การประยุกต์ใช้สารลดแรงตึงผิวในการผลิตน้ำมันในแหล่งน้ำมัน

1.สารลดแรงตึงผิวใช้สำหรับการสกัดน้ำมันหนัก

เนื่องจากน้ำมันหนักมีความหนืดสูงและไหลได้ไม่ดี จึงทำให้การสกัดน้ำมันหนักเป็นไปได้ยาก เพื่อสกัดน้ำมันหนักดังกล่าว บางครั้งจึงมีการฉีดสารละลายของสารลดแรงตึงผิวเข้าไปในหลุมเจาะเพื่อเปลี่ยนน้ำมันหนักที่มีความหนืดสูงให้กลายเป็นอิมัลชันน้ำมันในน้ำที่มีความหนืดต่ำ จากนั้นจึงสูบขึ้นสู่ผิวดิน สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในวิธีการทำให้เป็นอิมัลชันและลดความหนืดของน้ำมันหนักนี้ ได้แก่ โซเดียมอัลคิลซัลโฟเนต, โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์, โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลฟีนอลอีเทอร์, โพลีออกซีเอทิลีนโพลีออกซีโพรพิลีนโพลีอีนโพลีเอมีน, โซเดียมโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ซัลเฟต เป็นต้น สำหรับอิมัลชันน้ำมันในน้ำที่ผลิตได้ จำเป็นต้องแยกน้ำออก และสารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมบางชนิดยังใช้เป็นสารแยกน้ำเพื่อกำจัดน้ำด้วย สารแยกน้ำเหล่านี้คือสารทำให้เป็นอิมัลชันน้ำในน้ำมัน สารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวประจุบวก หรือกรดแนฟเทนิก กรดแอสฟัลติก และเกลือโลหะหลายวาเลนต์ของสารเหล่านี้ น้ำมันหนักชนิดพิเศษไม่สามารถสูบขึ้นมาได้ด้วยเครื่องสูบน้ำแบบทั่วไป และต้องใช้การฉีดไอน้ำเพื่อฟื้นฟูความร้อน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการฟื้นฟูความร้อน จำเป็นต้องใช้สารลดแรงตึงผิว การฉีดโฟมเข้าไปในบ่อฉีดไอน้ำ ซึ่งก็คือการฉีดสารก่อโฟมที่ทนต่ออุณหภูมิสูงและก๊าซที่ไม่ควบแน่น เป็นหนึ่งในวิธีการเตรียมการที่ใช้กันทั่วไป สารก่อโฟมที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ อัลคิลเบนซีนซัลโฟเนตαสารลดแรงตึงผิวประเภทฟลูออริเนต เช่น โอเลฟินซัลโฟเนต, ปิโตรเลียมซัลโฟเนต, ซัลโฟอัลคิเลตโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ และซัลโฟอัลคิเลตโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลฟีนอลอีเทอร์ เป็นต้น เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวประเภทฟลูออริเนตมีฤทธิ์ทางพื้นผิวสูงและมีความเสถียรต่อกรด ด่าง ออกซิเจน ความร้อน และน้ำมัน จึงเป็นสารก่อฟองที่อุณหภูมิสูงที่เหมาะสม เพื่อให้การกระจายตัวของน้ำมันสามารถผ่านโครงสร้างรูพรุนของชั้นหินได้ง่าย หรือเพื่อให้การเคลื่อนย้ายน้ำมันบนพื้นผิวของชั้นหินเป็นไปได้ง่าย จึงจำเป็นต้องใช้สารลดแรงตึงผิวที่เรียกว่าสารกระจายฟิล์ม ซึ่งสารที่ใช้กันทั่วไปคือสารลดแรงตึงผิวประเภทออกซีอัลคิเลตฟีนอลเรซินพอลิเมอร์

2.สารลดแรงตึงผิวสำหรับสกัดน้ำมันดิบที่มีไขมันสูง

ในการสกัดน้ำมันดิบที่มีแว็กซ์ จำเป็นต้องทำการป้องกันและกำจัดแว็กซ์อย่างสม่ำเสมอ สารลดแรงตึงผิวถูกนำมาใช้เป็นสารยับยั้งและกำจัดแว็กซ์ สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในการป้องกันแว็กซ์ ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมันและสารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำ สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมันจะออกฤทธิ์ป้องกันแว็กซ์โดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของพื้นผิวผลึกแว็กซ์ สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมันที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ปิโตรเลียมซัลโฟเนตและสารลดแรงตึงผิวประเภทอะมีน สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมีบทบาทในการป้องกันแว็กซ์โดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของพื้นผิวที่แว็กซ์เกาะติด (เช่น พื้นผิวของท่อน้ำมัน แท่งดูด และอุปกรณ์ต่างๆ) สารลดแรงตึงผิวที่มีจำหน่าย ได้แก่ โซเดียมอัลคิลซัลโฟเนต เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม อัลเคนโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ และเกลือโซเดียมซัลโฟเนตของสารเหล่านี้ เป็นต้น สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในการกำจัดแว็กซ์ยังแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ สารที่ละลายในน้ำมัน ซึ่งใช้ในน้ำยาขจัดแว็กซ์แบบน้ำมัน และสารที่ละลายในน้ำ เช่น สารลดแรงตึงผิวประเภทซัลโฟเนต ประเภทเกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม ประเภทโพลีอีเทอร์ ประเภททวีน ประเภทโอพี รวมถึงสารลดแรงตึงผิวประเภทเพอร์รีกัลและประเภทโอพีที่ผ่านการเอสเทอริไฟด์ด้วยซัลเฟตหรือซัลโฟอัลคิเลต ซึ่งใช้ในน้ำยาขจัดแว็กซ์แบบน้ำ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทั้งในประเทศและต่างประเทศ การกำจัดและป้องกันแว็กซ์ได้ถูกผสมผสานกันอย่างลงตัว และน้ำยาขจัดแว็กซ์แบบน้ำมันและแบบน้ำก็ถูกผสมผสานกันเพื่อผลิตน้ำยาขจัดแว็กซ์แบบผสม สารกำจัดแว็กซ์ชนิดนี้ใช้ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกและไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกผสมเป็นเฟสน้ำมัน และใช้อิมัลซิไฟเออร์ที่มีคุณสมบัติในการกำจัดแว็กซ์เป็นเฟสน้ำ เมื่อเลือกใช้อิมัลซิไฟเออร์ที่เป็นสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุและมีจุดขุ่นที่เหมาะสม สารดังกล่าวจะสามารถถึงหรือเกินจุดขุ่นที่อุณหภูมิต่ำกว่าส่วนที่มีการสะสมแว็กซ์ในบ่อน้ำมัน ทำให้สารกำจัดแว็กซ์แบบผสมเกิดการแยกตัวเป็นอิมัลชันก่อนเข้าสู่ส่วนที่มีการสะสมแว็กซ์ แยกออกเป็นสารกำจัดแว็กซ์สองชนิดที่ออกฤทธิ์กำจัดแว็กซ์พร้อมกัน

3.สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในดินเหนียวที่มีความเสถียร

การทำให้ดินเหนียวคงตัวนั้นเกี่ยวข้องกับสองด้าน คือ การป้องกันการบวมตัวของแร่ดินเหนียว และการป้องกันการเคลื่อนย้ายของอนุภาคแร่ดินเหนียว สำหรับการป้องกันการบวมตัวของดินเหนียว สามารถใช้สารลดแรงตึงผิวประจุบวก เช่น เกลืออะมีน เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม เกลือไพริดีน และเกลืออิมิดาโซลีน ส่วนการป้องกันการเคลื่อนย้ายของอนุภาคแร่ดินเหนียว สามารถใช้สารลดแรงตึงผิวประจุบวกแบบไม่มีประจุที่มีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบได้

4.สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในมาตรการปรับสภาพความเป็นกรด

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำให้เป็นกรด โดยทั่วไปจำเป็นต้องเติมสารเติมแต่งต่างๆ ลงในสารละลายกรด สารลดแรงตึงผิวใดๆ ที่เข้ากันได้กับสารละลายกรดและถูกดูดซับได้ง่ายโดยพื้นผิวสามารถใช้เป็นสารหน่วงการทำให้เป็นกรดได้ ตัวอย่างเช่น ไฮโดรคลอไรด์ของเอมีนไขมัน เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี และเกลือไพริดิเนียมในกลุ่มสารลดแรงตึงผิวประจุบวก รวมถึงโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลฟีนอลอีเทอร์ที่ผ่านการซัลโฟเนต คาร์บอกซีเมทิลเลต ฟอสเฟตเอสเทอริไฟด์ หรือซัลเฟตเอสเทอริไฟด์ ในกลุ่มสารลดแรงตึงผิวแอมโฟเทอริก สารลดแรงตึงผิวบางชนิด เช่น กรดโดเดซิลซัลโฟนิกและเกลืออัลคิลเอมีนของมัน สามารถทำให้สารละลายกรดในน้ำมันเกิดเป็นอิมัลชันกรดในน้ำมัน ซึ่งเมื่อใช้เป็นของเหลวทำงานในการทำให้เป็นกรด ก็จะทำหน้าที่เป็นสารหน่วงการทำให้เป็นกรดด้วย

สารลดแรงตึงผิวบางชนิดสามารถทำหน้าที่เป็นสารแยกอิมัลชันสำหรับของเหลวที่เป็นกรดได้ สารลดแรงตึงผิวที่มีโครงสร้างแบบกิ่งก้าน เช่น โพลีออกซีเอทิลีน-โพลีออกซีโพรพิลีนโพรพิลีนไกลคอลอีเทอร์ และโพลีออกซีเอทิลีน-โพลีออกซีโพรพิลีนเพนตาเอทิลีนเฮกซามีน สามารถทำหน้าที่เป็นสารแยกอิมัลชันที่เป็นกรดได้

สารลดแรงตึงผิวบางชนิดสามารถใช้เป็นสารเติมแต่งในการทำความสะอาดกรดที่ใช้แล้วได้ ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวประเภทเกลืออะมีน ประเภทเกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม ประเภทเกลือไพริดิเนียม สารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุ สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริก และสารลดแรงตึงผิวที่มีฟลูออรีนเป็นองค์ประกอบ

สารลดแรงตึงผิวบางชนิดทำหน้าที่เป็นสารยับยั้งการเกิดกรดในตะกอน เช่น สารลดแรงตึงผิวที่ละลายในน้ำมันได้ เช่น อัลคิลฟีนอล กรดไขมัน กรดอัลคิลเบนซีนซัลโฟนิก และเกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนละลายในกรดได้ไม่ดี จึงสามารถใช้สารลดแรงตึงผิวที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนเพื่อกระจายสารเหล่านี้ในสารละลายกรดได้

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการทำให้เป็นกรด จำเป็นต้องเติมสารปรับเปลี่ยนความเปียกชื้นลงในสารละลายกรดเพื่อเปลี่ยนความเปียกชื้นของบริเวณใกล้หลุมเจาะจากเปียกน้ำมันเป็นเปียกน้ำ สารผสม เช่น โพลีออกซีเอทิลีน-โพลีออกซีโพรพิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ และโพลีออกซีเอทิลีน-โพลีออกซีโพรพิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ที่ถูกฟอสเฟตเป็นเอสเทอร์ จะถูกดูดซับโดยชั้นหินเป็นชั้นดูดซับหลัก จึงทำให้สามารถเปลี่ยนความเปียกชื้นได้

นอกจากนี้ สารลดแรงตึงผิวบางชนิด เช่น ไฮโดรคลอไรด์ของเอมีนไขมัน เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี หรือสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุแต่มีประจุลบ จะถูกนำมาใช้เป็นสารทำให้เกิดฟองเพื่อเตรียมของเหลวทำงานที่เป็นกรดในรูปโฟม ซึ่งบรรลุวัตถุประสงค์ในการชะลอการเกิดปฏิกิริยา ยับยั้งการกัดกร่อน และปรับสภาพความเป็นกรดในชั้นหินลึก หรืออีกทางหนึ่ง โฟมดังกล่าวสามารถใช้เป็นแผ่นรองก่อนการปรับสภาพความเป็นกรดได้ โดยหลังจากฉีดเข้าไปในชั้นหินแล้ว จะฉีดสารละลายกรดตามเข้าไป ผลกระทบของฟองอากาศในโฟมจะช่วยเบี่ยงเบนสารละลายกรด ทำให้กรดละลายชั้นหินที่มีการซึมผ่านต่ำเป็นหลัก และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการปรับสภาพความเป็นกรด

5.สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในมาตรการการแตกหิน

มาตรการการแตกหินมักถูกนำมาใช้ในแหล่งน้ำมันที่มีการซึมผ่านต่ำ โดยเกี่ยวข้องกับการใช้แรงดันเพื่อทำให้ชั้นหินแตก เกิดรอยแตก และใช้สารค้ำยัน (proppants) เพื่อลดความต้านทานการไหลของของเหลว ซึ่งจะส่งผลให้เพิ่มการผลิตและการฉีดของเหลวมากขึ้น ของเหลวสำหรับการแตกหินบางชนิดมีสารลดแรงตึงผิวเป็นส่วนประกอบ ของเหลวสำหรับการแตกหินแบบน้ำมันในน้ำเตรียมจากน้ำ น้ำมัน และสารทำให้เกิดอิมัลชัน สารทำให้เกิดอิมัลชันที่ใช้ ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวแบบไอออนิก แบบไม่มีไอออนิก และแบบแอมโฟเทอริก หากใช้น้ำที่ทำให้ข้นเป็นเฟสภายนอกและน้ำมันเป็นเฟสภายใน สามารถเตรียมของเหลวสำหรับการแตกหินแบบน้ำมันในน้ำที่ข้นขึ้น (อิมัลชันพอลิเมอร์) ได้ ของเหลวประเภทนี้สามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 160°C และสามารถแยกอิมัลชันและระบายของเหลวได้โดยอัตโนมัติ ของเหลวสำหรับการแตกหินแบบโฟมคือของเหลวที่มีน้ำเป็นตัวกลางในการกระจายตัวและก๊าซเป็นเฟสที่กระจายตัว โดยมีส่วนประกอบหลักคือ น้ำ ก๊าซ และสารทำให้เกิดฟอง สารก่อฟองได้แก่ อัลคิลซัลโฟเนต, อัลคิลเบนซีนซัลโฟเนต, อัลคิลซัลเฟตเอสเทอร์, เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม และสารลดแรงตึงผิวชนิด OP โดยทั่วไปความเข้มข้นของสารก่อฟองในน้ำจะอยู่ที่ 0.5–2% และอัตราส่วนของปริมาตรเฟสแก๊สต่อปริมาตรโฟมจะอยู่ในช่วง 0.5 ถึง 0.9 ของเหลวสำหรับการแตกหินด้วยน้ำมันนั้นถูกผลิตขึ้นโดยใช้น้ำมันเป็นตัวทำละลายหรือตัวกลางในการกระจายตัว น้ำมันที่ใช้กันทั่วไปในงานภาคสนามคือน้ำมันดิบหรือส่วนประกอบหนักของน้ำมันดิบ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพความหนืดต่ออุณหภูมิ จำเป็นต้องเติมปิโตรเลียมซัลโฟเนตที่ละลายได้ในน้ำมัน (ที่มีน้ำหนักโมเลกุล 300–750) ของเหลวสำหรับการแตกหินด้วยน้ำมันยังรวมถึงของเหลวสำหรับการแตกหินแบบน้ำในน้ำมันและของเหลวสำหรับการแตกหินแบบโฟมน้ำมันด้วย กลุ่มแรกใช้สารลดแรงตึงผิวประจุลบที่ละลายในน้ำมัน สารลดแรงตึงผิวประจุบวก และสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุเป็นอิมัลซิไฟเออร์ ในขณะที่กลุ่มหลังใช้สารลดแรงตึงผิวพอลิเมอร์ที่มีฟลูออรีนเป็นสารทำให้โฟมคงตัว ของเหลวสำหรับการแตกหินในชั้นหินที่ไวต่อความชื้นเป็นอิมัลชันหรือโฟมที่ผลิตโดยใช้ส่วนผสมของแอลกอฮอล์ (เช่น เอทิลีนไกลคอล) และน้ำมัน (เช่น น้ำมันก๊าด) เป็นตัวกลางในการกระจายตัว คาร์บอนไดออกไซด์เหลวเป็นเฟสที่กระจายตัว และซัลเฟตโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์เป็นอิมัลซิไฟเออร์หรือสารทำให้เกิดโฟม ใช้สำหรับการแตกหินในชั้นหินที่ไวต่อความชื้น ของเหลวสำหรับการแตกหินด้วยกรดทำหน้าที่ทั้งเป็นของเหลวสำหรับการแตกหินและของเหลวสำหรับปรับสภาพด้วยกรด ใช้ในชั้นหินคาร์บอเนตที่ดำเนินการทั้งสองอย่างพร้อมกัน ส่วนที่เกี่ยวข้องกับสารลดแรงตึงผิว ได้แก่ โฟมกรดและอิมัลชันกรด แบบแรกใช้แอลคิลซัลโฟเนตหรือแอลคิลเบนซีนซัลโฟเนตเป็นสารทำให้เกิดฟอง ส่วนแบบหลังใช้สารลดแรงตึงผิวชนิดซัลโฟเนตเป็นสารทำให้เกิดอิมัลชัน เช่นเดียวกับของเหลวที่ใช้ในการปรับสภาพด้วยกรด ของเหลวที่ใช้ในการแตกหินก็ใช้สารลดแรงตึงผิวเป็นสารแยกอิมัลชัน สารเติมแต่งเพื่อทำความสะอาด และสารที่ช่วยปรับสภาพการเปียก ซึ่งจะไม่กล่าวถึงในรายละเอียดในที่นี้

6.สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในการควบคุมโปรไฟล์และการป้องกันการอุดตันของน้ำ

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการพัฒนาการผลิตน้ำมันด้วยการอัดน้ำ และยับยั้งอัตราการเพิ่มขึ้นของปริมาณน้ำในน้ำมันดิบ จำเป็นต้องปรับโปรไฟล์การดูดซับน้ำในบ่อฉีด และใช้มาตรการอุดน้ำในบ่อผลิตเป็นวิธีการกระตุ้นการผลิต วิธีการควบคุมโปรไฟล์และการอุดน้ำเหล่านี้บางวิธีใช้สารลดแรงตึงผิวบางชนิด สารควบคุมโปรไฟล์แบบเจล HPC/SDS เตรียมได้จากการผสมไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลส (HPC) และโซเดียมโดเดซิลซัลเฟต (SDS) ในน้ำจืด โซเดียมอัลคิลซัลโฟเนตและอัลคิลไตรเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ละลายในน้ำเพื่อเตรียมของเหลวใช้งานสองชนิด ซึ่งจะถูกฉีดเข้าไปในชั้นหินอย่างต่อเนื่อง ของเหลวใช้งานทั้งสองชนิดจะมาบรรจบกันในชั้นหิน ทำให้เกิดตะกอนอัลคิลซัลไฟต์ของอัลคิลไตรเมทิลอะมีน ซึ่งจะไปปิดกั้นชั้นที่มีการซึมผ่านสูง โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลฟีนอลอีเทอร์ อัลคิลแอริลซัลโฟเนต เป็นต้น สามารถใช้เป็นสารทำให้เกิดฟองได้ สารเหล่านี้จะถูกละลายในน้ำเพื่อเตรียมของเหลวใช้งาน จากนั้นจะถูกฉีดเข้าไปในชั้นหินสลับกับของเหลวคาร์บอนไดออกไซด์ กระบวนการนี้จะทำให้เกิดโฟมในชั้นหิน (ส่วนใหญ่ในชั้นที่มีการซึมผ่านสูง) ทำให้เกิดการอุดตันและควบคุมการไหลของของเหลวในชั้นหินได้ อีกวิธีหนึ่งคือ การใช้สารลดแรงตึงผิวชนิดเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีเป็นสารก่อโฟม โดยละลายในซิลิกาโซลที่เตรียมจากแอมโมเนียมซัลเฟตและน้ำแก้ว แล้วฉีดเข้าไปในชั้นหิน จากนั้นจึงฉีดก๊าซที่ไม่ควบแน่น (ก๊าซธรรมชาติหรือก๊าซคลอรีน) เข้าไป ซึ่งจะสร้างโฟมโดยใช้ของเหลวเป็นตัวกลางในการกระจายตัวในชั้นหินก่อน จากนั้นซิลิกาโซลจะแข็งตัวเป็นเจลเพื่อสร้างโฟมโดยใช้ของแข็งเป็นตัวกลางในการกระจายตัว จึงทำให้เกิดการอุดตันในชั้นที่มีการซึมผ่านสูงและควบคุมการไหลของของเหลวในชั้นหินได้ อีกวิธีหนึ่งคือ การใช้สารลดแรงตึงผิวชนิดซัลโฟเนตเป็นสารก่อโฟมและสารประกอบโมเลกุลสูงเป็นสารเพิ่มความหนืดและสารทำให้โฟมคงตัว ตามด้วยการฉีดก๊าซหรือสารก่อก๊าซ จะทำให้เกิดโฟมที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบบนพื้นผิวหรือในชั้นหิน ในชั้นน้ำมัน สารลดแรงตึงผิวจำนวนมากจะเคลื่อนตัวไปยังส่วนต่อประสานระหว่างน้ำมันกับน้ำ ทำให้ฟองแตกตัว จึงไม่ปิดกั้นชั้นน้ำมัน และเป็นสารอุดน้ำในบ่อน้ำมันแบบเลือกเฉพาะ สารอุดน้ำซีเมนต์แบบใช้น้ำมันเป็นสารแขวนลอยของซีเมนต์ในน้ำมัน พื้นผิวของซีเมนต์มีคุณสมบัติชอบน้ำ เมื่อเข้าสู่ชั้นน้ำ น้ำจะแทนที่น้ำมันบนพื้นผิวซีเมนต์และทำปฏิกิริยากับซีเมนต์ ทำให้ซีเมนต์แข็งตัวและปิดกั้นชั้นน้ำ เพื่อเพิ่มความลื่นไหลของสารอุดนี้ มักมีการเติมสารลดแรงตึงผิวชนิดคาร์บอกซิเลตและซัลโฟเนต สารอุดน้ำไมเซลล์แบบใช้น้ำเป็นสารละลายไมเซลล์ที่ประกอบด้วยแอมโมเนียมปิโตรเลียมซัลโฟเนต ไฮโดรคาร์บอน แอลกอฮอล์ ฯลฯ เป็นหลัก เมื่อพบกับน้ำที่มีความเค็มสูงในชั้นหิน สารละลายนี้จะมีความหนืดสูงขึ้นเพื่อให้เกิดผลในการอุดน้ำ สารอุดรูพรุนชนิดสารละลายประจุบวกที่ใช้ตัวทำละลายเป็นน้ำหรือน้ำมัน ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารลดแรงตึงผิวประเภทอัลคิลคาร์บอกซิเลตและอัลคิลแอมโมเนียมคลอไรด์นั้น ใช้ได้เฉพาะกับชั้นหินทรายเท่านั้น ส่วนสารอุดรูพรุนชนิดน้ำมันหนักที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพนั้น เป็นน้ำมันหนักที่ละลายด้วยอิมัลซิไฟเออร์แบบน้ำในน้ำมัน เมื่อสัมผัสกับน้ำในชั้นหิน จะเกิดเป็นอิมัลชันน้ำในน้ำมันที่มีความหนืดสูง ทำให้เกิดการอุดรูพรุนด้วยน้ำ ส่วนสารอุดรูพรุนชนิดน้ำมันในน้ำนั้น เตรียมได้จากการอิมัลซิไฟเออร์น้ำมันหนักในน้ำโดยใช้สารลดแรงตึงผิวประจุบวกเป็นอิมัลซิไฟเออร์แบบน้ำมันในน้ำ

7.สารลดแรงตึงผิวสำหรับมาตรการควบคุมทราย

ก่อนดำเนินการควบคุมทราย จำเป็นต้องฉีดน้ำที่มีส่วนผสมของสารลดแรงตึงผิวในปริมาณที่เหมาะสมเข้าไปเป็นของเหลวชะล้างเบื้องต้น เพื่อทำความสะอาดชั้นหินก่อน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการควบคุมทราย สารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นสารลดแรงตึงผิวประจุลบ

8.สารลดแรงตึงผิวสำหรับการกำจัดน้ำออกจากน้ำมันดิบ

ในขั้นตอนการกู้คืนน้ำมันขั้นต้นและขั้นที่สอง สารแยกอิมัลชันน้ำในน้ำมันส่วนใหญ่ถูกนำมาใช้กับน้ำมันดิบที่ผลิตได้ โดยมีการพัฒนาผลิตภัณฑ์ออกมาสามรุ่น รุ่นแรกประกอบด้วยคาร์บอกซิเลต ซัลเฟต และซัลโฟเนต รุ่นที่สองประกอบด้วยสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ เช่น OP, Pegosperse และน้ำมันละหุ่งซัลโฟเนต รุ่นที่สามคือสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง ในขั้นตอนการกู้คืนน้ำมันขั้นที่สองตอนปลายและขั้นตอนการกู้คืนน้ำมันขั้นที่สาม น้ำมันดิบที่ผลิตได้ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของอิมัลชันน้ำมันในน้ำ มีสารแยกอิมัลชันสี่ประเภทที่ใช้ เช่น เตตระเดซิลไตรเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ และไดเดซิลไดเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ สารเหล่านี้สามารถทำปฏิกิริยากับอิมัลซิไฟเออร์ประจุลบเพื่อเปลี่ยนค่าสมดุลระหว่างคุณสมบัติชอบน้ำและชอบไขมัน หรือดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคดินเหนียวที่เปียกน้ำเพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติการเปียกและทำลายอิมัลชันน้ำมันในน้ำ นอกจากนี้ สารลดแรงตึงผิวประจุลบบางชนิดที่สามารถทำหน้าที่เป็นอิมัลซิไฟเออร์น้ำในน้ำมัน และสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุซึ่งละลายในน้ำมันได้ ยังสามารถใช้เป็นสารแยกอิมัลชันสำหรับอิมัลชันน้ำมันในน้ำได้อีกด้วย

9.สารลดแรงตึงผิวสำหรับการบำบัดน้ำ

หลังจากแยกน้ำมันดิบออกจากของเหลวที่ได้จากบ่อน้ำมันแล้ว น้ำที่ได้จะต้องได้รับการบำบัดเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับการฉีดกลับเข้าไปในบ่อ การบำบัดน้ำมีวัตถุประสงค์ 6 ประการ ได้แก่ การยับยั้งการกัดกร่อน การป้องกันการเกิดตะกรัน การฆ่าเชื้อ การกำจัดออกซิเจน การกำจัดน้ำมัน และการกำจัดของแข็งแขวนลอย ดังนั้นจึงมีการใช้สารยับยั้งการกัดกร่อน สารยับยั้งการเกิดตะกรัน สารฆ่าเชื้อแบคทีเรีย สารกำจัดออกซิเจน สารกำจัดน้ำมัน สารตกตะกอน ฯลฯ สารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องมีดังต่อไปนี้:

สารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมที่ใช้เป็นสารยับยั้งการกัดกร่อน ได้แก่ เกลือของกรดอัลคิลซัลโฟนิก กรดอัลคิลเบนซีนซัลโฟนิก กรดเพอร์ฟลูออโรอัลคิลซัลโฟนิก เกลือของอัลคิลเอมีนสายตรง เกลือของควอเทอร์นารีแอมโมเนียม เกลือของอัลคิลไพริดิเนียม เกลือของอิมิดาโซลีนและอนุพันธ์ โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ โพลีออกซีเอทิลีนไดอัลคิลโพรไพนอล โพลีออกซีเอทิลีนโรซินเอมีน โพลีออกซีเอทิลีนสเตียริลเอมีน โพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์อัลคิลซัลโฟเนต เกลือภายในของควอเทอร์นารีอะมิโนต่างๆ และเกลือภายในของบิส(โพลีออกซีเอทิลีน)อัลคิลและอนุพันธ์ สารลดแรงตึงผิวที่ใช้เป็นสารยับยั้งการเกิดตะกรัน ได้แก่ ฟอสเฟตเอสเทอร์ ซัลเฟตเอสเทอร์ อะซิเตต คาร์บอกซิเลต และสารประกอบโพลีออกซีเอทิลีนของสารเหล่านี้ ความเสถียรทางความร้อนของเอสเทอร์ซัลโฟเนตและคาร์บอกซิเลตดีกว่าเอสเทอร์ฟอสเฟตและเอสเทอร์ซัลเฟตอย่างเห็นได้ชัด สารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมที่ใช้เป็นสารฆ่าเชื้อแบคทีเรีย ได้แก่ เกลือแอลคิลเอมีนสายตรง เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม เกลือแอลคิลไพริดิเนียม เกลือของอิมิดาโซลีนและอนุพันธ์ เกลือภายในควอเทอร์นารีแอมโมเนียมชนิดต่างๆ และเกลือภายในของบิส(โพลีออกซีเอทิลีน)แอลคิลและอนุพันธ์ สารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรมที่ใช้เป็นสารกำจัดน้ำมันส่วนใหญ่เป็นสารที่มีโครงสร้างแบบกิ่งและมีหมู่โซเดียมไดไทโอคาร์บอกซิเลต

10.สารลดแรงตึงผิวสำหรับใช้ในการอัดฉีดสารเคมีเพื่อกู้คืนน้ำมัน

การกู้คืนน้ำมันขั้นต้นและขั้นที่สองสามารถสกัดน้ำมันดิบใต้ดินได้ 25% – 50% โดยมีน้ำมันดิบจำนวนมากเหลืออยู่ใต้ดินและไม่สามารถสกัดได้ การกู้คืนน้ำมันขั้นที่สามสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการกู้คืนน้ำมันได้ การกู้คืนน้ำมันขั้นที่สามส่วนใหญ่ใช้วิธีการฉีดสารเคมี กล่าวคือ การเติมสารเคมีบางชนิดลงในน้ำที่ฉีดเข้าไปเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการฉีดน้ำ ในบรรดาสารเคมีที่ใช้ บางชนิดเป็นสารลดแรงตึงผิวทางอุตสาหกรรม และสภาวะของสารเหล่านี้จะกล่าวถึงโดยสังเขปดังต่อไปนี้: วิธีการฉีดสารเคมีโดยใช้สารลดแรงตึงผิวเป็นตัวหลักเรียกว่า การฉีดสารลดแรงตึงผิว สารลดแรงตึงผิวมีบทบาทหลักในการเพิ่มประสิทธิภาพการกู้คืนน้ำมันโดยการลดแรงตึงผิวระหว่างน้ำมันกับน้ำและเพิ่มค่าเลขคาปิลลารี เนื่องจากพื้นผิวของชั้นหินทรายมีประจุลบ สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ส่วนใหญ่จึงเป็นสารลดแรงตึงผิวประจุลบ และส่วนใหญ่เป็นสารลดแรงตึงผิวซัลโฟเนต ซึ่งผลิตโดยการซัลโฟเนตเศษส่วนปิโตรเลียมที่มีปริมาณไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกสูงโดยใช้สารซัลโฟเนต (เช่น ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์) แล้วทำให้เป็นกลางด้วยด่าง ส่วนประกอบของสารซัลโฟเนต ได้แก่ สารออกฤทธิ์ 50% – 80%, น้ำมันแร่ 5% – 30%, น้ำ 2% – 20%, โซเดียมซัลเฟต 1% – 6% ซัลโฟเนตจากปิโตรเลียมทนต่ออุณหภูมิสูง แต่ไม่ทนต่อเกลือและไอออนโลหะที่มีวาเลนซ์สูง ซัลโฟเนตสังเคราะห์เตรียมได้จากไฮโดรคาร์บอนที่เกี่ยวข้องโดยใช้วิธีการสังเคราะห์ที่เหมาะสม ในบรรดาสารเหล่านี้ ซัลโฟเนตอัลฟาโอเลฟินมีความทนทานต่อเกลือและไอออนโลหะที่มีวาเลนซ์สูงเป็นพิเศษ นอกจากนี้ สารลดแรงตึงผิวแบบแอนไอออนิก-ไม่มีไอออนิก และสารลดแรงตึงผิวคาร์บอกซิเลตบางชนิดก็สามารถใช้ในการอัดฉีดน้ำมันได้เช่นกัน การอัดฉีดสารลดแรงตึงผิวต้องใช้สารเติมแต่งสองประเภท คือ สารช่วยลดแรงตึงผิว เช่น ไอโซบิวทานอล ไดเอทิลีนไกลคอลบิวทิลอีเทอร์ ยูเรีย ซัลโฟเลน อัลเคนิลเบนซีนซัลโฟเนต เป็นต้น และอิเล็กโทรไลต์ ได้แก่ กรด ด่าง และเกลือ โดยส่วนใหญ่เป็นเกลือ สารลดแรงตึงผิวสามารถลดคุณสมบัติการดูดซับน้ำของสารลดแรงตึงผิว เพิ่มคุณสมบัติการละลายในไขมัน และยังทำงานโดยการเปลี่ยนแปลงค่าสมดุลระหว่างคุณสมบัติการดูดซับน้ำและไขมันของสารลดแรงตึงผิว เพื่อลดการสูญเสียสารลดแรงตึงผิวและเพิ่มประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ การอัดฉีดสารลดแรงตึงผิวจึงใช้สารเคมีที่เรียกว่าสารช่วยสลายตัว สารที่สามารถใช้เป็นสารช่วยสลายตัวได้ ได้แก่ สารอัลคาไลน์ กรดโพลีคาร์บอกซิลิกและเกลือของมัน โอลิโกเมอร์และพอลิเมอร์ก็สามารถใช้เป็นสารช่วยสลายตัวได้เช่นกัน และลิกโนซัลโฟเนตและผลิตภัณฑ์ดัดแปลงของมันก็จัดเป็นสารช่วยสลายตัวชนิดหนึ่ง วิธีการอัดฉีดน้ำมันที่ใช้สารหลักสองชนิดขึ้นไปสำหรับการอัดฉีดน้ำมันด้วยสารเคมีเรียกว่าการอัดฉีดแบบผสม วิธีการอัดฉีดน้ำมันที่เกี่ยวข้องกับสารลดแรงตึงผิว ได้แก่: สารลดแรงตึงผิว + พอลิเมอร์สำหรับการอัดฉีดสารลดแรงตึงผิวแบบเพิ่มความหนืด; อัลคาไลน์ + สารลดแรงตึงผิวสำหรับการอัดฉีดสารลดแรงตึงผิวแบบเสริมด้วยอัลคาไลน์ หรือการอัดฉีดอัลคาไลน์แบบเสริมด้วยสารลดแรงตึงผิว; อัลคาไลน์ + สารลดแรงตึงผิว + พอลิเมอร์สำหรับการอัดฉีดแบบผสมสามองค์ประกอบ โดยทั่วไปแล้ว การอัดฉีดน้ำมันแบบผสมผสานจะมีอัตราการกู้คืนน้ำมันสูงกว่าการอัดฉีดแบบเดี่ยว จากการวิเคราะห์แนวโน้มการพัฒนาในปัจจุบันทั้งในและต่างประเทศ พบว่า การอัดฉีดแบบผสมผสานสามชนิดมีข้อดีมากกว่าการอัดฉีดแบบผสมผสานสองชนิด สารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในการอัดฉีดแบบผสมผสานสามชนิดส่วนใหญ่เป็นปิโตรเลียมซัลโฟเนต และมักผสมกับกรดซัลฟิวริก กรดฟอสฟอริก และคาร์บอกซิเลตของโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อีเทอร์ โซเดียมโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิลแอลกอฮอล์อัลคิลซัลโฟเนต เป็นต้น เพื่อเพิ่มความทนทานต่อเกลือ เมื่อเร็วๆ นี้ ทั้งในและต่างประเทศให้ความสำคัญกับการวิจัยและการใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ เช่น แรมโนลิปิด สารละลายจากการหมักโซโฟโรลิปิด รวมถึงคาร์บอกซิเลตผสมจากธรรมชาติ และลิกนินอัลคาไลน์ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการผลิตกระดาษ เป็นต้น ซึ่งได้ผลลัพธ์ที่ดีในการอัดฉีดน้ำมันทั้งในภาคสนามและในห้องปฏิบัติการ