Применение поверхностно-активных веществ в нефтедобыче

Применениеповерхностно-активные веществав нефтедобыче

1. Поверхностно-активные вещества, используемые при добыче тяжелой нефти.

Из-за высокой вязкости и плохой текучести тяжелой нефти добыча представляет собой серьезную проблему. Для извлечения таких тяжелых нефтей иногда необходимо закачивать в скважину водный раствор поверхностно-активного вещества, чтобы преобразовать высоковязкую тяжелую нефть в низковязкую эмульсию типа «масло в воде» и извлечь ее на поверхность. В качестве поверхностно-активных веществ, используемых в этом методе эмульгирования тяжелой нефти и снижения ее вязкости, применяются алкилсульфонат натрия, полиоксиэтиленалкиловый эфир спирта, полиоксиэтиленалкилфеноловый эфир, полиоксиэтиленполиоксипропиленполиенполиамин, полиоксиэтиленвинилалкиловый эфир эфира сульфата натрия и др. Полученную эмульсию типа «масло в воде» необходимо отделить от воды и использовать некоторые промышленные поверхностно-активные вещества в качестве деэмульгаторов для обезвоживания. Эти деэмульгаторы представляют собой эмульгаторы типа «вода в масле». Обычно используются катионные поверхностно-активные вещества или нафтеновые кислоты, асфальтоновые кислоты и их соли многовалентных металлов.

Добыча специфической тяжелой нефти с помощью обычных насосных установок невозможна, и для термической добычи требуется закачка пара. Для повышения эффективности термической добычи необходимо использовать поверхностно-активные вещества. Одним из распространенных методов регулирования является закачка пены в паронагнетательную скважину, то есть закачка высокотемпературного пенообразователя и неконденсируемого газа.

К часто используемым пенообразователям относятся алкилбензолсульфонаты, α-олефинсульфонаты, нефтяные сульфонаты, сульфогидрокарбилированные полиоксиэтиленовые алкиловые спиртовые эфиры и сульфогидрокарбилированные полиоксиэтиленовые алкилфеноловые эфиры и др. Фторированные поверхностно-активные вещества обладают высокой поверхностной активностью и устойчивостью к кислотам, щелочам, кислороду, теплу и маслу, что делает их идеальными высокотемпературными пенообразователями. Для облегчения прохождения диспергированного масла через пористую структуру пласта или для удаления масла с поверхности пласта необходимо использовать поверхностно-активное вещество, называемое пленочным диффузионным агентом. Наиболее часто используемым является оксиалкилированная фенольная смола.

​

1. Поверхностно-активные вещества для добычи восковидной сырой нефти

Для добычи воскосодержащей нефти требуется частое предотвращение и удаление воска. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) действуют как ингибиторы и средства удаления воска. Для предотвращения образования воска используются маслорастворимые и водорастворимые ПАВ. Маслорастворимые ПАВ действуют, изменяя свойства поверхности кристаллов воска. К наиболее часто используемым маслорастворимым ПАВ относятся нефтяные сульфонаты и аминные ПАВ. Водорастворимые ПАВ действуют, изменяя свойства поверхностей, образованных воском (таких как нефтепроводы, насосные штанги и поверхности оборудования). К доступным ПАВ относятся алкилсульфонаты натрия, четвертичные аммониевые соли, полиоксиэтиленовые эфиры алканов, полиоксиэтиленовые эфиры ароматических углеводородов и их сульфонатные натриевые соли и др. ПАВ, используемые для удаления воска, также делятся на два типа. Маслорастворимые поверхностно-активные вещества используются в средствах для удаления воска на масляной основе, а водорастворимые — это поверхностно-активные вещества сульфонатного типа, типа четвертичных аммониевых солей, полиэфирного типа, типа Tween, типа OP, а также плоские поверхностно-активные вещества на основе сульфатов или сульфоалкилированных соединений и поверхностно-активные вещества типа OP.поверхностно-активное веществоЭти вещества используются в воскоочистителях на водной основе. В последние годы отечественные и зарубежные воскоочистители органически комбинируются, а также создаются гибридные воскоочистители на масляной и водной основе. В таких воскоочистителях в качестве масляной фазы используются ароматические углеводороды и смесь ароматических углеводородов, а в качестве водной фазы — эмульгатор с эффектом осветления воска. Когда в качестве эмульгатора выбирается неионогенное поверхностно-активное вещество с подходящей температурой помутнения, температура ниже воскообразной секции нефтяной скважины может достигать или превышать ее температуру помутнения, так что эмульсия в смешанном воскоочистителе разрушается перед попаданием в воскообразующую секцию, и два воскоосветляющих агента разделяются, одновременно выполняя функцию осветления воска.

3. Поверхностно-активные веществаиспользуется для стабилизации глины

Стабилизация глины подразделяется на два аспекта: предотвращение расширения глинистых минералов и предотвращение миграции частиц глинистых минералов. Для предотвращения набухания глины можно использовать катионные поверхностно-активные вещества, такие как соли аминов, соли четвертичных аммониевых соединений, соли пиридиния и соли имидазолина. Для предотвращения миграции частиц глинистых минералов доступны фторсодержащие неионогенные катионные поверхностно-активные вещества.

4. Поверхностно-активные веществаиспользуется в мерах по подкислению

Для усиления эффекта подкисления в кислотный раствор обычно добавляют различные добавки. В качестве замедлителя подкисления можно использовать любое поверхностно-активное вещество, совместимое с кислотным раствором и легко адсорбирующееся в процессе его образования. Например, гидрохлорид жирных аминов, четвертичные аммониевые соли, пиридиновые соли в катионных поверхностно-активных веществах, а также сульфонированные, карбоксиметилированные, фосфатные или сульфатные эфиры полиоксиэтиленалканов в амфотерных поверхностно-активных веществах, феноловые эфиры и др. Некоторые поверхностно-активные вещества, такие как додецилсульфоновая кислота и ее алкиламиновые соли, могут эмульгировать кислотную жидкость в масле, образуя кислотно-масляную эмульсию. Эта эмульсия может использоваться в качестве подкисленной промышленной жидкости и также выполняет замедляющую роль.

Некоторые поверхностно-активные вещества могут использоваться в качестве антиэмульгаторов для подкисления жидкостей. В качестве подкисляющих антиэмульгаторов можно использовать поверхностно-активные вещества с разветвленной структурой, такие как полиоксиэтилен-полиоксипропилен-пропиленгликолевый эфир и полиоксиэтилен-полиоксипропилен-пентаэтиленгексаамин.

Некоторые поверхностно-активные вещества могут использоваться в качестве средств, облегчающих дренаж при недостатке кислоты. К таким веществам относятся аминовые соли, четвертичные аммониевые соли, пиридиниевые соли, неионогенные, амфотерные и фторсодержащие поверхностно-активные вещества.

Некоторые поверхностно-активные вещества могут использоваться в качестве подкисляющих агентов против образования осадка, например, маслорастворимые поверхностно-активные вещества, такие как алкилфенолы, жирные кислоты, алкилбензолсульфоновые кислоты, четвертичные аммониевые соли и т. д. Поскольку они плохо растворяются в кислоте, для их диспергирования в кислом растворе можно использовать неионогенные поверхностно-активные вещества.

Для усиления эффекта подкисления необходимо добавить в кислотный раствор агент, изменяющий смачиваемость, чтобы изменить смачиваемость прискважинной зоны с липофильной на гидрофильную. Смеси полиоксиэтиленполиоксипропиленалкиловых спиртовых эфиров и фосфатно-соленых полиоксиэтиленполиоксипропиленалкиловых спиртовых эфиров адсорбируются пластом, образуя третий адсорбционный слой, который играет роль в смачивании и изменении смачиваемости.

Кроме того, некоторые поверхностно-активные вещества, такие как гидрохлорид жирных аминов, четвертичные аммониевые соли или неионогенные анионные поверхностно-активные вещества, используются в качестве пенообразователей для создания пенокислотной рабочей жидкости с целью замедления коррозии и глубокого подкисления, или же из них изготавливаются пены, используемые в качестве предварительной жидкости для подкисления. После их закачки в пласт вводится кислотный раствор. Эффект Джамина, создаваемый пузырьками в пене, может отводить кислотный раствор, заставляя его преимущественно растворять низкопроницаемый слой, тем самым улучшая эффект подкисления.

5. Поверхностно-активные вещества, используемые при гидроразрыве пласта.

Гидроразрыв пласта часто применяется на нефтяных месторождениях с низкой проницаемостью. Для этого используется давление, позволяющее открыть пласт и образовать трещины, а также проппант для их поддержки, что снижает сопротивление потоку жидкости и позволяет увеличить добычу и производительность. В состав некоторых жидкостей для гидроразрыва пласта входят поверхностно-активные вещества.

Растворы для гидроразрыва пласта типа «масло в воде» составляются из воды, масла и эмульгаторов. В качестве эмульгаторов используются ионные, неионогенные и амфотерные поверхностно-активные вещества. Если в качестве внешней фазы используется загущенная вода, а в качестве внутренней — масло, можно приготовить загущенный раствор для гидроразрыва пласта типа «масло в воде» (полимерную эмульсию). Этот раствор можно использовать при температурах ниже 160 °C, и он способен автоматически разрушать эмульсии и отводить жидкость.

Пенная жидкость для гидроразрыва пласта — это жидкость, в которой в качестве дисперсионной среды используется вода, а в качестве дисперсной фазы — газ. Ее основными компонентами являются вода, газ и пенообразователь. В качестве пенообразователей могут использоваться алкилсульфонаты, алкилбензолсульфонаты, алкилсульфатные эфирные соли, четвертичные аммониевые соли и поверхностно-активные вещества на основе фосфорорганических соединений. Концентрация пенообразователя в воде обычно составляет 0,5-2%, а отношение объема газовой фазы к объему пены находится в диапазоне 0,5-0,9.

Жидкость для гидроразрыва пласта на масляной основе — это жидкость, в состав которой входит масло в качестве растворителя или дисперсионной среды. Наиболее часто используемая на объекте нефть — это сырая нефть или ее тяжелая фракция. Для улучшения ее вязкости и температурных свойств необходимо добавлять маслорастворимый нефтяной сульфонат (молекулярная масса 300-750). К жидкостям для гидроразрыва пласта на масляной основе также относятся жидкости типа «вода в масле» и жидкости для гидроразрыва пласта с масляной пеной. В первых используются эмульгаторы в виде маслорастворимых анионных поверхностно-активных веществ, катионных поверхностно-активных веществ и неионогенных поверхностно-активных веществ, а в вторых — стабилизаторы пены в виде фторсодержащих полимерных поверхностно-активных веществ.

В качестве жидкости для гидроразрыва пласта, чувствительной к воде, используется смесь спирта (например, этиленгликоля) и масла (например, керосина) в качестве дисперсионной среды, жидкий диоксид углерода в качестве дисперсной фазы и сульфат-соленый полиоксиэтиленалкиловый спиртовой эфир в качестве эмульгатора. Или же это эмульсия или пена, разработанная с использованием пенообразователя для гидроразрыва пластов, чувствительных к воде.

Жидкость для гидроразрыва пласта, используемая для гидроразрыва и подкисления, является одновременно и жидкостью для гидроразрыва, и подкисляющей жидкостью. Она используется в карбонатных формациях, и обе меры осуществляются одновременно. К поверхностно-активным веществам относятся кислотная пена и кислотная эмульсия. В первой в качестве пенообразователя используется алкилсульфонат или алкилбензолсульфонат, а во второй — сульфонатное поверхностно-активное вещество в качестве эмульгатора. Как и подкисляющие жидкости, жидкости для гидроразрыва пласта также используют поверхностно-активные вещества в качестве антиэмульгаторов, средств для улучшения дренажа и агентов, изменяющих смачивание, которые здесь рассматриваться не будут.

6. Используйте поверхностно-активные вещества для контроля профиля и предотвращения проникновения воды.

Для повышения эффективности разработки месторождений с помощью закачки воды и подавления роста содержания воды в сырой нефти необходимо корректировать профиль водопоглощения в закачиваемых скважинах и увеличивать добычу путем перекрытия водоносных горизонтов в добывающих скважинах. В некоторых методах контроля профиля водопоглощения и перекрытия водоносных горизонтов часто используются поверхностно-активные вещества.

Контрольный агент для профиля геля HPC/SDS состоит из гидроксипропилцеллюлозы (HPC) и додецилсульфата натрия (SDS) в пресной воде.

Алкилсульфонат натрия и алкилтриметиламмонийхлорид растворяют в воде для получения двух рабочих жидкостей, которые последовательно закачиваются в пласт. Эти две рабочие жидкости взаимодействуют друг с другом в пласте, образуя алкилтриметиламин. Сульфит выпадает в осадок и блокирует высокопроницаемый слой.

Полиоксиэтиленовые алкилфеноловые эфиры, алкиларилсульфонаты и др. могут использоваться в качестве пенообразователей, растворяются в воде для приготовления рабочей жидкости, а затем закачиваются в пласт попеременно с жидким диоксидом углерода в качестве рабочей жидкости. Именно в пласте (в основном, в высокопроницаемом слое) образуется пена, создается закупорка, и это играет роль в регулировании профиля пласта.

Используя четвертичный аммониевый поверхностно-активный агент в качестве пенообразователя, растворенный в золе кремниевой кислоты, состоящем из сульфата аммония и жидкого стекла, и закачиваемый в пласт, а затем закачивая неконденсируемый газ (природный газ или хлор), можно сначала создать в пласте жидкую форму. Пена в дисперсионном межслое, за которой следует гелеобразование золя кремниевой кислоты, образует пену с твердым веществом в качестве дисперсионной среды, которая играет роль закупорки высокопроницаемого слоя и контролирует профиль.

Используя сульфонатные поверхностно-активные вещества в качестве пенообразователей и полимерные соединения в качестве стабилизаторов загущения пены, а затем закачивая газ или газообразующие вещества, на поверхности или в пласте образуется пена на водной основе. Эта пена обладает поверхностно-активным действием в нефтяном слое. Большое количество вещества перемещается к границе раздела нефть-вода, вызывая разрушение пены, поэтому оно не блокирует нефтяной слой. Это селективное и водонепроницаемое вещество для нефтяных скважин.

Водоотталкивающее средство для цемента на масляной основе представляет собой суспензию цемента в масле. Поверхность цемента гидрофильна. При попадании в водоносный слой вода вытесняет взаимодействие между нефтяной скважиной и цементом на поверхности цемента, вызывая затвердевание цемента и блокирование водоносного слоя. Для улучшения текучести этого закупоривающего средства обычно добавляют карбоксилатные и сульфонатные поверхностно-активные вещества.

Водорастворимый мицеллярный жидкий водоблокирующий агент на водной основе представляет собой мицеллярный раствор, состоящий в основном из сульфоната аммония нефти, углеводородов и спиртов. Он содержит большое количество солей в своей структуре и становится вязким, обеспечивая водоблокирующий эффект.

Водоблокирующие растворы катионных поверхностно-активных веществ на водной или масляной основе содержат активные вещества в виде алкилкарбоксилатов и алкиламмонийхлоридов и подходят только для песчаниковых образований.

Активный водоблокирующий агент на основе тяжелой нефти представляет собой разновидность тяжелой нефти, растворенной в эмульгаторе типа «вода в масле». После обезвоживания пласта он образует высоковязкую водоэмульсию, которая и препятствует проникновению воды.

Водоотталкивающее средство типа «масло в воде» получают путем эмульгирования тяжелой нефти в воде с использованием катионного поверхностно-активного вещества в качестве эмульгатора типа «масло в воде».

7. Используйте поверхностно-активные вещества для борьбы с песком.

Перед проведением работ по борьбе с пескизацией необходимо закачать определенное количество активированной воды, приготовленной с использованием поверхностно-активных веществ, в качестве предварительной жидкости для предварительной очистки пласта и повышения эффективности борьбы с пескизацией. В настоящее время наиболее часто используются анионные поверхностно-активные вещества.

8. Поверхностно-активное вещество для обезвоживания сырой нефти

На этапах первичной и вторичной добычи нефти для деэмульгаторов, содержащих вещество «вода в масле», часто используются такие вещества. Разработано три поколения продуктов. Первое поколение включает карбоксилаты, сульфаты и сульфонаты. Второе поколение – низкомолекулярные неионогенные поверхностно-активные вещества, такие как OP, Pingpingjia и сульфированное касторовое масло. Третье поколение – полимерные неионогенные поверхностно-активные вещества.

На поздних стадиях вторичной и третичной нефтедобычи добываемая сырая нефть в основном существует в виде эмульсии типа «масло в воде». Для этого используются четыре типа деэмульгаторов, такие как тетрадецилтриметилоксиаммонийхлорид и дидецилдиметиламмонийхлорид. Они могут реагировать с анионными эмульгаторами, изменяя их гидрофильный баланс масла, или адсорбироваться на поверхности водосмачиваемых частиц глины, изменяя их смачиваемость и разрушая эмульсии типа «масло в воде». Кроме того, некоторые анионные поверхностно-активные вещества и маслорастворимые неионогенные поверхностно-активные вещества, которые могут использоваться в качестве эмульгаторов для эмульсий типа «вода в масле», также могут применяться в качестве деэмульгаторов для эмульсий типа «масло в воде».

1. Поверхностно-активные вещества для очистки воды

После отделения добываемой из скважины жидкости от сырой нефти, добываемая вода должна быть обработана для соответствия требованиям закачки. Обработка воды включает шесть целей: ингибирование коррозии, предотвращение образования накипи, стерилизация, удаление кислорода, удаление нефти и удаление взвешенных твердых частиц. Поэтому необходимо использовать ингибиторы коррозии, противонакипные средства, бактерициды, поглотители кислорода, обезжириватели и флокулянты и т.д. В следующих аспектах используются промышленные поверхностно-активные вещества:

К промышленным поверхностно-активным веществам, используемым в качестве ингибиторов коррозии, относятся соли алкилсульфоновой кислоты, алкилбензолсульфоновой кислоты, перфторалкилсульфоновой кислоты, линейные соли алкиламинов, соли четвертичных аммониевых соединений и соли алкилпиридина, соли имидазолина и его производных, полиоксиэтиленовые алкиловые спиртовые эфиры, полиоксиэтиленовые диалкилпропаргиловые спирты, полиоксиэтиленовые канифольные амины, полиоксиэтиленовые стеариламины и полиоксиэтиленовые алкиловые спиртовые эфиры, алкилсульфонаты, различные внутренние соли четвертичных аммониевых соединений, внутренние соли ди(полиоксиэтилен)алкилов и их производные.

К поверхностно-активным веществам, используемым в качестве противообрастающих агентов, относятся фосфатные эфиры, сульфатные эфиры, ацетаты, карбоксилаты и их полиоксиэтиленовые соединения. Термическая стабильность сульфонатных эфиров и карбоксилатных солей значительно выше, чем у фосфатных эфиров и сульфатных эфиров.

К промышленным поверхностно-активным веществам, используемым в фунгицидах, относятся линейные алкиламиновые соли, четвертичные аммониевые соли, алкилпиридиниевые соли, соли имидазолина и его производных, различные четвертичные аммониевые соли, ди(полиокси)винил)алкил и внутренние соли его производных.

Промышленные поверхностно-активные вещества, используемые в обезжиривающих средствах, в основном представляют собой поверхностно-активные вещества с разветвленной структурой и группами дитиокарбоксилата натрия.

10. Поверхностно-активное вещество для химической нефтедобычи

Первичная и вторичная нефтедобыча позволяют извлечь 25-50% подземной нефти, но значительная часть нефти остается под землей и не подлежит извлечению. Третичная нефтедобыча может повысить ее эффективность. В основном для третичной нефтедобычи используется метод химического заводнения, то есть добавление химических агентов в закачиваемую воду для повышения эффективности заводнения. Среди используемых химических веществ есть и промышленные поверхностно-активные вещества. Краткое описание приведено ниже:

Метод химического нефтенагнетания с использованием поверхностно-активных веществ в качестве основного агента называется нефтенагнетанием с применением поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активные вещества играют главную роль в повышении нефтеизвлечения за счет снижения поверхностного натяжения на границе раздела нефть-вода и увеличения количества капилляров. Поскольку поверхность песчаниковых пластов имеет отрицательный заряд, используемые поверхностно-активные вещества в основном являются анионными, и большинство из них – сульфонатными. Они получают путем сульфирования нефтяных фракций с высоким содержанием ароматических углеводородов с помощью сульфирующего агента (например, триоксида серы), а затем нейтрализуют их щелочью. Состав: активное вещество 50%-80%, минеральное масло 5%-30%, вода 2%-20%, сульфат натрия 1%-6%. Нефтяной сульфонат не устойчив к температуре, соли и ионам высокозарядных металлов. Синтетические сульфонаты получают из соответствующих углеводородов с использованием соответствующих методов синтеза. Среди них α-олефиновый сульфонат особенно устойчив к соли и ионам высокозарядных металлов. Для вытеснения нефти также могут использоваться другие анионные и неионогенные поверхностно-активные вещества, а также карбоксилатные поверхностно-активные вещества. Для вытеснения нефти с помощью поверхностно-активных веществ требуются два вида добавок: одна — это со-поверхностно-активное вещество, такое как изобутанол, диэтиленгликольбутиловый эфир, мочевина, сульфолан, алкениленбензолсульфонат и др., а другая — диэлектрик, включающий соли кислот и щелочей, в основном соли, которые могут снизить гидрофильность поверхностно-активного вещества и относительно повысить липофильность, а также изменить значение гидрофильно-липофильного баланса активного вещества. Для уменьшения потерь поверхностно-активного вещества и повышения экономической эффективности при заводнении с использованием поверхностно-активных веществ также применяются химические вещества, называемые жертвенными агентами. В качестве жертвенных агентов могут использоваться щелочные вещества, поликарбоновые кислоты и их соли. Также могут использоваться олигомеры и полимеры. В качестве жертвенных агентов относятся лигносульфонаты и их модификации.

Метод вытеснения нефти с использованием двух или более основных химических агентов называется комбинированным заводнением. Этот метод вытеснения нефти, связанный с поверхностно-активными веществами, включает в себя: заводнение с использованием поверхностно-активных веществ и полимеров, загущенных поверхностно-активными веществами; заводнение с добавлением щелочи и поверхностно-активных веществ или щелочи с добавлением поверхностно-активных веществ; комбинированное заводнение на основе элементов с добавлением щелочи, поверхностно-активных веществ и полимеров. Комбинированное заводнение, как правило, имеет более высокие коэффициенты извлечения, чем заводнение с одним агентом. Согласно текущему анализу тенденций развития в стране и за рубежом, тройное комбинированное заводнение имеет большие преимущества, чем бинарное комбинированное заводнение. В качестве поверхностно-активных веществ при тройном комбинированном заводнении в основном используются нефтяные сульфонаты, обычно также в сочетании с серной кислотой, фосфорной кислотой и карбоксилатами полиоксиэтиленалкиловых спиртовых эфиров, а также натриевыми солями полиоксиэтиленалкиловых спиртовых алкилсульфонатов и т. д. для повышения их солеустойчивости. В последнее время как в стране, так и за рубежом большое внимание уделяется исследованиям и применению биосурфактантов, таких как рамнолипид, ферментационная среда софоролипида и др., а также природные смешанные карбоксилаты и щелочной лигнин, образующийся в результате бумажного производства, и др., и достигнуты отличные результаты в полевых и лабораторных испытаниях. Наблюдается хороший масловытесняющий эффект.