Применение поверхностно-активных веществ в нефтедобыче

1.Поверхностно-активные веществаиспользуется длядобыча тяжелой нефти

Из-за высокой вязкости и плохой текучести тяжелой нефти ее добыча сопряжена со многими трудностями. Для извлечения такой тяжелой нефти в скважину иногда закачивают водные растворы поверхностно-активных веществ, чтобы преобразовать высоковязкую тяжелую нефть в низковязкие эмульсии типа «масло в воде», которые затем откачиваются 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, сульфат полиоксиэтиленалкилового эфира натрия и др. Для получения эмульсий типа «масло в воде» необходимо отделить воду, и некоторые промышленные поверхностно-активные вещества также используются в качестве деэмульгаторов для обезвоживания. Эти деэмульгаторы представляют собой эмульгаторы типа «вода в масле». Обычно используются катионные поверхностно-активные вещества, а также нафтеновые кислоты, асфальтовые кислоты и их соли многовалентных металлов. Особые тяжелые нефти не могут быть добыты обычными насосными установками и требуют закачки пара для термической добычи. Для повышения эффективности термической добычи необходимо использовать поверхностно-активные вещества. Одним из распространенных методов подготовки является закачка пены в паронагнетательную скважину, то есть закачка высокотемпературных пенообразователей и неконденсируемых газов. Обычно используемые пенообразователи — это алкилбензолсульфонаты.αФторированные поверхностно-активные вещества, такие как олефиновые сульфонаты, нефтяные сульфонаты, сульфоалкилированные полиоксиэтиленовые алкиловые спиртовые эфиры и сульфоалкилированные полиоксиэтиленовые алкилфенольные эфиры и др., 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 пористо-канавочную структуру пласта или для легкого вытеснения масла с поверхности пласта необходимы поверхностно-активные вещества, называемые пленочными диффузионными агентами, и наиболее часто используемыми являются оксиалкилированные фенольные смолы в качестве полимерных поверхностно-активных веществ.

2.Поверхностно-активные вещества для извлечения восковидной сырой нефти

При добыче воскосодержащей нефти необходимо часто проводить мероприятия по предотвращению и удалению воска. В качестве ингибиторов и средств для удаления воска используются поверхностно-активные вещества (ПАВ). К ПАВ, используемым для предотвращения образования воска, относятся маслорастворимые и водорастворимые ПАВ. Первые оказывают воскоотталкивающее действие, изменяя свойства поверхности кристаллов воска. К обычно используемым маслорастворимым ПАВ относятся нефтяные сульфонаты и аминные ПАВ. Водорастворимые ПАВ играют роль в предотвращении образования воска, изменяя свойства поверхностей, на которых откладывается воск (таких как поверхности нефтепроводов, насосных штанг и оборудования). В число доступных поверхностно-активных веществ входят алкилсульфонаты натрия, четвертичные аммониевые соли, алкановые полиоксиэтиленовые эфиры, ароматические углеводородные полиоксиэтиленовые эфиры и их соли сульфоната натрия и др. Поверхностно-активные вещества, используемые для удаления воска, также делятся на две категории: маслорастворимые используются в восковых дезодорантах на масляной основе, а водорастворимые, такие как поверхностно-активные вещества сульфонатного типа, типа четвертичных аммониевых солей, полиэфирного типа, типа Tween, типа OP, а также сульфат-этерифицированные или сульфоалкилированные поверхностно-активные вещества типа Peregal и OP, используются в восковых дезодорантах на водной основе. В последние годы как в стране, так и за рубежом происходит органическое сочетание методов удаления и предотвращения образования воска, а также органическое сочетание восковых дезодорантов на масляной и водной основе для получения смешанных восковых дезодорантов. В этом типе восковых растворителей в качестве масляной фазы используются ароматические углеводороды и смесь ароматических углеводородов, а в качестве водной фазы — эмульгаторы, обладающие восковым эффектом. Если в качестве эмульгатора выбран неионогенный поверхностно-активный агент с соответствующей температурой помутнения, то при температуре ниже зоны отложения воска в нефтяной скважине он может достигать или превышать свою температуру помутнения, вызывая тем самым деэмульгирование воскового растворителя смешанного типа до попадания в зону отложения воска, что приводит к разделению на два типа восковых растворителей, оказывающих восковой эффект одновременно.

3.Поверхностно-активные вещества, используемые в устойчивой глине.

Стабилизация глины включает два аспекта: предотвращение набухания 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 пиридина и соли имидазолина. Для предотвращения миграции частиц глинистых минералов можно использовать фторсодержащие неионогенные катионные поверхностно-активные вещества.

4.Поверхностно-активные вещества, используемые в кислотных растворах.

Для усиления кислотного эффекта обычно необходимо добавлять в кислотный раствор различные присадки. В качестве замедлителя кислотного воздействия можно использовать любое поверхностно-активное вещество, совместимое с кислотным раствором и легко адсорбирующееся пластом. Примерами являются гидрохлориды жирных аминов, четвертичные аммониевые соли и пиридиниевые соли среди катионных поверхностно-активных веществ, а также сульфонированные, карбоксиметилированные, фосфатно-этерифицированные или сульфатно-этерифицированные полиоксиэтиленовые алкилфенольные эфиры среди амфотерных поверхностно-активных веществ. Некоторые поверхностно-активные вещества, такие как додецилсульфоновая кислота и ее алкиламиновые соли, могут эмульгировать кислотный раствор в масле, образуя кислотно-масляную эмульсию, которая при использовании в качестве кислотной рабочей жидкости также выполняет функцию замедлителя.

Некоторые поверхностно-активные вещества могут выступать в качестве деэмульгаторов для подкисляющих жидкостей. Поверхностно-активные вещества с разветвленной структурой, такие как полиоксиэтилен-полиоксипропиленпропиленгликолевый эфир и полиоксиэтилен-полиоксипропиленпентаэтиленгексамин, могут служить в качестве подкисляющих деэмульгаторов.

В качестве добавок для очистки отработанных кислот можно использовать некоторые поверхностно-активные вещества, в том числе аминные соли, четвертичные аммониевые соли, пиридиниевые соли, неионогенные, амфотерные и фторированные поверхностно-активные вещества.

Некоторые поверхностно-активные вещества действуют как ингибиторы подкисления осадка, например, маслорастворимые поверхностно-активные вещества, такие как алкилфенолы, жирные кислоты, алкилбензолсульфоновые кислоты и четвертичные аммониевые соли. Из-за их плохой растворимости в кислоте для их диспергирования в кислотном растворе можно использовать неионогенные поверхностно-активные вещества.

Для усиления кислотного эффекта в кислотный раствор необходимо добавлять модификаторы смачиваемости, чтобы изменить смачиваемость прискважинной зоны с нефтесмачиваемой на водосмачиваемую. Смеси, такие как полиоксиэтилен-полиоксипропиленалкиловый спиртовой эфир и фосфат-этерифицированный полиоксиэтилен-полиоксипропиленалкиловый спиртовой эфир, адсорбируются пластом в качестве первичного адсорбционного слоя, тем самым обеспечивая изменение смачиваемости.

Кроме того, некоторые поверхностно-активные вещества, такие как гидрохлориды жирных аминов, четвертичные аммониевые соли или неионогенные анионные поверхностно-активные вещества, используются в качестве пенообразователей для приготовления пенокислотных рабочих жидкостей, которые позволяют замедлить реакцию, предотвратить коррозию и подкислить глубокие пласты. В качестве альтернативы, такие пены могут использоваться в качестве предварительных прокладок для подкисления: после закачки в пласт закачивается кислотный раствор. Эффект Жамина, создаваемый пузырьками в пене, может отводить кислотный раствор, заставляя его в основном растворять низкопроницаемые слои и тем самым улучшая эффект подкисления.

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

Гидроразрыв пласта часто применяется на нефтяных месторождениях с низкой проницаемостью. Он включает в себя использование давления для разрушения пласта, создания трещин и их удержания с помощью расклинивающих агентов для снижения сопротивления потоку жидкости, что позволяет увеличить добычу и закачку. Некоторые жидкости для гидроразрыва пласта содержат в качестве одного из компонентов поверхностно-активные вещества. Жидкости для гидроразрыва типа «нефть в воде» готовят 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 получить загущенную жидкость для гидроразрыва типа «нефть в воде» (полимерную эмульсию). Этот тип жидкости для гидроразрыва пласта может использоваться при температурах ниже 160°C и способен автоматически деэмульгировать и вытеснять жидкость. Пенные жидкости для гидроразрыва пласта — это жидкости, в которых в качестве дисперсионной среды используется вода, а в качестве дисперсной фазы — газ, основными компонентами которых являются вода, газ и пенообразователи. Алкилсульфонаты, алкилбензолсульфонаты, алкилсульфатные эфиры, четвертичные аммониевые соли и поверхностно-активные вещества типа ОП могут использоваться в качестве пенообразователей. Концентрация пенообразователей в воде обычно составляет 0,5–2%, а отношение объема газовой фазы к объему пены колеблется от 0,5 до 0,9. Жидкости для гидроразрыва пласта на нефтяной основе разрабатываются с использованием нефти в качестве растворителя или дисперсионной среды. Наиболее часто используемыми в полевых условиях маслами являются сырая нефть или ее тяжелые фракции. Для улучшения их вязкостно-температурных характеристик необходимо добавлять маслорастворимые нефтяные сульфонаты (с молекулярной массой 300–750). К жидкостям для гидроразрыва пласта на нефтяной основе также относятся жидкости типа «вода в масле» и жидкости для гидроразрыва пласта с нефтяной пеной. В первом случае в качестве эмульгаторов используются маслорастворимые анионные поверхностно-активные вещества, катионные поверхностно-активные вещества и неионогенные поверхностно-активные вещества, а во втором — фторсодержащие полимерные поверхностно-активные вещества в качестве стабилизаторов пены. Жидкости для гидроразрыва пластов, чувствительных к воде, представляют собой эмульсии или пены, приготовленные с использованием смеси спиртов (например, этиленгликоля) и масел (например, керосина) в качестве дисперсионной среды, жидкого диоксида углерода в качестве дисперсной фазы и сульфатированных полиоксиэтиленовых алкиловых спиртовых эфиров в качестве эмульгаторов или пенообразователей, используемые для гидроразрыва пластов, чувствительных к воде. Жидкости для кислотной обработки трещин служат одновременно и для гидроразрыва, и для кислотной обработки, используемые в карбонатных пластах, где обе меры осуществляются одновременно. К поверхностно-активным веществам относятся кислотные пены и кислотные эмульсии; в первых в качестве пенообразователей используются алкилсульфонаты или алкилбензолсульфонаты, а во вторых — поверхностно-активные вещества сульфонатного типа в качестве эмульгаторов. Подобно кислотным растворам, в растворах для гидроразрыва пласта также используются поверхностно-активные вещества в качестве деэмульгаторов, добавок для очистки и агентов, изменяющих смачиваемость, которые здесь подробно рассматриваться не будут.

6.Поверхностно-активные вещества используются для регулирования профиля и предотвращения образования конденсата.

Для повышения эффективности разработки месторождений методом заводнения и сдерживания темпов роста обводненности нефтяных скважин необходимо корректировать профиль водопоглощения в нагнетательных скважинах и применять методы водозакупорки в добывающих скважинах в качестве методов стимуляции. Некоторые из этих методов контроля профиля и водозакупорки часто используют определенные поверхностно-активные вещества. Гелевый агент для контроля профиля HPC/SDS получают путем смешивания гидроксипропилцеллюлозы (HPC) и додецилсульфата натрия (SDS) в пресной воде. Алкилсульфонат натрия и алкилтриметиламмонийхлорид соответственно растворяют в воде для получения двух рабочих жидкостей, которые последовательно закачиваются в пласт. Две рабочие жидкости встречаются в пласте, образуя осадки алкилсульфита алкилтриметиламина, которые блокируют высокопроницаемые слои. В качестве пенообразователей можно использовать полиоксиэтиленалкилфеноловый эфир, алкиларилсульфонат и др. Их растворяют в воде для получения рабочей жидкости, которая затем попеременно закачивается в пласт с рабочей жидкостью на основе жидкого диоксида углерода. Это приводит к образованию пены в пласте (в основном в высокопроницаемых слоях), вызывая закупорку и обеспечивая эффект контроля профиля. В качестве пенообразователя используется поверхностно-активное вещество на основе четвертичных аммониевых солей, растворенное в золе диоксида кремния, приготовленном из сульфата аммония и жидкого стекла, и закачиваемое в пласт. Затем закачивается неконденсируемый газ (природный газ или хлор), который сначала образует пену с жидкой дисперсионной средой в пласте, а затем золь диоксида кремния гелеобразуется, образуя пену с твердой дисперсионной средой, тем самым блокируя высокопроницаемые слои и обеспечивая контроль профиля. Использование поверхностно-активных веществ сульфонатного типа в качестве пенообразователей и высокомолекулярных соединений в качестве загустителей и пеностабилизаторов, с последующим закачиванием газа или газообразующих веществ, позволяет генерировать пену на водной основе на поверхности или в пласте. В нефтяном слое большое количество поверхностно-активного вещества перемещается к границе раздела нефть-вода, вызывая разрушение пены, поэтому она не блокирует нефтяной слой и является селективным агентом для закупоривания нефтяных скважин водой. Водозакупоривающий агент на масляной основе представляет собой суспензию цемента в масле. Поверхность цемента гидрофильна. При попадании в водоносный слой вода вытесняет масло с поверхности цемента и вступает с ним в реакцию, вызывая затвердевание цемента и блокировку водоносного слоя. Для улучшения текучести этого закупоривающего агента обычно добавляют поверхностно-активные вещества карбоксилатного и сульфонатного типов. Водозакупоривающий агент на основе мицеллярной жидкости представляет собой мицеллярный раствор, состоящий в основном из нефтяного сульфоната аммония, углеводородов, спиртов и т. д. При контакте с высокосоленой водой в пласте он может стать вязким, обеспечивая водозакупоривающий эффект. Водо- или масляные растворы катионных поверхностно-активных веществ, в основном состоящие из алкилкарбоксилатных и алкиламмонийхлоридных поверхностно-активных веществ, применимы только для песчаниковых пластов. Активный закупоривающий агент на основе тяжелой нефти представляет собой тяжелую нефть, растворенную в эмульгаторах типа «вода в масле». При контакте с водой в пласте образуется высоковязкая эмульсия типа «вода в масле», обеспечивающая закупорку скважины водой. Закупоривающий агент типа «масло в воде» получают путем эмульгирования тяжелой нефти в воде с использованием катионных поверхностно-активных веществ в качестве эмульгаторов типа «масло в воде».

7.Поверхностно-активные вещества для мер по борьбе с песком

Перед проведением работ по борьбе с пескизацией необходимо закачать определенное количество активной воды, приготовленной с использованием поверхностно-активных веществ, в качестве предварительной промывочной жидкости для предварительной очистки пласта, чтобы улучшить эффект борьбы с пескизацией. В настоящее время большинство широко используемых поверхностно-активных веществ являются анионными.

8.Поверхностно-активные вещества для обезвоживания сырой нефти

На этапах первичной и вторичной нефтедобычи для добываемой нефти в основном используются деэмульгаторы типа «вода в масле». Разработаны три поколения таких продуктов. Первое поколение включает карбоксилаты, сульфаты и сульфонаты. Второе поколение состоит из низкомолекулярных неионогенных поверхностно-активных веществ, таких как OP, Pegosperse и сульфированное касторовое масло. Третье поколение — это высокомолекулярные неионогенные поверхностно-активные вещества. На поздних этапах вторичной и третичной нефтедобычи добываемая нефть в основном существует в виде эмульсий типа «масло в воде». Используются четыре типа деэмульгаторов, такие как тетрадецилтриметиламмонийхлорид и дидецилдиметиламмонийхлорид. Они могут реагировать с анионными эмульгаторами, изменяя их гидрофильно-липофильный баланс, или адсорбироваться на поверхности водосмачиваемых частиц глины, изменяя их смачиваемость и разрушая эмульсию типа «масло в воде». Кроме того, некоторые анионные поверхностно-активные вещества, способные выступать в качестве эмульгаторов типа «вода в масле», а также маслорастворимые неионогенные поверхностно-активные вещества могут также использоваться в качестве деэмульгаторов для эмульсий типа «масло в воде».

9.Поверхностно-активные вещества для очистки воды

После отделения сырой нефти от добываемой жидкости нефтяной скважины, добываемая вода должна быть обработана для соответствия требованиям для закачки обратно в скважину. Цели водоподготовки включают шесть аспектов: ингибирование коррозии, предотвращение образования накипи, стерилизация, деоксигенация, удаление нефти и удаление взвешенных твердых частиц. Поэтому используются ингибиторы коррозии, ингибиторы образования накипи, бактерициды, деоксиданты, средства для удаления нефти, флокулянты и т. д. В качестве промышленных поверхностно-активных веществ используются следующие:

К промышленным поверхностно-активным веществам, используемым в качестве ингибиторов коррозии, относятся соли алкилсульфоновых кислот, алкилбензолсульфоновых кислот, перфторалкилсульфоновых кислот, соли прямоцепочечных алкиламинов, четвертичные аммониевые соли, алкилпиридиниевые соли, соли имидазолинов и их производных, полиоксиэтиленовые алкиловые спиртовые эфиры, полиоксиэтиленовые диалкилпропинолы, полиоксиэтиленовые канифольные амины, полиоксиэтиленовые стеариламины, полиоксиэтиленовые алкиловые спиртовые эфиры алкилсульфонаты, различные четвертичные аминосоли и внутренние соли бис(полиоксиэтилен)алкилов и их производных. К поверхностно-активным веществам, используемым в качестве ингибиторов образования накипи, относятся фосфатные эфиры, сульфатные эфиры, ацетаты, карбоксилаты и их полиоксиэтиленовые соединения. Термическая стабильность сульфонатных эфиров и карбоксилатов значительно выше, чем у фосфатных эфиров и сульфатных эфиров. К промышленным поверхностно-активным веществам, используемым в качестве бактерицидов, относятся соли алкиламинов с прямой цепью, соли четвертичных аммониевых соединений, соли алкилпиридиниевых соединений, соли имидазолинов и их производных, различные внутренние соли четвертичных аммониевых соединений, а также внутренние соли бис(полиоксиэтилен)алкилов и их производных. Промышленные поверхностно-активные вещества, используемые в качестве средств для удаления масла, в основном имеют разветвленную структуру и содержат дитиокарбоксилатные группы натрия.

10.Поверхностно-активные вещества для химического заводнения при нефтедобыче

Первичная и вторичная нефтедобыча позволяют извлечь 25–50% подземной нефти, при этом значительная часть нефти остается под землей и не подлежит извлечению. Третичная нефтедобыча может повысить эффективность извлечения нефти. В основном для третичной нефтедобычи используются методы химического заводнения, то есть добавление в закачиваемую воду химических веществ для повышения эффективности заводнения. Среди используемых химических веществ есть и промышленные поверхностно-активные вещества, условия их применения кратко описаны ниже: Метод химического заводнения с использованием поверхностно-активных веществ в качестве основного агента называется заводнением с применением поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активные вещества в основном играют роль в повышении нефтеизвлечения за счет снижения поверхностного натяжения на границе раздела нефть-вода и увеличения капиллярного числа. 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 использованием сульфирующих агентов (таких как триоксид серы) с последующей нейтрализацией щелочью. Состав: активный ингредиент 50% – 80%, минеральное масло 5% – 30%, вода 2% – 20%, сульфат натрия 1% – 6%. Сульфонаты нефти устойчивы к высоким температурам, но не к солям и высокозарядным ионам металлов. Синтетические сульфонаты получают из соответствующих углеводородов с использованием соответствующих методов синтеза. Среди них α-олефиновые сульфонаты особенно устойчивы к солям и высокозарядным ионам металлов. Кроме того, для нефтепромысла могут использоваться некоторые анионные-неионогенные поверхностно-активные вещества и карбоксилатные поверхностно-активные вещества. Для нефтепромысла с использованием поверхностно-активных веществ требуются два типа добавок: со-поверхностно-активные вещества, такие как изобутанол, диэтиленгликольбутиловый эфир, мочевина, сульфолан, алкенилбензолсульфонаты и др.; электролиты, включая кислоты, щелочи и соли, в основном соли. Они могут снижать гидрофильность поверхностно-активных веществ, относительно повышать липофильность, а также действовать за счет изменения значения гидрофильно-липофильного баланса поверхностно-активных веществ. Для уменьшения потерь поверхностно-активных веществ и повышения экономической эффективности при заводнении поверхностно-активными веществами также используются химические вещества, называемые жертвенными агентами. В качестве жертвенных агентов могут использоваться щелочные вещества, поликарбоновые кислоты и их соли, олигомеры и полимеры, а также лигносульфонаты и их модифицированные продукты. Метод заводнения, использующий два или более основных агента для химического заводнения, называется комбинированным заводнением. К таким методам заводнения, связанным с поверхностно-активными веществами, относятся: поверхностно-активное вещество + полимер для заводнения с использованием загущенных поверхностно-активных веществ; щелочь + поверхностно-активное вещество для заводнения с использованием щелочи и поверхностно-активных веществ или щелочи с использованием поверхностно-активных веществ; щелочь + поверхностно-активное вещество + полимер для тройного комбинированного заводнения. Комбинированное заводнение обычно обеспечивает более высокую нефтеотдачу, чем заводнение с использованием одного агента. Согласно анализу современных тенденций развития в стране и за рубежом, тройное комбинированное заводнение обладает большими преимуществами, чем бинарное комбинированное заводнение. В качестве поверхностно-активных веществ при тройном комбинированном заводнении в основном используются нефтяные сульфонаты, которые обычно смешиваются с серной кислотой, фосфорной кислотой и карбоксилатами полиоксиэтиленалкилового спирта, полиоксиэтиленалкилового спирта натрия, алкилсульфоната натрия и др., для повышения их солестойкости. В последнее время как в стране, так и за рубежом уделяется большое внимание исследованиям и использованию биоповерхностно-активных веществ, таких как рамнолипиды, ферментационные среды софоролипидов, а также природные смешанные карбоксилаты и щелочной лигнин, побочный продукт бумажного производства и др., которые показали хорошие результаты по заводнению в полевых и лабораторных испытаниях.