Aplicarea surfactanților în producția de petrol

1.surfactanțifolosit pentruextracția petrolului greu

Datorită vâscozității ridicate și fluidității slabe a țițeiului greu, acesta prezintă numeroase dificultăți de exploatare. Pentru a extrage un astfel de țiței greu, uneori se injectează în gaura de sondă soluții apoase de agenți tensioactivi pentru a converti țițeiul greu cu vâscozitate ridicată în emulsii ulei-în-apă cu vâscozitate scăzută, care sunt apoi pompate la suprafață. Agenții tensioactivi utilizați în această metodă de emulsionare și reducere a vâscozității țițeiului greu includ alchil sulfonat de sodiu, eter de alcool alchilic polioxietilenic, eter de alchil fenol polioxietilenic, polioxietilen polioxipropilen polien poliamină, eter sulfat de alcool alchilic polioxietilenic sodic etc. Pentru emulsiile ulei-în-apă produse, este necesară separarea apei, iar unii agenți tensioactivi industriali sunt utilizați și ca demulgatori pentru deshidratare. Acești demulgatori sunt emulgatori apă-în-ulei. Cei utilizați în mod obișnuit sunt surfactanții cationici sau acizii naftenici, acizii asfaltici și sărurile lor metalice polivalenți. Țițeiul greu special nu poate fi exploatat de unitățile de pompare convenționale și necesită injecție de abur pentru recuperarea termică. Pentru a îmbunătăți efectul recuperării termice, este necesar să se utilizeze agenți tensioactivi. Injectarea spumei în sonda de injecție a aburului, adică injectarea agenților de spumare rezistenți la temperaturi ridicate și a gazelor necondensabile, este una dintre metodele de preparare utilizate în mod obișnuit. Agenții de spumare utilizați în mod obișnuit sunt sulfonații de alchilbenzen,α-sulfonați de olefină, sulfonați de petrol, eteri de alcool alchilic polioxietilenic sulfoalchilați și eteri de alchil fenol polioxietilenic sulfoalchilați etc. Deoarece surfactanții fluorurați au o activitate de suprafață ridicată și sunt stabili la acizi, alcali, oxigen, căldură și ulei, aceștia sunt agenți de spumare ideali la temperaturi ridicate. Pentru a face ca uleiul dispersat să treacă ușor prin structura porilor formațiunii sau pentru a face ca uleiul de pe suprafața formațiunii să se deplaseze ușor, sunt necesari surfactanți numiți agenți de difuzie a peliculei, iar cei utilizați în mod obișnuit sunt surfactanții polimerici de rășină fenolică oxialchilată.

2.Agenți tensioactivi pentru extragerea țițeiului ceros

La extragerea țițeiului ceros, este necesar să se efectueze frecvent prevenirea și îndepărtarea cerii. Agenții tensioactivi sunt utilizați ca inhibitori și agenți de îndepărtare a cerii. Agenții tensioactivi utilizați pentru prevenirea depunerii cerii includ surfactanții solubili în ulei și surfactanții solubili în apă. Primii exercită un efect de prevenire a depunerii cerii prin modificarea proprietăților suprafeței cristaline de ceară. Surfactanții solubili în ulei utilizați în mod obișnuit sunt sulfonații de petrol și surfactanții de tip amină. Agenții tensioactivi solubili în apă joacă un rol în prevenirea depunerii cerii prin modificarea proprietăților suprafețelor de depunere a cerii (cum ar fi suprafețele conductelor de petrol, ale prăjinilor de pompare și ale echipamentelor). Agenții tensioactivi disponibili includ alchilsulfonați de sodiu, săruri cuaternare de amoniu, eteri alcanici polioxietilenici, eteri polioxietilenici de hidrocarburi aromatice și sărurile lor sulfonate de sodiu etc. Agenții tensioactivi utilizați pentru îndepărtarea cerii se încadrează, de asemenea, în două categorii: cei solubili în ulei sunt utilizați în agenții de îndepărtare a cerii pe bază de ulei, iar cei solubili în apă, cum ar fi agenții tensioactivi de tip sulfonat, de tip sare cuaternară de amoniu, de tip polieter, de tip Tween, de tip OP, precum și agenții tensioactivi de tip Peregal și de tip OP esterificați cu sulfat sau sulfoalchilați, sunt utilizați în agenții de îndepărtare a cerii pe bază de apă. În ultimii ani, atât pe plan intern, cât și internațional, îndepărtarea și prevenirea cerii au fost combinate organic, iar agenții de îndepărtare a cerii pe bază de ulei și cei pe bază de apă au fost, de asemenea, combinați organic pentru a produce agenți de îndepărtare a cerii de tip mixt. Acest tip de agent de îndepărtare a cerii utilizează hidrocarburi aromatice și hidrocarburi aromatice mixte ca fază uleioasă și emulgatori cu efecte de îndepărtare a cerii ca fază apoasă. Când emulgatorul selectat este un surfactant neionic cu un punct de tulburare adecvat, acesta poate atinge sau depăși punctul său de tulburare la o temperatură sub secțiunea de depunere a cerii din sonda de petrol, determinând astfel demulsificarea agentului de îndepărtare a cerii de tip mixt înainte de a intra în secțiunea de depunere a cerii, separându-se în două tipuri de agenți de îndepărtare a cerii, care exercită simultan efectul de îndepărtare a cerii.

3.Agenți tensioactivi utilizați în argila stabilă

Stabilizarea argilei implică două aspecte: prevenirea umflării mineralelor argiloase și prevenirea migrării particulelor minerale argiloase. Pentru prevenirea umflării argilei, se pot utiliza surfactanți cationici, cum ar fi sarea de amină, sarea de amoniu cuaternar, sarea de piridină și sarea de imidazolină. Pentru prevenirea migrării particulelor minerale argiloase, se pot utiliza surfactanți cationici neionici care conțin fluor.

4,Agenți tensioactivi utilizați în măsurile de acidifiere

Pentru a spori efectul de acidifiere, este în general necesar să se adauge diverși aditivi la soluția acidă. Orice surfactant compatibil cu soluția acidă și ușor adsorbit de formațiune poate fi utilizat ca retardant de acidifiere. Exemplele includ clorhidrati de amine grase, săruri cuaternare de amoniu și săruri de piridiniu printre surfactanții cationici, precum și eteri de polioxietilen alchilfenol sulfonați, carboximetilați, esterificați cu fosfat sau esterificați cu sulfat printre surfactanții amfoteri. Unii surfactanți, cum ar fi acidul dodecil sulfonic și sărurile sale de alchilamină, pot emulsiona soluția acidă în ulei pentru a forma o emulsie acid-în-ulei, care, atunci când este utilizată ca fluid de lucru acidifiant, funcționează și ca retardant.

Unii surfactanți pot acționa ca demulgatori pentru fluidele acidifiante. Surfactanții cu structuri ramificate, cum ar fi eterul de polioxietilen-polioxipropilen propilen glicol și pentaetilen-polioxipropilen pentaetilenhexamina polioxietilen-polioxipropilen, pot servi ca demulgatori acidifianți.

Anumiți surfactanți pot fi utilizați ca aditivi de curățare a acizilor uzați, inclusiv surfactanți de tip amină, surfactanți de tip sare de amoniu cuaternar, surfactanți de tip piridinii, neionici, amfoteri și fluorurați.

Unii surfactanți funcționează ca inhibitori ai nămolului acidifiant, cum ar fi surfactanții solubili în ulei, cum ar fi alchilfenolii, acizii grași, acizii alchilbenzensulfonici și sărurile cuaternare de amoniu. Datorită solubilității lor slabe în acid, surfactanții neionici pot fi utilizați pentru a-i dispersa în soluția acidă.

Pentru a îmbunătăți efectul de acidizare, este necesar să se adauge modificatori de umectare în soluția acidă pentru a inversa umectabilitatea zonei din apropierea sondei de sondă de la umedă cu petrol la umedă cu apă. Amestecuri precum eterul de alcool alchilic polioxietilen-polioxipropilen și eterul de alcool alchilic polioxietilen-polioxipropilen esterificat cu fosfat sunt adsorbite de formațiune ca strat principal de adsorbție, realizându-se astfel inversarea umectabilității.

În plus, unii surfactanți, cum ar fi clorhidratii de amine grase, sărurile cuaternare de amoniu sau surfactanții neionici-anionici, sunt utilizați ca agenți de spumare pentru prepararea fluidelor de lucru acide pentru spumare, care îndeplinesc scopurile de întârziere a reacției, inhibare a coroziunii și acidificare a formațiunilor adânci. Alternativ, astfel de spume pot fi utilizate ca pre-tampoane pentru acidificare: după ce sunt injectate în formațiune, soluția acidă este ulterior injectată. Efectul Jamin generat de bulele din spumă poate devia soluția acidă, forțând-o să dizolve în principal straturile cu permeabilitate scăzută și îmbunătățind astfel efectul de acidificare.

5.Agenți tensioactivi utilizați în măsurile de fracturare

Măsurile de fracturare sunt adesea aplicate în câmpurile petroliere cu permeabilitate scăzută. Acestea implică utilizarea presiunii pentru a fractura formațiunea, crearea de fisuri și susținerea fisurilor cu agenți de susținere pentru a reduce rezistența la curgerea fluidului, atingând astfel obiectivul de creștere a producției și a injecției. Unele fluide de fracturare sunt formulate cu surfactanți ca și componente. Fluidele de fracturare ulei-în-apă sunt preparate din apă, ulei și emulgatori. Emulgatorii utilizați includ surfactanți ionici, neionici și amfoteri. Dacă se utilizează apă îngroșată ca fază externă și ulei ca fază internă, se poate formula un fluid de fracturare ulei-în-apă îngroșat (emulsie polimerică). Acest tip de fluid de fracturare poate fi utilizat la temperaturi sub 160°C și poate dezemulsiona și descărca automat fluidele. Fluidele de fracturare cu spumă sunt cele cu apă ca mediu de dispersie și gaz ca fază dispersată, ale căror componente principale sunt apa, gazul și agenții de spumare. Alchilsulfonații, alchilbenzensulfonații, alchilsulfații esteri, sărurile cuaternare de amoniu și surfactanții de tip OP pot fi utilizați ca agenți de spumare. Concentrația agenților de spumare în apă este în general de 0,5-2%, iar raportul dintre volumul fazei gazoase și volumul spumei variază de la 0,5 la 0,9. Fluidele de fracturare pe bază de ulei sunt formulate folosind ulei ca solvent sau mediu de dispersie. Cele mai frecvent utilizate uleiuri în aplicațiile pe teren sunt țițeiul sau fracțiunile sale grele. Pentru a le îmbunătăți performanța vâscozitate-temperatură, trebuie adăugați sulfonați de petrol solubili în ulei (cu o greutate moleculară de 300-750). Fluidele de fracturare pe bază de ulei includ, de asemenea, fluide de fracturare apă-în-ulei și fluide de fracturare spumă de ulei. Primele utilizează surfactanți anionici solubili în ulei, surfactanți cationici și surfactanți neionici ca emulgatori, în timp ce cele din urmă utilizează surfactanți polimerici care conțin fluor ca stabilizatori de spumă. Fluidele de fracturare pentru formațiuni sensibile la apă sunt emulsii sau spume formulate folosind un amestec de alcooli (cum ar fi etilen glicolul) și uleiuri (cum ar fi kerosenul) ca mediu de dispersie, dioxid de carbon lichid ca fază dispersată și eteri de alcool alchilic polioxietilenic sulfat ca emulgatori sau agenți de spumare, utilizați pentru fracturarea formațiunilor sensibile la apă. Fluidele de fracturare pentru acidificarea fracturilor servesc atât ca fluide de fracturare, cât și ca fluide de acidificare, utilizate în formațiunile carbonatice, unde ambele măsuri sunt efectuate simultan. Cele legate de surfactanți sunt spumele acide și emulsiile acide; primele utilizează alchil sulfonați sau alchil benzen sulfonați ca agenți de spumare, iar cele din urmă utilizează surfactanți de tip sulfonat ca emulgatori. La fel ca fluidele de acidificare, fluidele de fracturare utilizează, de asemenea, surfactanți ca dezemulgatori, aditivi de curățare și agenți de inversare a umectabilității, aspecte care nu vor fi elaborate aici.

6.Agenți tensioactivi utilizați în controlul profilului și în măsurile de colmatare a apei

Pentru a îmbunătăți eficacitatea dezvoltării inundării cu apă și a inhiba rata de creștere a reducerii apei din țiței, este necesar să se ajusteze profilul de absorbție a apei în puțurile de injecție și să se implementeze măsuri de blocare a apei în puțurile de producție ca metode de stimulare. Unele dintre aceste metode de control al profilului și de blocare a apei utilizează adesea anumiți surfactanți. Agentul de control al profilului de gel HPC/SDS este preparat prin amestecarea hidroxipropilcelulozei (HPC) și a dodecilsulfatului de sodiu (SDS) în apă dulce. Alchilsulfonatul de sodiu și clorura de alchiltrimetilamoniu sunt dizolvate respectiv în apă pentru a prepara două fluide de lucru, care sunt injectate succesiv în formațiune. Cele două fluide de lucru se întâlnesc în formațiune, producând precipitate de alchil sulfit de alchil trimetilamină, care blochează straturile cu permeabilitate ridicată. Eterul de polioxietilen alchil fenol, alchil aril sulfonatul etc. pot fi utilizați ca agenți de spumare. Aceștia sunt dizolvați în apă pentru a prepara un fluid de lucru, care este apoi injectat alternativ în formațiune cu un fluid de lucru cu dioxid de carbon lichid. Aceasta formează spumă în formațiune (în principal în straturile cu permeabilitate ridicată), provocând blocaje și obținând efectul de control al profilului. Un surfactant de tip sare cuaternară de amoniu este utilizat ca agent de spumare, dizolvat într-o sol de silice preparată din sulfat de amoniu și sticlă solubilă și injectat în formațiune. Apoi, se injectează gaz necondensabil (gaz natural sau clor gazos), care generează mai întâi spumă cu lichid ca mediu de dispersie în formațiune, iar apoi solul de silice se gelifică pentru a produce spumă cu solid ca mediu de dispersie, blocând astfel straturile cu permeabilitate ridicată și obținând controlul profilului. Folosind surfactanți de tip sulfonat ca agenți de spumare și compuși cu greutate moleculară mare ca agenți de îngroșare și stabilizare a spumei, urmată de injectarea de gaz sau substanțe generatoare de gaz, se generează spumă pe bază de apă la suprafață sau în formațiune. În stratul de petrol, o cantitate mare de surfactant se deplasează la interfața petrol-apă, provocând ruperea spumei, astfel încât nu blochează stratul de petrol și este un agent selectiv de colmatare a apei din puțurile de petrol. Agentul de colmatare a apei din ciment pe bază de petrol este o suspensie de ciment în petrol. Suprafața cimentului este hidrofilă. Când apa intră în stratul producător de apă, deplasează uleiul de pe suprafața cimentului și reacționează cu cimentul, provocând solidificarea cimentului și blocarea stratului producător de apă. Pentru a îmbunătăți fluiditatea acestui agent de colmatare, se adaugă de obicei surfactanți de tip carboxilat și sulfonat. Agentul de colmatare fluid micelar pe bază de apă este o soluție micelară compusă în principal din sulfonat de petrol de amoniu, hidrocarburi, alcooli etc. Când întâlnește apă foarte salină în formațiune, poate deveni vâscos pentru a obține efectul de colmatare a apei. Agenții de colmatare în soluții de surfactanți cationici pe bază de apă sau ulei, care sunt compuși în principal din surfactanți carboxilat de alchil și clorură de alchil amoniu, sunt aplicabili numai formațiunilor de gresie. Agentul de colmatare activ pe bază de ulei greu este un ulei greu dizolvat cu emulgatori apă-în-ulei. Când întâlnește apă în formațiune, produce o emulsie apă-în-ulei de înaltă vâscozitate pentru a realiza colmatarea apei. Agentul de colmatare ulei-în-apă se prepară prin emulsionarea uleiului greu în apă folosind surfactanți cationici ca emulgatori ulei-în-apă.

7,Agenți tensioactivi pentru măsuri de control al nisipului

Înainte de operațiunile de control al nisipului, o anumită cantitate de apă activă preparată cu surfactanți trebuie injectată ca fluid de pre-spălare pentru pre-curățarea formațiunii, astfel încât să se îmbunătățească efectul de control al nisipului. Majoritatea surfactanților utilizați în prezent sunt surfactanți anionici.

8,Agenți tensioactivi pentru deshidratarea țițeiului

În etapele primare și secundare de recuperare a petrolului, pentru țițeiul produs se utilizează în principal demulgatori de tip apă-în-ulei. Au fost dezvoltate trei generații de produse. Prima generație include carboxilați, sulfați și sulfonați. A doua generație constă din surfactanți neionici cu greutate moleculară mică, cum ar fi OP, Pegosperse și ulei de ricin sulfonat. A treia generație este reprezentată de surfactanți neionici cu greutate moleculară mare. În etapa târzie de recuperare secundară a petrolului și în etapa terțiară de recuperare a petrolului, țițeiul produs există în mare parte sub formă de emulsii ulei-în-apă. Există patru tipuri de demulgatori utilizați, cum ar fi clorura de tetradeciltrimetilamoniu și clorura de didecildimetilamoniu. Aceștia pot reacționa cu emulgatori anionici pentru a le modifica valoarea echilibrului hidrofil-lipofil sau pot adsorbi pe suprafața particulelor de argilă umezite cu apă pentru a le modifica umectabilitatea și a rupe emulsia ulei-în-apă. În plus, unii surfactanți anionici care pot acționa ca emulgatori apă-în-ulei și surfactanți neionici solubili în ulei pot fi, de asemenea, utilizați ca dezemulgatori pentru emulsiile ulei-în-apă.

9Surfactanți pentru tratarea apei

După ce țițeiul este separat de fluidul produs dintr-un puț de petrol, apa produsă trebuie tratată pentru a îndeplini cerințele de reinjecție. Scopurile tratării apei includ șase aspecte: inhibarea coroziunii, prevenirea depunerilor de calcar, sterilizarea, dezoxigenarea, îndepărtarea petrolului și îndepărtarea solidelor în suspensie. Prin urmare, se utilizează inhibitori de coroziune, inhibitori de depunere de calcar, bactericide, dezoxidanți, agenți de îndepărtare a uleiului, floculanți etc. Agenții tensioactivi industriali implicați sunt următorii:

Agenții tensioactivi industriali utilizați ca inhibitori de coroziune includ săruri ale acizilor alchil sulfonici, acizilor alchil benzen sulfonici, acizilor perfluoralchil sulfonici, săruri de alchilamine cu catenă liniară, săruri cuaternare de amoniu, săruri de alchil piridiniu, săruri ale imidazolinelor și derivaților acestora, eteri ai alcoolului alchilic polioxietilenic, polioxietilen dialchil propinoli, amine de polioxietilen colafoniu, polioxietilen stearil amine, alchil sulfonați ai eterilor alcoolului alchilic polioxietilenic, diverse săruri interne ale aminoacidelor cuaternare și săruri interne ale bis(polioxietilen) alchililor și derivaților acestora. Agenții tensioactivi utilizați ca inhibitori de depunere a calcarului includ esteri fosfatici, esteri sulfatici, acetați, carboxilați și compușii lor polioxietilenici. Stabilitatea termică a esterilor sulfonați și a carboxilaților este semnificativ mai bună decât cea a esterilor fosfatici și a esterilor sulfatici. Agenții tensioactivi industriali utilizați ca bactericide includ săruri de alchilamine cu catenă liniară, săruri de amoniu cuaternare, săruri de alchilpiridiniu, săruri de imidazoline și derivați ai acestora, diverse săruri interne de amoniu cuaternare și săruri interne de bis(polioxietilen)alchili și derivați ai acestora. Agenții tensioactivi industriali utilizați ca agenți de îndepărtare a uleiului sunt în principal cei cu o structură ramificată și care conțin grupări ditiocarboxilat de sodiu.

10,Agenți tensioactivi pentru inundarea chimică în recuperarea petrolului

Recuperarea primară și secundară a petrolului poate extrage 25% - 50% din țițeiul subteran, o cantitate mare de țiței rămânând în subteran și neputând fi extrasă. Recuperarea terțiară a petrolului poate îmbunătăți eficiența recuperării petrolului. Recuperarea terțiară a petrolului adoptă în mare parte metode de inundare chimică, adică adăugarea unor substanțe chimice în apa injectată pentru a îmbunătăți eficiența inundării cu apă. Printre substanțele chimice utilizate, unele aparțin surfactanților industriali, iar condițiile lor sunt prezentate pe scurt după cum urmează: Metoda de inundare chimică cu surfactant ca agent principal se numește inundare cu surfactanți. Surfactanții joacă în principal un rol în îmbunătățirea recuperării petrolului prin reducerea tensiunii interfaciale petrol-apă și creșterea numărului de capilare. Deoarece suprafața formațiunilor de gresie este încărcată negativ, surfactanții utilizați sunt în principal surfactanți anionici, iar majoritatea sunt surfactanți sulfonați. Aceasta se obține prin sulfonarea fracțiunilor petroliere cu conținut ridicat de hidrocarburi aromatice folosind agenți de sulfonare (cum ar fi trioxidul de sulf) și apoi neutralizarea cu alcali. Specificațiile sale: ingredient activ 50% – 80%, ulei mineral 5% – 30%, apă 2% – 20%, sulfat de sodiu 1% – 6%. Sulfonații de petrol sunt rezistenți la temperaturi ridicate, dar nu și la sare și ionii metalici cu valență mare. Sulfonații sintetici sunt preparați din hidrocarburi corespunzătoare folosind metode de sinteză corespunzătoare. Printre aceștia, sulfonații de α-olefină sunt deosebit de rezistenți la sare și ionii metalici cu valență mare. În plus, unii surfactanți anionici-neionici și surfactanți carboxilați pot fi utilizați și pentru inundarea cu ulei. Inundarea cu surfactanți necesită două tipuri de aditivi: unul este reprezentat de cosurfactanți, cum ar fi izobutanol, eter butilic de dietilen glicol, uree, sulfolan, sulfonați de alchenil benzen etc.; celălalt este reprezentat de electroliți, inclusiv acizi, alcalii și săruri, în principal săruri. Aceștia pot reduce hidrofilicitatea surfactanților, pot crește relativ lipofilicitatea și, de asemenea, funcționează prin modificarea valorii echilibrului hidrofil-lipofil al surfactanților. Pentru a reduce pierderile de surfactanți și a îmbunătăți eficiența economică, inundarea cu surfactanți utilizează și substanțe chimice numite agenți de sacrificiu. Substanțele care pot fi utilizate ca agenți de sacrificiu includ substanțe alcaline, acizii policarboxilici și sărurile acestora, oligomerii și polimerii pot fi, de asemenea, utilizați ca agenți de sacrificiu, iar lignosulfonații și produsele lor modificate sunt un tip de agent de sacrificiu. Metoda de inundare cu petrol care utilizează doi sau mai mulți agenți principali pentru inundarea chimică cu petrol se numește inundare compozită. Astfel de metode de inundare cu petrol legate de surfactanți includ: surfactant + polimer pentru inundarea cu surfactanți îngroșați; alcali + surfactant pentru inundarea cu surfactanți îmbunătățiți cu alcali sau inundarea cu alcali îmbunătățiți cu surfactanți; alcali + surfactant + polimer pentru inundarea compozită ternară. Inundarea compozită are de obicei o recuperare mai mare a petrolului decât inundarea simplă. Conform analizei tendințelor actuale de dezvoltare din țară și din străinătate, inundarea compozită ternară are avantaje mai mari decât inundarea compozită binară. Agenții tensioactivi utilizați în inundarea ternară compozită sunt în principal sulfonați de petrol și sunt de obicei combinați cu acid sulfuric, acid fosforic și carboxilat de eter al alcoolului alchilic polioxietilenic, alchil sulfonat de alcool alchilic polioxietilenic de sodiu etc., pentru a le îmbunătăți rezistența la săruri. Recent, atât țările autohtone, cât și cele străine au acordat importanță cercetării și utilizării biosurfactanților, cum ar fi ramnolipidele, bulionurile de fermentare soforolipidice, precum și carboxilații mixți naturali și lignina alcalină, produs secundar din fabricarea hârtiei etc., care au obținut efecte bune de inundare cu ulei în testele de teren și de laborator.