン酸塩などの共界面活性剤で、もう1つは誘電体で、酸塩とアルカリ塩、主に塩を含み、界面活性剤の親水性を低下させ、親油性を相対的に高め、活性剤の親水性 - 親油性バランス値も変化させます。界面活性剤の損失を減らし、経済効果を高めるために、界面活性剤浸水では犠牲剤と呼ばれる化学物質も使用されます。犠牲剤として使用できる物質には、アルカリ性物質、ポリカルボン酸およびその塩が含まれます。オリゴマーやポリマーも犠牲剤として使用できます。リグノスルホン酸塩およびその変性物は犠牲剤です。
2種類以上の化学油置換主剤を使用する油置換法を複合攻法といいます。界面活性剤に関連するこの油置換法には、界面活性剤とポリマーの濃縮界面活性剤攻法、アルカリ+界面活性剤または界面活性剤強化アルカリ攻法によるアルカリ強化界面活性剤攻法、アルカリ+界面活性剤+ポリマーによる元素ベースの複合攻法などがあります。複合攻法は、一般的に単独の推進よりも回収率が高いです。国内外の開発動向の現在の分析によると、3成分複合攻法は2成分複合攻法よりも優れています。3成分複合攻法で使用される界面活性剤は主に石油スルホン酸塩で、通常は硫酸、リン酸、ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテルのカルボキシレート、ポリオキシエチレンアルキルアルコールアルキルスルホン酸塩ナトリウム塩などと組み合わせて使用され、耐塩性を向上させます。最近、国内外でラムノリピッド、ソホロリピッド発酵液などのバイオサーファクタント、天然混合カルボン酸塩、製紙副産物のアルカリリグニンなどの研究と利用が重視され、現場および室内試験で優れた成果を上げています。優れた油置換効果。
投稿日時: 2023年12月26日