Застосування поверхнево-активних речовин у нафтовидобутку

1.Поверхнево-активні речовинивикористовується длявидобуток важкої нафти

Через високу в'язкість та погану плинність важкої нафти це створює багато труднощів для її експлуатації. Для видобутку такої важкої нафти водні розчини поверхнево-активних речовин іноді закачують у свердловину, щоб перетворити високов'язку важку нафту на низьков'язкі емульсії типу "нафта у воді", які потім закачують на поверхню. Поверхнево-активні речовини, що використовуються в цьому методі емульгування та зниження в'язкості важкої нафти, включають алкілсульфонат натрію, ефір поліоксіетиленалкілового спирту, ефір поліоксіетиленалкілфенола, поліоксіетиленполіоксипропіленполіенполіамін, ефір поліоксіетиленалкілового спирту сульфат натрію тощо. Для отримання емульсій типу "нафта у воді" необхідно відокремити воду, а деякі промислові поверхнево-активні речовини також використовуються як деемульгатори для зневоднення. Ці деемульгатори є емульгаторами типу "вода в нафті". Зазвичай використовуються катіонні поверхнево-активні речовини, або нафтенові кислоти, асфальтові кислоти та їх полівалентні солі металів. Спеціальна важка нафта не може бути використана звичайними насосними установками та потребує закачування пари для термічного відновлення. Для покращення ефекту термічного відновлення необхідно використовувати поверхнево-активні речовини. Впорскування піни у паронагнітальну свердловину, тобто впорскування високотемпературних піноутворювачів та неконденсованих газів, є одним із поширених методів підготовки. Зазвичай використовуваними піноутворювачами є алкілбензолсульфонати,α-олефінові сульфонати, нафтові сульфонати, сульфоалкільовані ефіри поліоксиетиленових алкілових спиртів та сульфоалкільовані ефіри поліоксиетиленових алкілфенолів тощо. Оскільки фторовані поверхнево-активні речовини мають високу поверхневу активність і стійкі до кислот, лугів, кисню, тепла та олії, вони є ідеальними піноутворювачами за високих температур. Для того, щоб диспергована олія легко проходила через пороподібну структуру пласта або щоб олія легко витіснялася з поверхні пласта, необхідні поверхнево-активні речовини, які називаються плівковими дифузійними агентами, і найчастіше використовуються оксиалкільовані фенольні смоляні полімерні поверхнево-активні речовини.

2.Поверхнево-активні речовини для екстракції воскоподібної сирої нафти

Під час видобутку воскоподібної сирої нафти необхідно часто проводити запобігання утворенню парафіну та видалення парафіну. Поверхнево-активні речовини використовуються як інгібітори та засоби для видалення парафіну. Поверхнево-активні речовини, що використовуються для запобігання утворенню парафіну, включають маслорозчинні поверхнево-активні речовини та водорозчинні поверхнево-активні речовини. Перші здійснюють ефект запобігання утворенню парафіну, змінюючи властивості поверхні кристалів воску. Зазвичай використовуються маслорозчинні поверхнево-активні речовини - це сульфонати нафти та поверхнево-активні речовини амінного типу. Водорозчинні поверхнево-активні речовини відіграють певну роль у запобіганні утворенню парафіну, змінюючи властивості поверхонь, що відкладають парафін (таких як поверхні нафтопроводів, насосних штанг та обладнання). До доступних поверхнево-активних речовин належать алкілсульфонати натрію, четвертинні амонієві солі, алканові поліоксіетиленові ефіри, ароматичні вуглеводневі поліоксіетиленові ефіри та їх натрієві сульфонатні солі тощо. Поверхнево-активні речовини, що використовуються для видалення воску, також поділяються на дві категорії: маслорозчинні використовуються у засобах для видалення воску на масляній основі, а водорозчинні, такі як поверхнево-активні речовини сульфонатного типу, четвертинного амонієвої солі, поліефірного типу, типу Tween, типу OP, а також сульфатно-естерифіковані або сульфоалкільовані поверхнево-активні речовини типу Peregal та типу OP, використовуються у засобах для видалення воску на водній основі. В останні роки, як у країні, так і за кордоном, видалення та запобігання утворенню воску органічно поєднуються, а засоби для видалення воску на масляній основі та засоби для видалення воску на водній основі також органічно поєднуються для отримання засобів для видалення воску змішаного типу. Цей тип засобу для видалення воску використовує ароматичні вуглеводні та змішані ароматичні вуглеводні як масляну фазу, а емульгатори з ефектом видалення воску як водну фазу. Коли обраний емульгатор є неіоногенною поверхнево-активною речовиною з відповідною температурою помутніння, він може досягати або перевищувати свою температуру помутніння за температури нижче секції парафінового відкладення нафтової свердловини, тим самим спричиняючи деемульгування змішаного засобу для видалення парафіну перед потраплянням у секцію парафінового відкладення, розділяючись на два типи засобу для видалення парафіну, які одночасно здійснюють ефект видалення парафіну.

3.Поверхнево-активні речовини, що використовуються у стабільній глині

Стабілізація глини включає два аспекти: запобігання набуханню глинистих мінералів та запобігання міграції частинок глинистого мінералу. Для запобігання набуханню глини можна використовувати катіонні поверхнево-активні речовини, такі як солі аміну, четвертинні амонієві солі, солі піридину та імідазолінові солі. Для запобігання міграції частинок глинистого мінералу можна використовувати фторвмісні неіоногенні катіонні поверхнево-активні речовини.

4.Поверхнево-активні речовини, що використовуються в заходах підкислення

Для посилення підкислюючого ефекту, як правило, необхідно додавати різні добавки до кислотного розчину. Як сповільнювач підкислення можна використовувати будь-яку поверхнево-активну речовину, сумісну з кислотним розчином і легко адсорбовану пластом. Прикладами є гідрохлориди жирних амінів, четвертинні амонієві солі та піридинієві солі серед катіонних поверхнево-активних речовин, а також сульфовані, карбоксиметильовані, фосфатно-естерифіковані або сульфатно-естерифіковані поліоксіетилен алкілфенольні ефіри серед амфотерних поверхнево-активних речовин. Деякі поверхнево-активні речовини, такі як додецилсульфонова кислота та її алкіламінові солі, можуть емульгувати кислотний розчин в олії, утворюючи емульсію «кислота в олії», яка при використанні як робоча рідина для підкислення також функціонує як сповільнювач.

Деякі поверхнево-активні речовини можуть діяти як деемульгатори для підкислення рідин. Поверхнево-активні речовини з розгалуженою структурою, такі як поліоксіетилен-поліоксипропіленпропіленглікольовий ефір та поліоксіетилен-поліоксипропіленпентаетиленгексамін, можуть служити деемульгаторами, що підкислюють.

Деякі поверхнево-активні речовини можуть бути використані як добавки для очищення відпрацьованих кислот, включаючи амінні солі, четвертинні амонієві солі, піридинієві солі, неіоногенні, амфотерні та фторовані поверхнево-активні речовини.

Деякі поверхнево-активні речовини функціонують як інгібітори підкислення осаду, такі як маслорозчинні поверхнево-активні речовини, такі як алкілфеноли, жирні кислоти, алкілбензолсульфонові кислоти та четвертинні амонієві солі. Через їх погану розчинність у кислоті, неіоногенні поверхнево-активні речовини можуть бути використані для їх диспергування в кислотному розчині.

Для покращення ефекту кислотності до кислотного розчину необхідно додавати модифікатори змочуваності, щоб змінити змочуваність присквердлоподібної зони з нафтово-зволоженої на водо-зволожену. Суміші, такі як поліоксиетилен-поліоксипропіленалкіловий ефір та фосфатно-естерифікований поліоксиетилен-поліоксипропіленалкіловий ефір, адсорбуються пластом як основний адсорбційний шар, тим самим досягаючи зміни змочуваності.

Крім того, деякі поверхнево-активні речовини, такі як гідрохлориди жирних амінів, четвертинні амонієві солі або неіоногенні-аніонні поверхнево-активні речовини, використовуються як піноутворювачі для приготування робочих рідин на основі пінної кислоти, які досягають цілей уповільнення реакції, пригнічення корозії та підкислення глибоких пластів. Як альтернатива, такі піни можна використовувати як попередні прокладки для підкислення: після закачування у пласт, кислотний розчин закачується згодом. Ефект Жаміна, що генерується бульбашками в піні, може відводити кислотний розчин, змушуючи його розчиняти переважно низькопроникні шари і таким чином покращувати підкислювальний ефект.

5.Поверхнево-активні речовини, що використовуються в заходах гідророзриву пласта

Заходи з гідророзриву пласта часто застосовуються на нафтових родовищах з низькою проникністю. Вони включають використання тиску для руйнування пласта, створення тріщин та підпирання тріщин проппантами для зменшення опору потоку рідини, тим самим досягаючи мети збільшення видобутку та закачування. Деякі рідини для гідророзриву пласта формулюються з поверхнево-активними речовинами як одним з їхніх компонентів. Рідини для гідророзриву пласта типу "нафта у воді" готуються з води, нафти та емульгаторів. Використовувані емульгатори включають іонні, неіонні та амфотерні поверхнево-активні речовини. Якщо загущена вода використовується як зовнішня фаза, а нафта як внутрішня фаза, можна сформувати загущену рідину для гідророзриву пласта типу "нафта у воді" (полімерну емульсію). Цей тип рідини для гідророзриву пласта може використовуватися за температур нижче 160°C і може автоматично деемульгувати та випускати рідини. Пінні рідини для гідророзриву пласта - це ті, в яких вода є дисперсійним середовищем, а газ - дисперсною фазою, основними компонентами яких є вода, газ та піноутворювачі. Як піноутворювачі можна використовувати алкілсульфонати, алкілбензолсульфонати, алкілсульфатні естери, четвертинні амонієві солі та поверхнево-активні речовини типу OP. Концентрація піноутворювачів у воді зазвичай становить 0,5–2%, а співвідношення об'єму газової фази до об'єму піни коливається від 0,5 до 0,9. Рідини для гідророзриву пласта на нафтовій основі виготовляються з використанням нафти як розчинника або дисперсійного середовища. Найчастіше в польових застосуваннях використовуються сира нафта або її важкі фракції. Для покращення їхніх характеристик в'язкості-температури необхідно додавати маслорозчинні сульфонати нафти (з молекулярною масою 300–750). Рідини для гідророзриву пласта на нафтовій основі також включають рідини для гідророзриву пласта вода-в-нафті та рідини для гідророзриву пласта на основі нафтової піни. У перших використовуються маслорозчинні аніонні поверхнево-активні речовини, катіонні поверхнево-активні речовини та неіонні поверхнево-активні речовини як емульгатори, тоді як у других використовуються фторвмісні полімерні поверхнево-активні речовини як стабілізатори піни. Рідини для гідророзриву пластів, чутливих до води, – це емульсії або піни, виготовлені з використанням суміші спиртів (таких як етиленгліколь) та масел (таких як гас) як дисперсійного середовища, рідкого вуглекислого газу як дисперсної фази та сульфатованих ефірів поліоксіетиленалкілового спирту як емульгаторів або піноутворювачів, що використовуються для гідророзриву пластів, чутливих до води. Рідини для гідророзриву пластів, що використовуються для підкислення гідророзриву пластів, служать як рідинами для гідророзриву пластів, так і рідинами для підкислення, що використовуються в карбонатних формаціях, де обидва заходи здійснюються одночасно. До поверхнево-активних речовин відносяться кислотні піни та кислотні емульсії; у перших використовуються алкілсульфонати або алкілбензолсульфонати як піноутворювачі, а в других – поверхнево-активні речовини сульфонатного типу як емульгатори. Як і у рідинах для підкислення, у рідинах для гідророзриву пластів поверхнево-активні речовини також використовуються як деемульгатори, очищувальні добавки та агенти для зворотного змочування, які тут не будуть розглядатися детально.

6.Поверхнево-активні речовини, що використовуються для контролю профілю та заходів щодо закупорювання водоносних труб

Для підвищення ефективності заводнення та уповільнення темпів збільшення обводненості сирої нафти необхідно скоригувати профіль водопоглинання в нагнітальних свердловинах та впровадити заходи з тампонування води у виробничих свердловинах як методи стимуляції. Деякі з цих методів контролю профілю та тампонування води часто використовують певні поверхнево-активні речовини. Гелевий агент для контролю профілю HPC/SDS готується шляхом змішування гідроксипропілцелюлози (HPC) та додецилсульфату натрію (SDS) у прісній воді. Алкілсульфонат натрію та хлорид алкілтриметиламонію відповідно розчиняються у воді для отримання двох робочих рідин, які послідовно закачуються у пласт. Дві робочі рідини зустрічаються у пласті, утворюючи осади алкілсульфіту алкілтриметиламіну, які блокують високопроникні шари. Поліоксиетиленалкілфенольний ефір, алкіларилсульфонат тощо можуть бути використані як піноутворювачі. Їх розчиняють у воді для приготування робочої рідини, яку потім по черзі закачують у пласт разом з рідким вуглекислим робочим рідиною. Це утворює піну у пласті (головним чином у високопроникних шарах), викликаючи закупорку та досягаючи ефекту контролю профілю. Як піноутворювач використовується поверхнево-активна речовина типу четвертинної амонієвої солі, розчинена в кремнеземному золі, приготованому з сульфату амонію та рідкого скла, та введена у пласт. Потім вводиться неконденсований газ (природний газ або хлорний газ), який спочатку утворює піну з рідиною як дисперсійним середовищем у пласті, а потім кремнеземний золь гелює, утворюючи піну з твердою речовиною як дисперсійним середовищем, тим самим блокуючи високопроникні шари та досягаючи контролю профілю. Використовуючи поверхнево-активні речовини сульфонатного типу як піноутворювачі та високомолекулярні сполуки як загусники та піностабілізатори, а потім вводячи газ або газоутворюючі речовини, на поверхні або у пласті утворюється піна на водній основі. У нафтовому шарі велика кількість поверхнево-активної речовини переміщується до межі розділу нафта-вода, що призводить до руйнування піни, тому вона не блокує нафтовий шар і є селективним тампоніруючим агентом для свердловин нафтової води. Тампоніруючий агент для цементу на нафтовій основі - це суспензія цементу в нафті. Поверхня цементу гідрофільна. Коли вода потрапляє у водоутворюючий шар, вона витісняє нафту з поверхні цементу та реагує з цементом, що призводить до затвердіння цементу та блокування водоутворюючого шару. Для покращення плинності цього тампонуючого агента зазвичай додають поверхнево-активні речовини карбоксилатного та сульфонатного типу. Міцелярний рідинний тампонуючий агент на водній основі - це міцелярний розчин, що складається переважно з амоній-нафтового сульфонату, вуглеводнів, спиртів тощо. Коли він зустрічається з високосолоною водою у пласті, він може стати в'язким для досягнення ефекту тампону. Тампонуючі агенти на водній або масляній основі на основі катіонних поверхнево-активних речовин, які переважно складаються з алкілкарбоксилату та алкіламонійхлориду, застосовні лише до пісковикових формацій. Активний тампонуючий агент на основі важкої нафти - це важка нафта, розчинена з емульгаторами вода-в-нафті. Коли він зустрічається з водою у пласті, він утворює високов'язку емульсію вода-в-нафті для досягнення тампону. Тампонуючий агент нафта-у-воді готують шляхом емульгування важкої нафти у воді з використанням катіонних поверхнево-активних речовин як емульгаторів нафта-у-воді.

7.Поверхнево-активні речовини для заходів боротьби з піском

Перед початком операцій з контролю піску необхідно ввести певну кількість активної води, підготовленої з поверхнево-активними речовинами, як рідину для попереднього промивання пласта, щоб попередньо очистити його та покращити ефект контролю піску. Більшість поверхнево-активних речовин, що зазвичай використовуються в даний час, є аніонними поверхнево-активними речовинами.

8.Поверхнево-активні речовини для зневоднення сирої нафти

На стадіях первинного та вторинного видобутку нафти для видобутої сирої нафти здебільшого використовуються деемульгатори типу «вода в нафті». Було розроблено три покоління продуктів. Перше покоління включає карбоксилати, сульфати та сульфонати. Друге покоління складається з низькомолекулярних неіоногенних поверхнево-активних речовин, таких як OP, Pegosperse та сульфована касторова олія. Третє покоління – це високомолекулярні неіоногенні поверхнево-активні речовини. На пізній стадії вторинного видобутку нафти та стадії третинного видобутку нафти видобута сира нафта здебільшого існує у формі емульсій «олія у воді». Використовується чотири типи деемульгаторів, такі як тетрадецилтриметиламоній хлорид та дидецилдиметиламоній хлорид. Вони можуть реагувати з аніонними емульгаторами, змінюючи їх гідрофільно-ліпофільний баланс, або адсорбуватися на поверхні водовологих глинистих частинок, змінюючи їх змочуваність та руйнуючи емульсію «олія у воді». Крім того, деякі аніонні поверхнево-активні речовини, які можуть діяти як емульгатори вода-в-олії, та маслорозчинні неіонні поверхнево-активні речовини, також можуть бути використані як деемульгатори для емульсій олія-в-воді.

9.Поверхнево-активні речовини для очищення води

Після того, як сира нафта відокремлюється від видобутої рідини нафтової свердловини, видобуту воду необхідно обробити, щоб відповідати вимогам для повторного закачування. Цілі обробки води включають шість аспектів: інгібування корозії, запобігання утворенню накипу, стерилізацію, дезоксигенацію, видалення нафти та видалення твердих завислих речовин. Тому використовуються інгібітори корозії, інгібітори накипу, бактерициди, розкислювачі, засоби для видалення нафти, флокулянти тощо. Промислові поверхнево-активні речовини, що використовуються, є наступними:

Промислові поверхнево-активні речовини, що використовуються як інгібітори корозії, включають солі алкілсульфонових кислот, алкілбензолсульфонових кислот, перфторалкілсульфонових кислот, солі алкіламінів з прямим ланцюгом, четвертинні амонієві солі, солі алкілпіридинію, солі імідазолінів та їх похідних, ефіри поліоксиетиленалкілових спиртів, поліоксиетилендіалкілпропіноли, аміни поліоксиетиленрозину, поліоксиетиленстеариламіни, алкілсульфонати ефірів поліоксиетиленалкілових спиртів, різні внутрішні солі четвертинних амінокислот та внутрішні солі біс(поліоксиетилен)алкілів та їх похідних. Поверхнево-активні речовини, що використовуються як інгібітори утворення накипу, включають фосфатні ефіри, сульфатні ефіри, ацетати, карбоксилати та їх поліоксиетиленові сполуки. Термічна стабільність сульфонатних ефірів та карбоксилатів значно краща, ніж у фосфатних ефірів та сульфатних ефірів. Промислові поверхнево-активні речовини, що використовуються як бактерициди, включають солі алкіламінів з прямим ланцюгом, четвертинні амонієві солі, солі алкілпіридинію, солі імідазолінів та їх похідних, різні внутрішні солі четвертинного амонію та внутрішні солі біс(поліоксиетилен)алкілів та їх похідних. Промислові поверхнево-активні речовини, що використовуються як засоби для видалення нафти, в основному мають розгалужену структуру та містять дитіокарбоксилатні групи натрію.

10.Поверхнево-активні речовини для хімічного заводнення при видобутку нафти

Первинний та вторинний видобуток нафти може витягти від 25% до 50% сирої нафти з підземних пластів, при цьому велика кількість сирої нафти залишається під землею і не може бути вилучена. Третинний видобуток нафти може підвищити ефективність видобутку нафти. Третинний видобуток нафти здебільшого використовує методи хімічного заводнення, тобто додавання деяких хімічних речовин до закачаної води для підвищення ефективності заводнення. Серед використовуваних хімічних речовин деякі належать до промислових поверхнево-активних речовин, і їх умови коротко описані наступним чином: Метод хімічного заводнення з поверхнево-активною речовиною як основним агентом називається заводненням із поверхнево-активними речовинами. Поверхнево-активні речовини в основному відіграють певну роль у покращенні видобутку нафти, зменшуючи міжфазний натяг нафта-вода та збільшуючи кількість капілярів. Оскільки поверхня пісковикових утворень негативно заряджена, використовувані поверхнево-активні речовини є переважно аніонними поверхнево-активними речовинами, і більшість з них є сульфонатними поверхнево-активними речовинами. Вони виготовляються шляхом сульфування нафтових фракцій з високим вмістом ароматичних вуглеводнів за допомогою сульфуючих агентів (таких як триоксид сірки) з подальшою нейтралізацією лугами. Його характеристики: активний інгредієнт 50% – 80%, мінеральна олія 5% – 30%, вода 2% – 20%, сульфат натрію 1% – 6%. Нафтові сульфонати стійкі до високих температур, але не до солей та іонів високовалентних металів. Синтетичні сульфонати отримують з відповідних вуглеводнів за допомогою відповідних методів синтезу. Серед них α-олефінові сульфонати особливо стійкі до солей та іонів високовалентних металів. Крім того, деякі аніонні-неіонні поверхнево-активні речовини та карбоксилатні поверхнево-активні речовини також можуть бути використані для заводнення нафти. Заводнення поверхнево-активними речовинами вимагає двох типів добавок: один - це ко-поверхнево-активні речовини, такі як ізобутанол, діетиленглікольбутиловий ефір, сечовина, сульфолан, алкенілбензолсульфонати тощо; інший - це електроліти, включаючи кислоти, луги та солі, головним чином солі. Вони можуть зменшувати гідрофільність поверхнево-активних речовин, відносно збільшувати ліпофільність, а також функціонувати, змінюючи значення гідрофільно-ліпофільного балансу поверхнево-активних речовин. Для зменшення втрат поверхнево-активних речовин та підвищення економічної ефективності, при заводненні поверхнево-активними речовинами також використовуються хімічні речовини, які називаються жертовними агентами. Речовини, які можуть бути використані як жертовні агенти, включають лужні речовини, полікарбонові кислоти та їх солі, олігомери та полімери також можуть бути використані як жертовні агенти, а лігносульфонати та їх модифіковані продукти є типом жертовних агентів. Метод заводнення нафтою, який використовує два або більше основних агентів для хімічного заводнення нафтою, називається комбінованим заводненням. Такі методи заводнення нафтою, пов'язані з поверхнево-активними речовинами, включають: поверхнево-активні речовини + полімер для заводнення з загущеними поверхнево-активними речовинами; луг + поверхнево-активні речовини для заводнення з посиленими лугами поверхнево-активними речовинами або заводнення з посиленими лугами поверхнево-активними речовинами; луг + поверхнево-активні речовини + полімер для потрійного композитного заводнення. Композитне заводнення зазвичай має вищу нафтовидобуток, ніж одноразове заводнення. Згідно з аналізом сучасних тенденцій розвитку в країні та за кордоном, потрійне композитне заводнення має більші переваги, ніж бінарне композитне заводнення. Поверхнево-активні речовини, що використовуються в потрійному композитному заводненні, - це переважно нафтові сульфонати, які зазвичай змішують із сірчаною кислотою, фосфорною кислотою та карбоксилатом поліоксиетиленалкілового спиртового ефіру, поліоксиетиленалкілспіртовим алкілсульфонатом натрію тощо для покращення їхньої солестійкості. Останнім часом як вітчизняні, так і зарубіжні країни надають значення дослідженню та використанню біоповерхнево-активних речовин, таких як рамноліпіди, софороліпідні ферментаційні бульйони, а також природні змішані карбоксилати та побічний продукт паперового виробництва, лужний лігнін тощо, які досягли хороших результатів заводнення нафтою в польових та лабораторних випробуваннях.