การประยุกต์ใช้สารลดแรงตึงผิวในการผลิตน้ำมัน

การประยุกต์ใช้สารลดแรงตึงผิวในการผลิตแหล่งน้ำมัน

1. สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในการขุดน้ำมันหนัก

เนื่องจากน้ำมันหนักมีความหนืดสูงและการไหลตัวต่ำ ทำให้การทำเหมืองมีความยากลำบากมากมาย ในการสกัดน้ำมันหนักเหล่านี้ บางครั้งจำเป็นต้องฉีดสารละลายสารลดแรงตึงผิวลงในหลุมเจาะเพื่อเปลี่ยนน้ำมันหนักที่มีความหนืดสูงให้เป็นอิมัลชันน้ำมันในน้ำที่มีความหนืดต่ำและสกัดขึ้นสู่ผิวดิน สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในกระบวนการอิมัลชันและลดความหนืดของน้ำมันหนักนี้ ได้แก่ โซเดียมอัลคิลซัลโฟเนต, โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์, โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลฟีนอลอีเทอร์, โพลีออกซีเอทิลีนโพลีออกซีโพรพิลีนโพลีอีนโพลีเอมีน, โพลีออกซีเอทิลีนไวนิลอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ซัลเฟตโซเดียมซอลต์ เป็นต้น อิมัลชันน้ำมันในน้ำที่ผลิตขึ้นจำเป็นต้องแยกน้ำออก และใช้สารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมบางชนิดเป็นสารลดแรงตึงผิวสำหรับการกำจัดน้ำ สารลดแรงตึงผิวเหล่านี้คืออิมัลชันน้ำในน้ำมัน สารลดแรงตึงผิวที่มีประจุบวกหรือกรดแนฟเทนิก กรดแอสฟัลโทนิก และเกลือโลหะหลายค่าที่ใช้กันทั่วไป

หน่วยสูบแบบเดิมไม่สามารถขุดน้ำมันหนักชนิดพิเศษได้ และจำเป็นต้องใช้การฉีดไอน้ำเพื่อกู้คืนความร้อน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการกู้คืนความร้อน จึงจำเป็นต้องใช้สารลดแรงตึงผิว การฉีดโฟมเข้าไปในหลุมฉีดไอน้ำ ซึ่งก็คือการฉีดสารก่อฟองที่ทนอุณหภูมิสูงและก๊าซที่ไม่ควบแน่น เป็นหนึ่งในวิธีการปรับเปลี่ยนที่ใช้กันทั่วไป

สารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ อัลคิลเบนซีนซัลโฟเนต, อัลฟา-โอเลฟินซัลโฟเนต, ปิโตรเลียมซัลโฟเนต, โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ที่ถูกซัลโฟไฮโดรคาร์บิเลต และโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลฟีนอลอีเทอร์ที่ถูกซัลโฟไฮโดรคาร์บิเลต เป็นต้น เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวฟลูออรีนมีฤทธิ์พื้นผิวสูงและมีความเสถียรต่อกรด ด่าง ออกซิเจน ความร้อน และน้ำมัน จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้เป็นสารลดแรงตึงผิวที่อุณหภูมิสูง เพื่อให้น้ำมันที่กระจายตัวผ่านโครงสร้างรูพรุนของชั้นหินได้ง่าย หรือเพื่อให้น้ำมันบนพื้นผิวของชั้นหินถูกขับออกได้ง่าย จึงจำเป็นต้องใช้สารลดแรงตึงผิวที่เรียกว่าสารกระจายฟิล์ม สารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันทั่วไปคือสารลดแรงตึงผิวเรซินโพลีเมอร์ที่ถูกออกซีอัลคิลเลต

1. สารลดแรงตึงผิวสำหรับการขุดน้ำมันดิบขี้ผึ้ง

การใช้ประโยชน์จากน้ำมันดิบที่เป็นขี้ผึ้งจำเป็นต้องมีการป้องกันและกำจัดขี้ผึ้งบ่อยครั้ง สารลดแรงตึงผิวทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้งและกำจัดขี้ผึ้ง มีสารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมันและสารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำซึ่งใช้สำหรับป้องกันขี้ผึ้ง สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมันมีบทบาทป้องกันขี้ผึ้งโดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของพื้นผิวผลึกขี้ผึ้ง สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมันที่นิยมใช้คือปิโตรเลียมซัลโฟเนตและสารลดแรงตึงผิวเอมีน สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมีบทบาทป้องกันขี้ผึ้งโดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของพื้นผิวที่เกิดขี้ผึ้ง (เช่น ท่อน้ำมัน แท่งดูด และพื้นผิวอุปกรณ์) สารลดแรงตึงผิวที่มีอยู่ ได้แก่ โซเดียมอัลคิลซัลโฟเนต เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี แอลเคนโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์และเกลือโซเดียมซัลโฟเนต เป็นต้น สารลดแรงตึงผิวที่ใช้สำหรับกำจัดขี้ผึ้งยังแบ่งออกเป็นสองประเภท สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมันใช้สำหรับน้ำยาขจัดคราบขี้ผึ้งที่มีส่วนประกอบของน้ำมัน และสารลดแรงตึงผิวชนิดซัลโฟเนตที่ละลายน้ำได้ ชนิดเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี ชนิดโพลีเอเธอร์ ชนิดทวีน ชนิด OP สารลดแรงตึงผิวชนิดแบนที่มีส่วนประกอบของซัลเฟตหรือซัลโฟอัลคิลเลต และชนิด OPสารลดแรงตึงผิวมีการใช้ในน้ำยาขจัดคราบขี้ผึ้งชนิดน้ำ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา น้ำยาขจัดคราบขี้ผึ้งทั้งในประเทศและต่างประเทศได้ผสมผสานกันอย่างเป็นธรรมชาติ และน้ำยาขจัดคราบขี้ผึ้งชนิดน้ำมันและน้ำยาขจัดคราบขี้ผึ้งชนิดน้ำก็ได้ผสมผสานกันอย่างเป็นธรรมชาติเพื่อผลิตน้ำยาขจัดคราบขี้ผึ้งแบบไฮบริด น้ำยาขจัดคราบขี้ผึ้งนี้ใช้ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกและไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกผสมเป็นเฟสน้ำมัน และใช้อิมัลซิไฟเออร์ที่มีฤทธิ์ขจัดคราบขี้ผึ้งเป็นเฟสน้ำ เมื่ออิมัลซิไฟเออร์ที่เลือกเป็นสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุที่มีจุดขุ่นที่เหมาะสม อุณหภูมิใต้ส่วนเคลือบแว็กซ์ของบ่อน้ำมันจะสูงถึงหรือสูงกว่าจุดขุ่น ทำให้น้ำยาขจัดคราบขี้ผึ้งผสมสามารถสลายอิมัลซิไฟเออร์ก่อนที่จะเข้าสู่ส่วนขึ้นรูปแว็กซ์ และสารขจัดคราบขี้ผึ้งสองชนิดจะถูกแยกออกจากกัน ซึ่งทำหน้าที่ขจัดคราบขี้ผึ้งพร้อมกัน

3. สารลดแรงตึงผิวใช้เพื่อทำให้ดินเหนียวคงตัว

ดินเหนียวที่คงตัวแบ่งออกเป็นสองส่วน คือ การป้องกันการขยายตัวของแร่ดินเหนียว และการป้องกันการเคลื่อนตัวของอนุภาคแร่ดินเหนียว สารลดแรงตึงผิวประจุบวก เช่น ชนิดเกลือเอมีน ชนิดเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี ชนิดเกลือไพริดิเนียม และเกลืออิมิดาโซลีน สามารถนำมาใช้เพื่อป้องกันการบวมของดินเหนียวได้ นอกจากนี้ยังมีสารลดแรงตึงผิวประจุบวกแบบไม่มีประจุที่มีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบ เพื่อป้องกันการเคลื่อนที่ของอนุภาคแร่ดินเหนียว

4. สารลดแรงตึงผิวใช้ในการวัดความเป็นกรด

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำให้เป็นกรด โดยทั่วไปจะมีการเติมสารเติมแต่งหลายชนิดลงในสารละลายกรด สารลดแรงตึงผิวใดๆ ที่เข้ากันได้กับสารละลายกรดและถูกดูดซับได้ง่ายจากสารก่อกลายพันธุ์สามารถใช้เป็นสารหน่วงการเกิดกรดได้ เช่น แฟตตีเอมีนไฮโดรคลอไรด์ เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม เกลือไพริดีนในสารลดแรงตึงผิวประจุบวก และพอลิออกซีเอทิลีนอัลเคนชนิดซัลโฟเนต คาร์บอกซีเมทิลเลเต็ด ฟอสเฟตเอสเทอร์ หรือซัลเฟตเอสเทอร์ เกลือในสารลดแรงตึงผิวแอมโฟเทอริกเบสฟีนอลอีเทอร์ เป็นต้น สารลดแรงตึงผิวบางชนิด เช่น กรดโดเดซิลซัลโฟนิกและเกลืออัลคิลเอมีนของกรดโดเดซิลซัลโฟนิก สามารถทำให้ของเหลวกรดในน้ำมันเป็นอิมัลชันอิมัลชันกรดในน้ำมัน อิมัลชันนี้สามารถใช้เป็นของเหลวอุตสาหกรรมที่เป็นกรดและยังมีบทบาทในการหน่วงการเกิดกรดได้อีกด้วย

สารลดแรงตึงผิวบางชนิดสามารถใช้เป็นสารต้านอิมัลซิไฟเออร์สำหรับของเหลวที่เป็นกรด สารลดแรงตึงผิวที่มีโครงสร้างแบบกิ่ง เช่น โพลีออกซีเอทิลีน โพลีออกซีโพรพิลีน โพรพิลีน ไกลคอล อีเทอร์ และ โพลีออกซีเอทิลีน โพลีออกซีโพรพิลีน เพนตาเอทิลีน เฮกซามีน สามารถใช้เป็นสารต้านอิมัลซิไฟเออร์ที่เป็นกรดได้

สารลดแรงตึงผิวบางชนิดสามารถใช้เป็นสารช่วยระบายกรดได้ สารลดแรงตึงผิวที่สามารถใช้เป็นสารช่วยระบายกรดได้ ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวชนิดเกลือเอมีน สารลดแรงตึงผิวชนิดเกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม สารลดแรงตึงผิวชนิดเกลือไพริดิเนียม สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุ สารลดแรงตึงผิวชนิดแอมโฟเทอริก และสารลดแรงตึงผิวชนิดฟลูออรีน

สารลดแรงตึงผิวบางชนิดสามารถใช้เป็นสารป้องกันตะกอนที่เป็นกรด เช่น สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมัน เช่น อัลคิลฟีนอล กรดไขมัน กรดอัลคิลเบนซีนซัลโฟนิก เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี เป็นต้น เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุไอออนเหล่านี้มีความสามารถในการละลายกรดได้ต่ำ จึงสามารถใช้สารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุไอออนเพื่อกระจายตัวในสารละลายกรดได้

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำให้เป็นกรด จำเป็นต้องเติมสารย้อนกลับการเปียกลงในสารละลายกรดเพื่อย้อนกลับความสามารถในการเปียกของบริเวณใกล้หลุมเจาะจากลิโพฟิลิกเป็นไฮโดรฟิลิก ส่วนผสมของพอลิออกซีเอทิลีนพอลิออกซีโพรพิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์และพอลิออกซีเอทิลีนพอลิออกซีโพรพิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ที่เติมเกลือฟอสเฟตจะถูกดูดซับโดยชั้นหินเพื่อสร้างชั้นการดูดซับที่สาม ซึ่งมีบทบาทในการทำให้เปียกและย้อนกลับ

นอกจากนี้ ยังมีสารลดแรงตึงผิวบางชนิด เช่น แฟตตีเอมีนไฮโดรคลอไรด์ เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม หรือสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุ-ประจุลบ ซึ่งใช้เป็นสารก่อฟองเพื่อผลิตสารลดแรงตึงผิวชนิดกรดโฟม เพื่อชะลอการกัดกร่อนและการเกิดกรดในระดับลึก หรือโฟมจะถูกผลิตขึ้นจากสารเหล่านี้และใช้เป็นสารเตรียมสำหรับการสร้างกรด หลังจากฉีดเข้าไปในชั้นหินแล้ว สารละลายกรดจะถูกฉีดเข้าไป ปรากฏการณ์จามินที่เกิดจากฟองอากาศในโฟมสามารถเบี่ยงเบนของเหลวกรด บังคับให้ของเหลวกรดละลายชั้นที่มีค่าการซึมผ่านต่ำเป็นหลัก จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเกิดกรด

5. สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในการวัดการแตกหัก

มาตรการการแตกหักมักใช้ในแหล่งน้ำมันที่มีค่าการซึมผ่านต่ำ มาตรการนี้ใช้แรงดันเพื่อเปิดชั้นหินให้เกิดรอยแตก และใช้วัสดุค้ำยันเพื่อรองรับรอยแตกเพื่อลดความต้านทานการไหลของของไหล และบรรลุวัตถุประสงค์ในการเพิ่มผลผลิตและการบำรุงรักษา ของเหลวสำหรับการแตกหักบางชนิดมีสารลดแรงตึงผิวเป็นส่วนผสมหนึ่ง

น้ำยาแตกร้าวแบบน้ำมันในน้ำ (Oil-in-water fracturing fluids) ประกอบด้วยน้ำ น้ำมัน และอิมัลซิไฟเออร์ น้ำยาที่ใช้ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวแบบไอออนิก ไอออนิก และแอมโฟเทอริก หากใช้น้ำที่ข้นขึ้นเป็นเฟสภายนอก และใช้น้ำมันเป็นเฟสภายใน ก็สามารถเตรียมน้ำยาแตกร้าวแบบน้ำมันในน้ำข้นขึ้น (อิมัลชันโพลิเมอร์) ได้ น้ำยาแตกร้าวชนิดนี้สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 160°C และสามารถสลายอิมัลชันและระบายของเหลวออกได้โดยอัตโนมัติ

น้ำยาโฟมสำหรับแตกหัก (Foam Fracturing Fluid) คือน้ำยาที่ใช้น้ำเป็นตัวกลางในการกระจายตัวและก๊าซเป็นเฟสกระจายตัว ส่วนประกอบหลัก ได้แก่ น้ำ ก๊าซ และสารก่อฟอง แอลคิลซัลโฟเนต อัลคิลเบนซีนซัลโฟเนต เกลือเอสเทอร์อัลคิลซัลเฟต เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี และสารลดแรงตึงผิว OP ล้วนสามารถใช้เป็นสารก่อฟองได้ โดยทั่วไปความเข้มข้นของสารก่อฟองในน้ำจะอยู่ที่ 0.5-2% และอัตราส่วนปริมาตรของเฟสก๊าซต่อปริมาตรโฟมจะอยู่ในช่วง 0.5-0.9

น้ำยาแตกหินแบบน้ำมัน (Oil-based fracturing fluid) คือน้ำยาแตกหินที่ผสมสูตรน้ำมันเป็นตัวทำละลายหรือตัวกลางในการกระจายตัว น้ำมันที่นิยมใช้กันมากที่สุดในพื้นที่คือน้ำมันดิบหรือน้ำมันหนัก เพื่อปรับปรุงความหนืดและคุณสมบัติทางอุณหภูมิ จำเป็นต้องเติมปิโตรเลียมซัลโฟเนตที่ละลายในน้ำมัน (น้ำหนักโมเลกุล 300-750) น้ำยาแตกหินแบบน้ำมันยังประกอบด้วยน้ำยาแตกหินแบบน้ำในน้ำมันและน้ำยาแตกหินแบบโฟมน้ำมัน อิมัลซิไฟเออร์ที่ใช้ในน้ำยาแตกหินแบบแรก ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวประจุลบที่ละลายในน้ำมัน สารลดแรงตึงผิวประจุบวก และสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ ในขณะที่สารคงตัวที่เป็นโฟมที่ใช้ในน้ำยาแตกหินแบบหลัง ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวพอลิเมอร์ที่มีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบ

ของเหลวสำหรับแตกหักแบบไวต่อน้ำใช้ส่วนผสมของแอลกอฮอล์ (เช่น เอทิลีนไกลคอล) และน้ำมัน (เช่น น้ำมันก๊าด) เป็นตัวกลางในการกระจายตัว คาร์บอนไดออกไซด์เหลวเป็นเฟสที่กระจายตัว และพอลิออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ที่เติมเกลือซัลเฟตเป็นอิมัลซิไฟเออร์ หรืออิมัลชันหรือโฟมที่ผสมสูตรด้วยสารก่อฟองเพื่อแตกหักแบบไวต่อน้ำ

ของเหลวสำหรับแตกหักที่ใช้สำหรับการแตกหักและการทำให้เป็นกรดนั้นเป็นทั้งของเหลวสำหรับแตกหักและของเหลวสำหรับทำให้เป็นกรด ของเหลวนี้ใช้ในชั้นคาร์บอเนต และดำเนินการทั้งสองวิธีพร้อมกัน สารลดแรงตึงผิวที่เกี่ยวข้องกับสารลดแรงตึงผิว ได้แก่ โฟมกรดและอิมัลชันกรด โดยชนิดแรกใช้อัลคิลซัลโฟเนตหรืออัลคิลเบนซีนซัลโฟเนตเป็นสารก่อฟอง และชนิดที่สองใช้สารลดแรงตึงผิวซัลโฟเนตเป็นอิมัลซิไฟเออร์ เช่นเดียวกับของเหลวสำหรับทำให้เป็นกรด ของเหลวสำหรับแตกหักยังใช้สารลดแรงตึงผิวเป็นสารต้านอิมัลซิไฟเออร์ สารช่วยระบายน้ำ และสารย้อนกลับการเปียก ซึ่งจะไม่กล่าวถึงในที่นี้

6. ใช้สารลดแรงตึงผิวเพื่อควบคุมโปรไฟล์และป้องกันการอุดตันของน้ำ

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการพัฒนาของการฉีดน้ำและยับยั้งอัตราการเพิ่มขึ้นของปริมาณน้ำในน้ำมันดิบ จำเป็นต้องปรับโปรไฟล์การดูดซึมน้ำในบ่อฉีดน้ำและเพิ่มผลผลิตโดยการปิดกั้นน้ำในบ่อผลิต วิธีการควบคุมโปรไฟล์และการปิดกั้นน้ำบางวิธีมักใช้สารลดแรงตึงผิวบางชนิด

สารควบคุมโปรไฟล์เจล HPC/SDS ประกอบด้วยไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลส (HPC) และโซเดียมโดเดซิลซัลเฟต (SDS) ในน้ำจืด

โซเดียมอัลคิลซัลโฟเนตและอัลคิลไตรเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์จะถูกละลายในน้ำตามลำดับเพื่อเตรียมสารทำงานสองชนิด ซึ่งจะถูกฉีดเข้าไปในชั้นหินทีละชนิด สารทำงานทั้งสองชนิดนี้จะทำปฏิกิริยากันในชั้นหินเพื่อผลิตอัลคิลไตรเมทิลามีน ซัลไฟต์จะตกตะกอนและปิดกั้นชั้นที่มีค่าการซึมผ่านสูง

โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลฟีนอลอีเทอร์ อัลคิลอาริลซัลโฟเนต ฯลฯ สามารถใช้เป็นสารก่อฟอง ละลายในน้ำเพื่อเตรียมสารทำงาน จากนั้นฉีดสลับกับสารทำงานคาร์บอนไดออกไซด์เหลวเข้าไปในชั้นหิน โดยในชั้นหิน (ส่วนใหญ่เป็นชั้นที่มีความสามารถในการซึมผ่านได้สูง) จะเกิดฟอง ก่อให้เกิดการอุดตัน และมีบทบาทในการควบคุมโปรไฟล์

การใช้สารลดแรงตึงผิวควอเทอร์นารีแอมโมเนียมเป็นสารก่อฟอง ละลายในสารละลายกรดซิลิซิกที่ประกอบด้วยแอมโมเนียมซัลเฟตและแก้วน้ำ แล้วฉีดเข้าไปในชั้นหิน จากนั้นจึงฉีดก๊าซที่ไม่ควบแน่น (ก๊าซธรรมชาติหรือคลอรีน) เพื่อสร้างชั้นหินที่มีสถานะเป็นของเหลวก่อน โฟมในชั้นกระจายตัว ตามด้วยการเกิดเจลของสารละลายกรดซิลิซิก จะทำให้เกิดโฟมที่มีของแข็งเป็นตัวกลางกระจายตัว ซึ่งทำหน้าที่อุดชั้นที่มีค่าการซึมผ่านสูงและควบคุมลักษณะภายนอก

การใช้สารลดแรงตึงผิวซัลโฟเนตเป็นสารก่อฟองและสารประกอบพอลิเมอร์เป็นสารเพิ่มความคงตัวของโฟม แล้วฉีดก๊าซหรือสารก่อก๊าซเข้าไป โฟมที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบจะถูกสร้างขึ้นบนพื้นดินหรือในชั้นหิน โฟมชนิดนี้มีฤทธิ์กัดกร่อนพื้นผิวในชั้นน้ำมัน สารลดแรงตึงผิวจำนวนมากจะเคลื่อนตัวไปยังรอยต่อระหว่างน้ำมันและน้ำ ทำให้เกิดการทำลายโฟม จึงไม่ไปอุดตันชั้นน้ำมัน สารลดแรงตึงผิวซัลโฟเนตเป็นสารยับยั้งน้ำในบ่อน้ำมันแบบจำเพาะเจาะจง

สารกั้นน้ำซีเมนต์ชนิดน้ำมัน คือ สารแขวนลอยของซีเมนต์ในน้ำมัน พื้นผิวของซีเมนต์มีคุณสมบัติชอบน้ำ เมื่อซีเมนต์เข้าสู่ชั้นผลิตน้ำ น้ำจะเข้าไปแทนที่ปฏิกิริยาระหว่างบ่อน้ำมันและซีเมนต์บนพื้นผิวของซีเมนต์ ทำให้ซีเมนต์แข็งตัวและปิดกั้นชั้นผลิตน้ำ เพื่อปรับปรุงความลื่นไหลของสารอุดรอยรั่วนี้ มักจะเติมสารลดแรงตึงผิวคาร์บอกซิเลตและซัลโฟเนต

สารป้องกันน้ำชนิดไมเซลลาร์ละลายน้ำได้ในน้ำ เป็นสารละลายไมเซลลาร์ที่ประกอบด้วยปิโตรเลียมแอมโมเนียมซัลโฟเนต ไฮโดรคาร์บอน และแอลกอฮอล์เป็นหลัก สารนี้ประกอบด้วยน้ำเกลือปริมาณสูงในชั้นเคลือบ และจะมีความหนืดเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพในการป้องกันน้ำ

สารละลายสารลดแรงตึงผิวประจุบวกชนิดน้ำหรือชนิดน้ำมันเป็นสารปิดกั้นน้ำที่มีส่วนประกอบหลักเป็นอัลคิลคาร์บอกซิเลตและอัลคิลแอมโมเนียมคลอไรด์เป็นสารออกฤทธิ์ และเหมาะสำหรับชั้นหินทรายเท่านั้น

สารปิดกั้นน้ำสำหรับน้ำมันหนักชนิดแอคทีฟ คือ น้ำมันหนักชนิดหนึ่งที่ละลายด้วยอิมัลซิไฟเออร์ชนิดน้ำในน้ำมัน สารนี้จะผลิตอิมัลชันชนิดน้ำในน้ำมันที่มีความหนืดสูงหลังจากผ่านกระบวนการขจัดน้ำออกจากชั้นหิน เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการปิดกั้นน้ำ

สารป้องกันน้ำแบบน้ำมันในน้ำเตรียมได้โดยการทำให้น้ำมันหนักในน้ำเป็นอิมัลชันโดยใช้สารลดแรงตึงผิวที่มีประจุบวกเป็นอิมัลซิไฟเออร์แบบน้ำมันในน้ำ

7. ใช้สารลดแรงตึงผิวเพื่อควบคุมทราย

ก่อนการดำเนินการควบคุมทราย จำเป็นต้องฉีดน้ำกระตุ้นจำนวนหนึ่งที่เตรียมด้วยสารลดแรงตึงผิวเป็นของเหลวเบื้องต้นเพื่อทำความสะอาดชั้นหินเบื้องต้น เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการควบคุมทราย ปัจจุบัน สารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันมากที่สุดคือสารลดแรงตึงผิวแบบแอนไอออนิก

8. สารลดแรงตึงผิวสำหรับการขจัดน้ำออกจากน้ำมันดิบ

ในขั้นตอนการกู้คืนน้ำมันขั้นต้นและขั้นที่สอง มักใช้สารลดแรงตึงผิวแบบน้ำในน้ำมันสำหรับน้ำมันดิบที่สกัดได้ ผลิตภัณฑ์ได้รับการพัฒนามาแล้วสามรุ่น รุ่นแรกคือ คาร์บอกซิเลต ซัลเฟต และซัลโฟเนต รุ่นที่สองคือสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุโมเลกุลต่ำ เช่น OP, Pingpingjia และน้ำมันละหุ่งซัลโฟเนต รุ่นที่สามคือสารลดแรงตึงผิวแบบพอลิเมอร์แบบไม่มีประจุ

ในระยะหลังของกระบวนการสกัดน้ำมันขั้นที่สองและขั้นที่สาม น้ำมันดิบที่ผลิตได้ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของอิมัลชันน้ำมันในน้ำ มีสารลดแรงตึงผิวที่ใช้อยู่ 4 ชนิด ได้แก่ เตตราเดซิลไตรเมทิลออกซีแอมโมเนียมคลอไรด์และไดเดซิลไดเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ สารเหล่านี้สามารถทำปฏิกิริยากับอิมัลชันประจุลบเพื่อเปลี่ยนค่าสมดุลของน้ำมันที่ชอบน้ำ หรือถูกดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคดินเหนียวที่เปียกน้ำ ทำให้ความสามารถในการเปียกเปลี่ยนแปลงไปและทำลายอิมัลชันน้ำมันในน้ำ นอกจากนี้ สารลดแรงตึงผิวประจุลบและสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุที่ละลายในน้ำมันบางชนิด ซึ่งสามารถใช้เป็นอิมัลชันน้ำในน้ำมัน ก็สามารถใช้เป็นสารลดแรงตึงผิวสำหรับอิมัลชันน้ำมันในน้ำได้เช่นกัน

1. สารลดแรงตึงผิวสำหรับการบำบัดน้ำ

หลังจากแยกของเหลวจากบ่อน้ำมันออกจากน้ำมันดิบแล้ว น้ำที่ผลิตได้จะต้องผ่านการบำบัดเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดในการฉีดกลับ การบำบัดน้ำมีวัตถุประสงค์ 6 ประการ ได้แก่ การยับยั้งการกัดกร่อน การป้องกันตะกรัน การฆ่าเชื้อ การกำจัดออกซิเจน การกำจัดน้ำมัน และการกำจัดของแข็งแขวนลอย ดังนั้น จึงจำเป็นต้องใช้สารยับยั้งการกัดกร่อน สารป้องกันตะกรัน สารฆ่าเชื้อแบคทีเรีย สารกำจัดออกซิเจน สารขจัดคราบไขมัน และสารตกตะกอน เป็นต้น สารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมประกอบด้วยสารลดแรงตึงผิว ดังนี้

สารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมที่ใช้เป็นสารยับยั้งการกัดกร่อน ได้แก่ เกลือของกรดอัลคิลซัลโฟนิก กรดอัลคิลเบนซีนซัลโฟนิก กรดเพอร์ฟลูออโรอัลคิลซัลโฟนิก เกลืออัลคิลเอมีนเชิงเส้น เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี และเกลืออัลคิลไพริดีน เกลือของอิมีดาโซลีนและอนุพันธ์ โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ โพลีออกซีเอทิลีนไดอัลคิลโพรพาร์กิลแอลกอฮอล์ โพลีออกซีเอทิลีนโรซินเอมีน โพลีออกซีเอทิลีนสเตียริลามีน และโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ อัลคิลซัลโฟเนต เกลือภายในของแอมโมเนียมควอเทอร์นารีต่างๆ เกลือภายในของได(โพลีออกซีเอทิลีน)อัลคิลและอนุพันธ์ของเกลือเหล่านี้

สารลดแรงตึงผิวที่ใช้เป็นสารป้องกันการเกาะติด ได้แก่ เกลือฟอสเฟตเอสเทอร์ เกลือซัลเฟตเอสเทอร์ อะซิเตต คาร์บอกซิเลต และสารประกอบโพลีออกซีเอทิลีน เกลือซัลโฟเนตเอสเทอร์และเกลือคาร์บอกซิเลตมีเสถียรภาพทางความร้อนดีกว่าเกลือฟอสเฟตเอสเทอร์และเกลือซัลเฟตเอสเทอร์อย่างมีนัยสำคัญ

สารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมที่ใช้ในสารป้องกันเชื้อรา ได้แก่ เกลืออัลคิลามีนเชิงเส้น เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี เกลืออัลคิลไพริดิเนียม เกลือของอิมีดาโซลีนและอนุพันธ์ เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีต่างๆ อัลคิลได(โพลีออกซี) ไวนิล และเกลือภายในของอนุพันธ์

สารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมที่ใช้ในน้ำยาขจัดไขมันส่วนใหญ่เป็นสารลดแรงตึงผิวที่มีโครงสร้างแบบกิ่งก้านและกลุ่มโซเดียมไดไธโอคาร์บอกซิเลต

10. สารลดแรงตึงผิวสำหรับน้ำท่วมน้ำมันเคมี

การกู้คืนน้ำมันขั้นต้นและขั้นที่สองสามารถกู้คืนน้ำมันดิบใต้ดินได้ 25%-50% แต่ยังคงมีน้ำมันดิบจำนวนมากที่ยังคงหลงเหลืออยู่ใต้ดินและไม่สามารถกู้คืนได้ การกู้คืนน้ำมันขั้นที่สามสามารถปรับปรุงการกู้คืนน้ำมันดิบได้ การกู้คืนน้ำมันขั้นที่สามส่วนใหญ่ใช้วิธีฉีดน้ำเคมี นั่นคือการเติมสารเคมีบางชนิดลงในน้ำที่ฉีดเข้าไปเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการฉีดน้ำเคมี ในบรรดาสารเคมีที่ใช้ มีสารเคมีบางชนิดเป็นสารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรม บทนำโดยย่อมีดังนี้:

วิธีการท่วมน้ำมันด้วยสารเคมีโดยใช้สารลดแรงตึงผิวเป็นสารหลัก เรียกว่า การท่วมน้ำมันด้วยสารลดแรงตึงผิว สารลดแรงตึงผิวมีบทบาทหลักในการปรับปรุงการสกัดน้ำมันโดยการลดแรงตึงผิวระหว่างน้ำมันกับน้ำและเพิ่มจำนวนแคปิลลารี เนื่องจากพื้นผิวของชั้นหินทรายมีประจุลบ สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ส่วนใหญ่จึงเป็นสารลดแรงตึงผิวแบบแอนไอออนิก และส่วนใหญ่เป็นสารลดแรงตึงผิวซัลโฟเนต กระบวนการนี้ใช้สารซัลโฟเนต (เช่น ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์) เพื่อซัลโฟเนตส่วนปิโตรเลียมที่มีปริมาณไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกสูง แล้วทำให้เป็นกลางด้วยด่าง คุณสมบัติ: สารออกฤทธิ์ 50%-80%, น้ำมันแร่ 5%-30%, น้ำ 2%-20%, โซเดียมซัลเฟต 1%-6% ปิโตรเลียมซัลโฟเนตไม่ทนต่ออุณหภูมิ เกลือ หรือไอออนโลหะราคาแพง ซัลโฟเนตสังเคราะห์ถูกเตรียมจากไฮโดรคาร์บอนที่เกี่ยวข้องโดยใช้วิธีการสังเคราะห์ที่เกี่ยวข้อง ในบรรดาสารเหล่านี้ α-โอเลฟินซัลโฟเนตมีความทนทานต่อเกลือและไอออนโลหะที่มีค่าวาลสูงเป็นพิเศษ สารลดแรงตึงผิวแบบแอนไอออนิก-โนไอออนิกและสารลดแรงตึงผิวคาร์บอกซิเลตชนิดอื่นๆ ก็สามารถนำมาใช้เพื่อแทนที่น้ำมันได้เช่นกัน การแทนที่น้ำมันของสารลดแรงตึงผิวจำเป็นต้องใช้สารเติมแต่งสองชนิด ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวร่วม เช่น ไอโซบิวทานอล ไดเอทิลีนไกลคอลบิวทิลอีเทอร์ ยูเรีย ซัลโฟเลน อัลคีนิลีนเบนซีนซัลโฟเนต เป็นต้น และสารไดอิเล็กทริก ซึ่งประกอบด้วยเกลือของกรดและด่าง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเกลือ ซึ่งสามารถลดคุณสมบัติการอุ้มน้ำของสารลดแรงตึงผิวและเพิ่มคุณสมบัติการอุ้มน้ำได้ในระดับหนึ่ง และยังเปลี่ยนค่าสมดุลระหว่างน้ำกับไลโปฟิลิกของสารออกฤทธิ์ เพื่อลดการสูญเสียสารลดแรงตึงผิวและเพิ่มผลทางเศรษฐกิจ การท่วมสารลดแรงตึงผิวยังใช้สารเคมีที่เรียกว่าสารเสียสละ สารที่สามารถใช้เป็นสารเสียสละได้ ได้แก่ สารอัลคาไลน์ กรดโพลีคาร์บอกซิลิก และเกลือของกรดเหล่านี้ โอลิโกเมอร์และพอลิเมอร์สามารถใช้เป็นสารสละได้เช่นกัน ลิกโนซัลโฟเนตและสารดัดแปลงของลิกโนซัลโฟเนตเป็นสารสละ

วิธีการแทนที่น้ำมันโดยใช้สารเคมีหลักในการแทนที่น้ำมันตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป เรียกว่า การท่วมน้ำมันแบบผสม (Composite Flooding) วิธีการแทนที่น้ำมันนี้เกี่ยวข้องกับสารลดแรงตึงผิว ได้แก่ การท่วมน้ำมันด้วยสารลดแรงตึงผิวและสารลดแรงตึงผิวที่ข้นขึ้นจากสารลดแรงตึงผิวและพอลิเมอร์ การท่วมน้ำมันด้วยสารลดแรงตึงผิวที่เสริมด้วยด่างด้วยด่าง + สารลดแรงตึงผิว หรือการท่วมน้ำมันด้วยสารลดแรงตึงผิวที่เสริมด้วยด่าง; การท่วมน้ำมันแบบผสมองค์ประกอบด้วยด่าง + สารลดแรงตึงผิว + พอลิเมอร์ โดยทั่วไปแล้ว การท่วมน้ำมันแบบผสมจะมีค่าการคืนตัว (recovery factor) สูงกว่าการใช้ตัวขับเคลื่อนเดี่ยว จากการวิเคราะห์แนวโน้มการพัฒนาทั้งในและต่างประเทศในปัจจุบัน การท่วมน้ำมันแบบผสมสารประกอบสามองค์ประกอบมีข้อได้เปรียบมากกว่าการท่วมน้ำมันแบบผสมสารประกอบสององค์ประกอบ สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในการท่วมน้ำมันแบบผสมสารประกอบสามองค์ประกอบส่วนใหญ่คือปิโตรเลียมซัลโฟเนต ซึ่งมักใช้ร่วมกับกรดซัลฟิวริก กรดฟอสฟอริก และคาร์บอกซิเลตของพอลิออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ และเกลือโซเดียมของพอลิออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อัลคิลซัลโฟเนต เป็นต้น เพื่อปรับปรุงความทนทานต่อเกลือ เมื่อไม่นานมานี้ ทั้งในและต่างประเทศต่างให้ความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวิจัยและการใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ เช่น แรมโนลิพิด น้ำซุปหมักโซโฟโรลิพิด ฯลฯ รวมถึงคาร์บอกซิเลตผสมจากธรรมชาติและลิกนินอัลคาไลซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการผลิตกระดาษ เป็นต้น และได้ผลลัพธ์ที่ดีเยี่ยมทั้งในภาคสนามและในอาคาร มีประสิทธิภาพในการแทนที่น้ำมันได้ดี