การประยุกต์ใช้สารลดแรงตึงผิวในการผลิตน้ำมันในแหล่งน้ำมัน

การประยุกต์ใช้สารลดแรงตึงผิวในการผลิตน้ำมันในแหล่งน้ำมัน

1. สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในการขุดเจาะน้ำมันหนัก

เนื่องจากน้ำมันหนักมีความหนืดสูงและไหลได้ไม่ดี จึงทำให้เกิดความยากลำบากมากมายในการทำเหมือง ในการสกัดน้ำมันหนักเหล่านี้ บางครั้งจำเป็นต้องฉีดสารละลายของสารลดแรงตึงผิวลงไปในหลุมเพื่อเปลี่ยนน้ำมันหนักที่มีความหนืดสูงให้กลายเป็นอิมัลชันน้ำมันในน้ำที่มีความหนืดต่ำและสกัดขึ้นสู่ผิวดิน สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในวิธีการทำให้เป็นอิมัลชันและลดความหนืดของน้ำมันหนักนี้ ได้แก่ โซเดียมอัลคิลซัลโฟเนต, โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์, โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลฟีนอลอีเทอร์, โพลีออกซีเอทิลีนโพลีออกซีโพรพิลีนโพลีอีนโพลีเอมีน, โพลีออกซีเอทิลีนไวนิลอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ซัลเฟตโซเดียมซอลต์ เป็นต้น อิมัลชันน้ำมันในน้ำที่ผลิตได้จำเป็นต้องแยกน้ำออกและใช้สารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมบางชนิดเป็นสารแยกอิมัลชันเพื่อกำจัดน้ำ สารแยกอิมัลชันเหล่านี้เป็นสารทำให้เกิดอิมัลชันแบบน้ำในน้ำมัน สารลดแรงตึงผิวประจุบวกหรือกรดแนฟเทนิก กรดแอสฟัลโทนิก และเกลือโลหะหลายวาเลนต์ของกรดเหล่านี้ นิยมใช้กันทั่วไป

น้ำมันดิบชนิดพิเศษที่มีความหนาแน่นสูงไม่สามารถสูบได้ด้วยเครื่องสูบน้ำแบบทั่วไป และต้องใช้การฉีดไอน้ำเพื่อฟื้นฟูความร้อน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการฟื้นฟูความร้อน จำเป็นต้องใช้สารลดแรงตึงผิว การฉีดโฟมเข้าไปในบ่อฉีดไอน้ำ ซึ่งก็คือการฉีดสารทำให้เกิดฟองที่ทนต่ออุณหภูมิสูงและก๊าซที่ไม่ควบแน่น เป็นหนึ่งในวิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพที่ใช้กันทั่วไป

สารทำให้เกิดฟองที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ อัลคิลเบนซีนซัลโฟเนต, อัลฟาโอเลฟินซัลโฟเนต, ปิโตรเลียมซัลโฟเนต, ซัลโฟไฮโดรคาร์บิเลตโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ และซัลโฟไฮโดรคาร์บิเลตโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลฟีนอลอีเทอร์ เป็นต้น เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวที่มีฟลูออรีนมีฤทธิ์ทางพื้นผิวสูงและมีความเสถียรต่อกรด ด่าง ออกซิเจน ความร้อน และน้ำมัน จึงเป็นสารทำให้เกิดฟองที่เหมาะสำหรับอุณหภูมิสูง เพื่อให้น้ำมันที่กระจายตัวสามารถผ่านโครงสร้างรูพรุนของชั้นหินได้ง่าย หรือเพื่อให้น้ำมันบนพื้นผิวของชั้นหินถูกขับออกมาได้ง่าย จำเป็นต้องใช้สารลดแรงตึงผิวที่เรียกว่าสารกระจายฟิล์ม ซึ่งที่ใช้กันทั่วไปคือ สารลดแรงตึงผิวโพลีเมอร์เรซินฟีนอลออกซีอัลคิเลต

1. สารลดแรงตึงผิวสำหรับการทำเหมืองน้ำมันดิบที่มีขี้ผึ้ง

การใช้ประโยชน์จากน้ำมันดิบที่มีแว็กซ์สูงจำเป็นต้องมีการป้องกันและกำจัดแว็กซ์อย่างสม่ำเสมอ สารลดแรงตึงผิวทำหน้าที่เป็นทั้งสารยับยั้งและสารกำจัดแว็กซ์ มีทั้งสารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมันและสารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำ สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมันจะทำหน้าที่ป้องกันแว็กซ์โดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของพื้นผิวผลึกแว็กซ์ สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมันที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ปิโตรเลียมซัลโฟเนตและสารลดแรงตึงผิวประเภทอะมีน ส่วนสารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำจะทำหน้าที่ป้องกันแว็กซ์โดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของพื้นผิวที่เกิดแว็กซ์ (เช่น ท่อน้ำมัน แท่งดูด และพื้นผิวอุปกรณ์) สารลดแรงตึงผิวที่มีอยู่ ได้แก่ โซเดียมอัลคิลซัลโฟเนต เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม อัลเคนโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ และเกลือโซเดียมซัลโฟเนตของสารเหล่านี้ เป็นต้น สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในการกำจัดแว็กซ์ก็แบ่งออกเป็นสองด้านเช่นกัน สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมันใช้สำหรับน้ำยาขจัดคราบแว็กซ์ที่มีส่วนผสมของน้ำมัน ส่วนสารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำ ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวประเภทซัลโฟเนต ประเภทเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี ประเภทโพลีอีเทอร์ ประเภททวีน ประเภทโอพี และสารลดแรงตึงผิวประเภทซัลเฟตหรือซัลโฟอัลคิเลตแบบแบนราบและประเภทโอพีสารลดแรงตึงผิวสารเหล่านี้ใช้ในน้ำยาขจัดคราบน้ำมันที่มีน้ำเป็นตัวทำละลาย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา น้ำยาขจัดคราบน้ำมันทั้งในและต่างประเทศได้ถูกผสมผสานกันอย่างลงตัว และน้ำยาขจัดคราบน้ำมันที่มีน้ำมันเป็นตัวทำละลายและน้ำยาขจัดคราบน้ำมันที่มีน้ำเป็นตัวทำละลายได้ถูกผสมผสานกันเพื่อผลิตน้ำยาขจัดคราบน้ำมันแบบไฮบริด น้ำยาขจัดคราบน้ำมันชนิดนี้ใช้ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกและไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกผสมเป็นเฟสน้ำมัน และใช้อิมัลซิไฟเออร์ที่มีคุณสมบัติในการกำจัดคราบน้ำมันเป็นเฟสน้ำ เมื่อเลือกใช้อิมัลซิไฟเออร์ที่เป็นสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุที่มีจุดขุ่นที่เหมาะสม อุณหภูมิใต้ส่วนที่เกิดคราบน้ำมันของบ่อน้ำมันสามารถถึงหรือเกินจุดขุ่นของสารนั้นได้ ทำให้สารขจัดคราบน้ำมันแบบผสมสามารถแตกตัวเป็นอิมัลชันก่อนเข้าสู่ส่วนที่เกิดคราบน้ำมัน และสารกำจัดคราบน้ำมันทั้งสองชนิดจะแยกออกจากกัน ซึ่งทำหน้าที่ในการกำจัดคราบน้ำมันไปพร้อมกัน

3. สารลดแรงตึงผิวใช้สำหรับทำให้ดินเหนียวคงตัว

การทำให้ดินเหนียวคงตัวแบ่งออกเป็นสองด้าน คือ การป้องกันการขยายตัวของแร่ดินเหนียว และการป้องกันการเคลื่อนย้ายของอนุภาคแร่ดินเหนียว สารลดแรงตึงผิวประจุบวก เช่น เกลืออะมีน เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม เกลือไพริดิเนียม และเกลืออิมิดาโซลีน สามารถใช้เพื่อป้องกันการบวมของดินเหนียวได้ นอกจากนี้ยังมีสารลดแรงตึงผิวประจุบวกแบบไม่มีประจุที่มีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบ ซึ่งสามารถใช้เพื่อป้องกันการเคลื่อนย้ายของอนุภาคแร่ดินเหนียวได้

4. สารลดแรงตึงผิวใช้ในมาตรการปรับสภาพความเป็นกรด

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำให้เป็นกรด โดยทั่วไปจะมีการเติมสารเติมแต่งหลายชนิดลงในสารละลายกรด สารลดแรงตึงผิวใดๆ ที่เข้ากันได้กับสารละลายกรดและถูกดูดซับได้ง่ายโดยพื้นผิวสามารถใช้เป็นสารชะลอการทำให้เป็นกรดได้ เช่น ไฮโดรคลอไรด์ของเอมีนไขมัน เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี เกลือไพริดีนในสารลดแรงตึงผิวประจุบวก และอัลเคนที่มีซัลโฟเนต คาร์บอกซีเมทิล ฟอสเฟตเอสเทอร์ หรือซัลเฟตเอสเทอร์ในสารลดแรงตึงผิวแอมโฟเทอริก ฟีนอลอีเทอร์เบส เป็นต้น สารลดแรงตึงผิวบางชนิด เช่น กรดโดเดซิลซัลโฟนิกและเกลืออัลคิลเอมีนของมัน สามารถทำให้ของเหลวที่เป็นกรดเกิดการอิมัลชันในน้ำมันเพื่อสร้างอิมัลชันกรดในน้ำมัน อิมัลชันนี้สามารถใช้เป็นของเหลวอุตสาหกรรมที่เป็นกรดและยังมีบทบาทในการชะลอการเกิดปฏิกิริยาด้วย

สารลดแรงตึงผิวบางชนิดสามารถใช้เป็นสารป้องกันการเกิดอิมัลชันสำหรับของเหลวที่เป็นกรดได้ สารลดแรงตึงผิวที่มีโครงสร้างแบบกิ่งก้าน เช่น โพลีออกซีเอทิลีน โพลีออกซีโพรพิลีน โพรพิลีนไกลคอลอีเทอร์ และโพลีออกซีเอทิลีน โพลีออกซีโพรพิลีน เพนตาเอทิลีน เฮกซาเอมีน สามารถใช้เป็นสารป้องกันการเกิดอิมัลชันที่เป็นกรดได้

สารลดแรงตึงผิวบางชนิดสามารถใช้เป็นสารช่วยระบายน้ำในสภาพที่เป็นกรดได้ สารลดแรงตึงผิวที่สามารถใช้เป็นสารช่วยระบายน้ำได้ ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวประเภทเกลืออะมีน สารลดแรงตึงผิวประเภทเกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม สารลดแรงตึงผิวประเภทเกลือไพริดิเนียม สารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุ สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริก และสารลดแรงตึงผิวที่มีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบ

สารลดแรงตึงผิวบางชนิดสามารถใช้เป็นสารป้องกันการเกิดตะกอนที่เป็นกรดได้ เช่น สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมัน เช่น อัลคิลฟีนอล กรดไขมัน กรดอัลคิลเบนซีนซัลโฟนิก เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม เป็นต้น เนื่องจากสารเหล่านี้ละลายในกรดได้ไม่ดี จึงสามารถใช้สารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุเพื่อช่วยกระจายตัวในสารละลายกรดได้

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของการทำให้เป็นกรด จำเป็นต้องเติมสารเปลี่ยนคุณสมบัติการเปียกลงในสารละลายกรด เพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติการเปียกของบริเวณใกล้หลุมเจาะจากแบบชอบไขมันเป็นแบบชอบน้ำ สารผสมของโพลีออกซีเอทิลีนโพลีออกซีโพรพิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์และโพลีออกซีเอทิลีนโพลีออกซีโพรพิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ที่เติมเกลือฟอสเฟตจะถูกดูดซับโดยชั้นหินเพื่อสร้างชั้นการดูดซับที่สาม ซึ่งมีบทบาทในการทำให้เปียกและเปลี่ยนคุณสมบัติการเปียก

นอกจากนี้ ยังมีสารลดแรงตึงผิวบางชนิด เช่น แฟตตี้เอมีนไฮโดรคลอไรด์ เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม หรือสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุและมีประจุลบ ซึ่งใช้เป็นสารก่อฟองเพื่อสร้างของเหลวทำงานที่เป็นกรดแบบโฟม เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการชะลอการกัดกร่อนและการทำให้เป็นกรดในระดับลึก หรืออาจใช้โฟมที่ทำจากสารเหล่านี้เป็นของเหลวเตรียมการก่อนการทำให้เป็นกรด หลังจากฉีดโฟมเข้าไปในชั้นหินแล้ว จึงฉีดสารละลายกรดเข้าไป ผลกระทบจากฟองอากาศในโฟมสามารถเบี่ยงเบนของเหลวกรด ทำให้ของเหลวกรดละลายชั้นที่มีการซึมผ่านต่ำเป็นหลัก ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำให้เป็นกรด

5. สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในมาตรการการแตกหิน

มาตรการการแตกหินมักใช้ในแหล่งน้ำมันที่มีการซึมผ่านต่ำ โดยใช้แรงดันเพื่อเปิดชั้นหินให้เกิดรอยแตก และใช้สารค้ำยันเพื่อพยุงรอยแตก ลดแรงต้านการไหลของของเหลว และบรรลุเป้าหมายในการเพิ่มผลผลิตและประสิทธิภาพการผลิต ของเหลวที่ใช้ในการแตกหินบางชนิดมีสารลดแรงตึงผิวเป็นส่วนประกอบหนึ่งด้วย

ของเหลวสำหรับกระบวนการแตกหินแบบน้ำมันในน้ำนั้นประกอบด้วยน้ำ น้ำมัน และสารทำให้เกิดอิมัลชัน สารทำให้เกิดอิมัลชันที่ใช้ ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวแบบไอออนิก แบบไม่มีไอออนิก และแบบแอมโฟเทอริก หากใช้น้ำที่ทำให้ข้นเป็นเฟสภายนอกและใช้น้ำมันเป็นเฟสภายใน จะสามารถเตรียมของเหลวสำหรับกระบวนการแตกหินแบบน้ำมันในน้ำที่มีความหนืดสูง (อิมัลชันโพลีเมอร์) ได้ ของเหลวสำหรับกระบวนการแตกหินชนิดนี้สามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 160°C และสามารถทำลายอิมัลชันและระบายของเหลวได้โดยอัตโนมัติ

น้ำยาแตกหินแบบโฟมเป็นน้ำยาแตกหินที่ใช้น้ำเป็นตัวกลางในการกระจายตัวและก๊าซเป็นเฟสที่กระจายตัว ส่วนประกอบหลักคือ น้ำ ก๊าซ และสารทำให้เกิดฟอง สารทำให้เกิดฟองที่ใช้ได้ ได้แก่ อัลคิลซัลโฟเนต อัลคิลเบนซีนซัลโฟเนต เกลืออัลคิลซัลเฟตเอสเทอร์ เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม และสารลดแรงตึงผิวประเภท OP โดยทั่วไปความเข้มข้นของสารทำให้เกิดฟองในน้ำจะอยู่ที่ 0.5-2% และอัตราส่วนปริมาตรของเฟสก๊าซต่อปริมาตรของโฟมจะอยู่ในช่วง 0.5-0.9

น้ำยาแตกหินแบบใช้น้ำมันเป็นตัวทำละลายหรือตัวกลางกระจายตัว คือ น้ำยาแตกหินที่ใช้น้ำมันเป็นตัวทำละลายหรือตัวกลางกระจายตัว โดยทั่วไปแล้วน้ำมันที่ใช้กันมากที่สุดในพื้นที่คือ น้ำมันดิบหรือส่วนประกอบหนักของน้ำมันดิบ เพื่อปรับปรุงความหนืดและคุณสมบัติทางอุณหภูมิ จำเป็นต้องเติมปิโตรเลียมซัลโฟเนตที่ละลายได้ในน้ำมัน (น้ำหนักโมเลกุล 300-750) น้ำยาแตกหินแบบใช้น้ำมันยังรวมถึงน้ำยาแตกหินแบบน้ำในน้ำมันและน้ำยาแตกหินแบบโฟมน้ำมันด้วย สารทำให้เกิดอิมัลชันที่ใช้ในแบบแรกคือ สารลดแรงตึงผิวประจุลบที่ละลายได้ในน้ำมัน สารลดแรงตึงผิวประจุบวก และสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ ในขณะที่สารทำให้เกิดฟองที่ใช้ในแบบหลังคือ สารลดแรงตึงผิวพอลิเมอร์ที่มีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบ

ของเหลวสำหรับแตกหินในชั้นหินที่ไวต่อความชื้นจะใช้ส่วนผสมของแอลกอฮอล์ (เช่น เอทิลีนไกลคอล) และน้ำมัน (เช่น น้ำมันก๊าด) เป็นตัวกลางในการกระจายตัว คาร์บอนไดออกไซด์เหลวเป็นเฟสที่กระจายตัว และโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ที่ผสมเกลือซัลเฟตเป็นอิมัลซิไฟเออร์ หรืออาจเป็นอิมัลชันหรือโฟมที่ผสมกับสารทำให้เกิดฟองเพื่อใช้ในการแตกหินในชั้นหินที่ไวต่อความชื้น

ของเหลวที่ใช้ในการแตกหินและปรับสภาพด้วยกรดนั้น เป็นทั้งของเหลวแตกหินและของเหลวปรับสภาพด้วยกรด ใช้ในชั้นหินคาร์บอเนต และดำเนินการทั้งสองขั้นตอนพร้อมกัน สารลดแรงตึงผิวที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ กรดโฟมและกรดอิมัลชัน แบบแรกใช้แอลคิลซัลโฟเนตหรือแอลคิลเบนซีนซัลโฟเนตเป็นสารทำให้เกิดฟอง และแบบหลังใช้สารลดแรงตึงผิวซัลโฟเนตเป็นสารทำให้เกิดอิมัลชัน เช่นเดียวกับของเหลวปรับสภาพด้วยกรด ของเหลวแตกหินก็ใช้สารลดแรงตึงผิวเป็นสารป้องกันการเกิดอิมัลชัน สารช่วยระบาย และสารเปลี่ยนทิศทางการเปียก ซึ่งจะไม่กล่าวถึงในที่นี้

6. ใช้สารลดแรงตึงผิวเพื่อควบคุมลักษณะพื้นผิวและป้องกันการซึมของน้ำ

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการฉีดน้ำและลดอัตราการเพิ่มขึ้นของปริมาณน้ำในน้ำมันดิบ จำเป็นต้องปรับรูปแบบการดูดซับน้ำในบ่อฉีดน้ำและเพิ่มการผลิตโดยการปิดกั้นน้ำในบ่อผลิต วิธีการควบคุมรูปแบบและการปิดกั้นน้ำบางวิธีมักใช้สารลดแรงตึงผิว

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

โซเดียมอัลคิลซัลโฟเนตและอัลคิลไตรเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ถูกละลายในน้ำเพื่อเตรียมของเหลวใช้งานสองชนิด ซึ่งจะถูกฉีดเข้าไปในชั้นหินทีละชนิด ของเหลวใช้งานทั้งสองชนิดจะทำปฏิกิริยากันในชั้นหิน ทำให้เกิดอัลคิลไตรเมทิลอะมีนขึ้น ซัลไฟต์จะตกตะกอนและปิดกั้นชั้นที่มีการซึมผ่านสูง

โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลฟีนอลอีเทอร์ อัลคิลแอริลซัลโฟเนต ฯลฯ สามารถใช้เป็นสารทำให้เกิดฟอง โดยละลายในน้ำเพื่อเตรียมของเหลวใช้งาน แล้วฉีดเข้าไปในชั้นหินสลับกับของเหลวคาร์บอนไดออกไซด์เหลว เพื่อให้เกิดฟองในชั้นหิน (โดยเฉพาะชั้นที่มีการซึมผ่านสูง) ทำให้เกิดการอุดตัน และมีบทบาทในการควบคุมการไหลของของเหลวในชั้นหิน

การใช้สารลดแรงตึงผิวแอมโมเนียมควอเทอร์นารีเป็นสารก่อฟองที่ละลายในสารละลายกรดซิลิซิกที่ประกอบด้วยแอมโมเนียมซัลเฟตและน้ำแก้ว แล้วฉีดเข้าไปในชั้นหิน จากนั้นจึงฉีดก๊าซที่ไม่ควบแน่น (ก๊าซธรรมชาติหรือคลอรีน) เข้าไป จะทำให้เกิดรูปแบบของเหลวขึ้นในชั้นหินก่อน ฟองในชั้นกระจายตัวจะตามมาด้วยการเกิดเจลของสารละลายกรดซิลิซิก ทำให้เกิดฟองที่มีของแข็งเป็นตัวกลางในการกระจายตัว ซึ่งทำหน้าที่อุดชั้นที่มีการซึมผ่านสูงและควบคุมลักษณะการไหลของหิน

โดยใช้สารลดแรงตึงผิวซัลโฟเนตเป็นสารก่อฟองและสารประกอบโพลีเมอร์เป็นสารเพิ่มความหนืดและคงตัวของฟอง จากนั้นฉีดก๊าซหรือสารก่อก๊าซเข้าไป จะทำให้เกิดฟองที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบบนพื้นดินหรือในชั้นหิน ฟองนี้มีฤทธิ์เป็นสารลดแรงตึงผิวในชั้นน้ำมัน สารส่วนใหญ่จะเคลื่อนตัวไปยังส่วนติดต่อระหว่างน้ำมันกับน้ำ ทำให้ฟองสลายตัว จึงไม่ปิดกั้นชั้นน้ำมัน เป็นสารที่เลือกปิดกั้นและไม่ปิดกั้นน้ำในบ่อน้ำมัน

สารอุดรอยรั่วซีเมนต์ชนิดน้ำมันเป็นสารแขวนลอยของซีเมนต์ในน้ำมัน โดยพื้นผิวของซีเมนต์จะมีคุณสมบัติชอบน้ำ เมื่อสารนี้เข้าไปในชั้นน้ำมัน น้ำจะเข้าไปแทนที่การยึดเกาะระหว่างน้ำมันกับซีเมนต์บนพื้นผิว ทำให้ซีเมนต์แข็งตัวและอุดรอยรั่วชั้นน้ำมันนั้นได้ เพื่อเพิ่มความลื่นไหลของสารอุดรอยรั่วนี้ มักมีการเติมสารลดแรงตึงผิวประเภทคาร์บอกซิเลตและซัลโฟเนตเข้าไปด้วย

สารกันซึมชนิดไมเซลล์ที่ละลายน้ำได้ เป็นสารละลายไมเซลล์ที่ประกอบด้วยปิโตรเลียมแอมโมเนียมซัลโฟเนต ไฮโดรคาร์บอน และแอลกอฮอล์เป็นหลัก มีน้ำเกลือเข้มข้นสูงในกระบวนการผลิต ทำให้มีความหนืดและมีคุณสมบัติในการกันซึม

สารลดแรงตึงผิวประจุบวกชนิดละลายน้ำหรือละลายในน้ำมัน ซึ่งเป็นสารกันซึมน้ำนั้น มีส่วนประกอบหลักเป็นเกลืออัลคิลคาร์บอกซิเลตและเกลืออัลคิลแอมโมเนียมคลอไรด์ และเหมาะสำหรับใช้กับชั้นหินทรายเท่านั้น

สารป้องกันการซึมผ่านของน้ำชนิดน้ำมันหนักที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ คือ น้ำมันหนักชนิดหนึ่งที่ละลายด้วยอิมัลซิไฟเออร์แบบน้ำในน้ำมัน หลังจากกำจัดน้ำออกจากชั้นหินแล้ว จะเกิดเป็นอิมัลชันแบบน้ำในน้ำมันที่มีความหนืดสูง เพื่อให้สามารถป้องกันการซึมผ่านของน้ำได้

สารกันซึมชนิดน้ำมันในน้ำเตรียมได้จากการอิมัลซิไฟเออร์น้ำมันหนักในน้ำโดยใช้สารลดแรงตึงผิวประจุบวกเป็นสารอิมัลซิไฟเออร์ชนิดน้ำมันในน้ำ

7. ใช้สารลดแรงตึงผิวในการควบคุมปริมาณทราย

ก่อนดำเนินการควบคุมทราย จำเป็นต้องฉีดน้ำที่ผสมสารลดแรงตึงผิวในปริมาณที่กำหนดเป็นของเหลวเตรียมการเพื่อทำความสะอาดชั้นหินก่อน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการควบคุมทราย ปัจจุบัน สารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันมากที่สุดคือสารลดแรงตึงผิวประจุลบ

8. สารลดแรงตึงผิวสำหรับการกำจัดน้ำออกจากน้ำมันดิบ

ในขั้นตอนการกู้คืนน้ำมันขั้นต้นและขั้นที่สอง มักใช้สารแยกน้ำออกจากน้ำมันดิบที่สกัดได้ โดยมีการพัฒนาผลิตภัณฑ์มาแล้วสามรุ่น รุ่นแรกคือ คาร์บอกซิเลต ซัลเฟต และซัลโฟเนต รุ่นที่สองคือ สารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุที่มีโมเลกุลต่ำ เช่น OP, ผิงผิงเจีย และน้ำมันละหุ่งซัลโฟเนต และรุ่นที่สามคือ สารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุที่เป็นพอลิเมอร์

ในขั้นตอนการกู้คืนน้ำมันขั้นที่สองและขั้นที่สาม น้ำมันดิบที่ผลิตได้ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของอิมัลชันน้ำมันในน้ำ มีสารแยกอิมัลชันอยู่สี่ประเภทที่ใช้ เช่น เตตระเดซิลไตรเมทิลออกซีแอมโมเนียมคลอไรด์ และไดเดซิลไดเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ สารเหล่านี้สามารถทำปฏิกิริยากับอิมัลซิไฟเออร์ประจุลบเพื่อเปลี่ยนค่าสมดุลไฮโดรฟิลิกของน้ำมัน หรือดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคดินเหนียวที่เปียกน้ำ เปลี่ยนคุณสมบัติการเปียก และทำลายอิมัลชันน้ำมันในน้ำ นอกจากนี้ สารลดแรงตึงผิวประจุลบและสารลดแรงตึงผิวที่ไม่เป็นประจุที่ละลายในน้ำมันบางชนิดที่สามารถใช้เป็นอิมัลซิไฟเออร์น้ำในน้ำมันได้ ก็สามารถใช้เป็นสารแยกอิมัลชันสำหรับอิมัลชันน้ำมันในน้ำได้เช่นกัน

1. สารลดแรงตึงผิวสำหรับการบำบัดน้ำ

หลังจากแยกของเหลวที่ได้จากการผลิตน้ำมันออกจากน้ำมันดิบแล้ว น้ำที่ได้จะต้องได้รับการบำบัดเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดสำหรับการฉีดกลับเข้าไปในแหล่งน้ำมัน การบำบัดน้ำมีวัตถุประสงค์หลัก 6 ประการ ได้แก่ การยับยั้งการกัดกร่อน การป้องกันการเกิดตะกรัน การฆ่าเชื้อ การกำจัดออกซิเจน การกำจัดน้ำมัน และการกำจัดของแข็งแขวนลอย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้สารยับยั้งการกัดกร่อน สารป้องกันการเกิดตะกรัน สารฆ่าเชื้อแบคทีเรีย สารกำจัดออกซิเจน สารขจัดคราบไขมัน และสารตกตะกอน เป็นต้น ในส่วนต่อไปนี้เกี่ยวข้องกับสารลดแรงตึงผิวในอุตสาหกรรม:

สารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมที่ใช้เป็นสารยับยั้งการกัดกร่อน ได้แก่ เกลือของกรดอัลคิลซัลโฟนิก, กรดอัลคิลเบนซีนซัลโฟนิก, กรดเพอร์ฟลูออโรอัลคิลซัลโฟนิก, เกลือของลิเนียร์อัลคิลเอมีน, เกลือของควอเทอร์นารีแอมโมเนียม และเกลือของอัลคิลไพริดีน เกลือของอิมิดาโซลีนและอนุพันธ์ของมัน, โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์, โพลีออกซีเอทิลีนไดอัลคิลโพรพาร์จิลแอลกอฮอล์, โพลีออกซีเอทิลีนโรซินเอมีน, โพลีออกซีเอทิลีนสเตียริลเอมีน และโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ อัลคิลซัลโฟเนต, เกลือภายในของควอเทอร์นารีแอมโมเนียมต่างๆ, เกลือภายในของได(โพลีออกซีเอทิลีน)อัลคิล และอนุพันธ์ของมัน

สารลดแรงตึงผิวที่ใช้เป็นสารป้องกันการเกาะติดของสิ่งมีชีวิตในน้ำ ได้แก่ เกลือฟอสเฟตเอสเทอร์ เกลือซัลเฟตเอสเทอร์ อะซิเตต คาร์บอกซิเลต และสารประกอบโพลีออกซีเอทิลีนของสารเหล่านี้ ความเสถียรทางความร้อนของเกลือซัลโฟเนตเอสเทอร์และเกลือคาร์บอกซิเลตดีกว่าเกลือฟอสเฟตเอสเทอร์และเกลือซัลเฟตเอสเทอร์อย่างเห็นได้ชัด

สารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมที่ใช้ในสารฆ่าเชื้อรา ได้แก่ เกลือแอลคิลอะมีนเชิงเส้น เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี เกลือแอลคิลไพริดิเนียม เกลือของอิมิดาโซลีนและอนุพันธ์ของมัน เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีชนิดต่างๆ เกลือได(โพลีออกซี)ไวนิล)แอลคิล และเกลือภายในของอนุพันธ์ของมัน

สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในน้ำยาล้างคราบไขมันในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่เป็นสารลดแรงตึงผิวที่มีโครงสร้างแบบกิ่งก้านและหมู่โซเดียมไดไทโอคาร์บอกซิเลต

10. สารลดแรงตึงผิวสำหรับใช้ในการอัดฉีดสารเคมีเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตน้ำมัน

การกู้คืนน้ำมันขั้นต้นและขั้นที่สองสามารถกู้คืนน้ำมันดิบใต้ดินได้ 25%-50% แต่ยังมีน้ำมันดิบอีกจำนวนมากที่ยังคงอยู่ใต้ดินและไม่สามารถกู้คืนได้ การกู้คืนน้ำมันขั้นที่สามสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการกู้คืนน้ำมันดิบได้ การกู้คืนน้ำมันขั้นที่สามส่วนใหญ่ใช้วิธีการฉีดสารเคมี กล่าวคือ การเติมสารเคมีบางชนิดลงในน้ำที่ฉีดเข้าไปเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการฉีดน้ำ สารเคมีที่ใช้บางชนิดเป็นสารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรม ต่อไปนี้เป็นการแนะนำโดยสังเขปเกี่ยวกับสารเหล่านี้:

วิธีการเพิ่มปริมาณน้ำมันด้วยสารเคมีโดยใช้สารลดแรงตึงผิวเป็นตัวหลักเรียกว่า การเพิ่มปริมาณน้ำมันด้วยสารลดแรงตึงผิว (Surfactant Flooding) สารลดแรงตึงผิวมีบทบาทหลักในการเพิ่มปริมาณน้ำมันโดยการลดแรงตึงผิวระหว่างน้ำมันกับน้ำ และเพิ่มจำนวนรูพรุน เนื่องจากพื้นผิวของชั้นหินทรายมีประจุลบ สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ส่วนใหญ่จึงเป็นสารลดแรงตึงผิวประจุลบ และส่วนใหญ่เป็นสารลดแรงตึงผิวประเภทซัลโฟเนต สารลดแรงตึงผิวประเภทนี้ผลิตโดยใช้สารซัลโฟเนต (เช่น ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์) เพื่อซัลโฟเนตส่วนประกอบของปิโตรเลียมที่มีปริมาณไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกสูง จากนั้นจึงทำให้เป็นกลางด้วยด่าง คุณสมบัติของสารลดแรงตึงผิวประเภทนี้คือ สารออกฤทธิ์ 50%-80%, น้ำมันแร่ 5%-30%, น้ำ 2%-20%, โซเดียมซัลเฟต 1%-6% ปิโตรเลียมซัลโฟเนตไม่ทนต่ออุณหภูมิ เกลือ หรือไอออนโลหะที่มีราคาสูง ซัลโฟเนตสังเคราะห์เตรียมได้จากไฮโดรคาร์บอนที่เกี่ยวข้องโดยใช้วิธีการสังเคราะห์ที่เหมาะสม ในบรรดาสารลดแรงตึงผิวเหล่านั้น อัลฟา-โอเลฟินซัลโฟเนตมีความทนทานต่อเกลือและไอออนโลหะที่มีวาเลนซ์สูงเป็นพิเศษ สารลดแรงตึงผิวประจุลบ-ไม่มีประจุ และสารลดแรงตึงผิวคาร์บอกซิเลตอื่นๆ ก็สามารถใช้ในการไล่น้ำมันได้เช่นกัน การไล่น้ำมันด้วยสารลดแรงตึงผิวต้องใช้สารเติมแต่งสองชนิด คือ สารช่วยลดแรงตึงผิว เช่น ไอโซบิวทานอล ไดเอทิลีนไกลคอลบิวทิลอีเทอร์ ยูเรีย ซัลโฟเลน อัลคีนีลีนเบนซีนซัลโฟเนต เป็นต้น และสารไดอิเล็กทริก ซึ่งรวมถึงเกลือกรดและด่าง โดยส่วนใหญ่เป็นเกลือ ซึ่งสามารถลดคุณสมบัติชอบน้ำของสารลดแรงตึงผิวและเพิ่มคุณสมบัติชอบไขมันได้ และยังเปลี่ยนค่าสมดุลระหว่างคุณสมบัติชอบน้ำและชอบไขมันของสารออกฤทธิ์ได้อีกด้วย เพื่อลดการสูญเสียสารลดแรงตึงผิวและปรับปรุงผลทางเศรษฐกิจ การใช้สารลดแรงตึงผิวในการไล่น้ำมันยังใช้สารเคมีที่เรียกว่าสารเสียสละ สารที่สามารถใช้เป็นสารเสียสละได้ ได้แก่ สารอัลคาไลน์และกรดโพลีคาร์บอกซิลิกและเกลือของกรดเหล่านั้น โอลิโกเมอร์และพอลิเมอร์ก็สามารถใช้เป็นสารช่วยสลายได้เช่นกัน ลิกโนซัลโฟเนตและอนุพันธ์ของมันเป็นสารช่วยสลาย

วิธีการไล่น้ำมันโดยใช้สารเคมีไล่น้ำมันหลักสองชนิดขึ้นไปเรียกว่า การฉีดน้ำมันแบบผสม (Composite Flooding) วิธีการไล่น้ำมันที่เกี่ยวข้องกับสารลดแรงตึงผิวนี้ ได้แก่ การฉีดน้ำมันด้วยสารลดแรงตึงผิวและสารลดแรงตึงผิวที่ผสมโพลิเมอร์ การฉีดน้ำมันด้วยสารลดแรงตึงผิวที่เสริมด้วยด่าง (Alkali + Surfactant) หรือการฉีดน้ำมันด้วยสารลดแรงตึงผิวที่เสริมด้วยด่าง (Surfactant + Alkali) และการฉีดน้ำมันแบบผสมโดยใช้ธาตุ (Element-based Composite Flooding) ที่ผสมด่าง สารลดแรงตึงผิว และโพลิเมอร์ โดยทั่วไปแล้ว การฉีดน้ำมันแบบผสมจะมีอัตราการกู้คืนน้ำมันสูงกว่าการใช้สารเดี่ยว จากการวิเคราะห์แนวโน้มการพัฒนาทั้งในและต่างประเทศในปัจจุบัน พบว่า การฉีดน้ำมันแบบผสมสามชนิดมีข้อดีมากกว่าการฉีดน้ำมันแบบผสมสองชนิด สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในการฉีดน้ำมันแบบผสมสามชนิดส่วนใหญ่เป็นปิโตรเลียมซัลโฟเนต ซึ่งมักใช้ร่วมกับกรดซัลฟิวริก กรดฟอสฟอริก และคาร์บอกซิเลตของโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ และเกลือโซเดียมของโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อัลคิลซัลโฟเนต เป็นต้น เพื่อเพิ่มความทนทานต่อเกลือ เมื่อไม่นานมานี้ ทั้งในและต่างประเทศได้ให้ความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวิจัยและการใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ เช่น แรมโนลิปิด สารละลายจากการหมักโซโฟโรลิปิด เป็นต้น รวมถึงคาร์บอกซิเลตผสมจากธรรมชาติ และลิกนินอัลคาไลน์ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการผลิตกระดาษ เป็นต้น และได้ผลลัพธ์ที่ดีเยี่ยมในการทดสอบภาคสนามและในห้องปฏิบัติการ โดยมีประสิทธิภาพในการไล่น้ำมันที่ดี