重烷基苯磺酸盐与石油磺酸盐复配弱碱体系性能研究

2015-12-01杨勇中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院黑龙江大庆163712

长江大学学报(自科版) 2015年31期

杨勇（中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712）

李晶（中石油大庆油田有限责任公司第六采油厂，黑龙江大庆163114）

经过多年技术攻关，大庆油田三元复合驱用主表面活性剂国产化取得了重大突破［1］。研制出的性能优良的强碱烷基苯磺酸盐表面活性剂在某些三元复合驱矿场试验取得较好效果的同时，也暴露出了如地层伤害严重、聚合物用量大、检泵周期短和采出液处理难等问题，在一定程度上影响了三元复合驱经济效益［2］。另外，由于国内重烷基苯原料供应量有限，每年仅有3×104t左右，可生产表面活性剂6×104t／a（活性物含量50%），与油田的未来几年的实际需求量相差甚远，在一定程度上减缓了三元复合驱工业化推广步伐。因此，为了降低成本以及扩大复合驱技术在油田的应用规模，表面活性剂的弱碱化已成为今后表面活性剂发展的必然趋势［3］。

1 复配机理及优势

结合三次采油技术对表面活性剂要求，复配表面活性剂体系具有2大优势：一方面，通过活性剂复配可以提高表面活性剂性能，扩大表面活性剂对不同油水条件的适应性。通过复配可改变一些表面活性剂的理化性能，如在非离子表面活性剂中加入少量阴离子化学剂可使非离子表面活性剂的浊点升高，从而提高非离子表面活性剂对油藏的适应性。而阴－阳离子表面活性剂复配体系除了具有较低CMC（临界胶束浓度）和高活性特点外，还具有较好的发泡和稳泡能力［4］。另一方面，通过活性剂复配可以降低表面活性剂用量和成本，提高复合驱效益。近几年，随着国产表面活性剂研制取得突破，复合驱技术应用规模逐渐扩大。但化学剂用量大，成本高的问题始终是制约复合驱技术工业化推广的重要因素。由于表面活性剂复配后易于在水溶液中聚集形成胶团，从而大幅度降低CMC，在表面活性剂浓度极低的情况下，就能达到CMC，从而使表面活性剂用量降低成为可能［5］。另外，在配方优化时可选用一些价格相对低廉的表面活性剂与成本较高的表面活性剂复配，在保证驱油效果的同时，进一步降低成本较高的表面活性剂在配方中的用量，对提高复合驱的经济效果亦具有重大意义。

大庆炼化公司通过糠醛抽提和反序脱蜡，成功提取了大庆原油馏份油中芳烃，研制出了石油磺酸盐产品。石油磺酸盐产品原料来源充足，但是未磺化油含量高，活性物含量低。由大庆勘探开发研究院合成的烷基苯磺酸盐性能比较优越，但是原料来源受限。两者复配后，在改善石油磺酸盐产品性能的同时，也解决了烷基苯磺酸盐原料受限问题。

2 石油磺酸盐组分分析及界面性能评价试验

采用重量分析法（SY／T 6424－2000）对石油磺酸盐中各组分含量进行分析，结果见表1。由表1可以看出，产品中未磺化油达到了55.6%，而活性物含量仅为19.6%。对脱油前后石油磺酸盐产品进行了LC－MS（液相色谱质谱）分析，结果见图1和图2，从活性物的平均当量上来看，石油磺酸盐原样品的平均当量为474.5，脱油后平均当量下降为451.1，但当量分布没有发生显著改变。理论上，分离前后石油磺酸盐产品的界面张力行为应基本保持一致。采用大庆油田采油三厂油水（油水性质见表2和表3）对脱油前后产品进行了界面张力性能评价，结果见图3和图4。试验结果表明，脱油后石油磺酸盐产品的界面张力行为发生较大变化。导致该变化有2方面的原因：一是产品中存在的大量未磺化油，一部分参与胶束增溶改变表面活性剂总体表观当量及其分布，使界面张力性能得到改善，界面张力检测时，一部分游离油包裹被测原油阻止界面张力的恢复，从而造成界面张力一定程度的假象；二是石油磺酸盐在磺化过程中存在部分过磺化现象，即一个可磺化物上连接上2个磺基，导致石油磺酸盐脱油后表现出亲水性过强，只有在特高碱浓度下才能与原油形成超低界面张力。

表1 石油磺酸盐产品组成分析

图1 石油磺酸盐产品LC－MS分析结果

图2 脱油后石油磺酸盐LC－MS分析结果

表2 大庆油田采油三厂原油族组成分析结果

表3 大庆油田采油三厂注入水中各项离子分析结果

3 复配体系性能研究

3.1 复配体系界面张力试验

将烷基苯与石油磺酸盐表活剂按比例复配，复配后的表面活性剂产品具有良好的流动性，解决了单独石油磺酸盐活性物含量低、黏度大的问题。复配体系界面张力试验结果见图5，可以看出石油磺酸盐与烷基苯磺酸盐具有良好的协同效应，复配后可在较宽的活性剂和碱浓度范围内与原油形成10－3mN／m数量级超低界面张力。

图3 石油磺酸盐界面活性图

图4 脱油后石油磺酸盐界面活性图

3.2 复配体系稳定性试验

将表面活性剂浓度为0.3%，碳酸钠浓度为1.2%的三元体系分装于比色管中，置于45℃烘箱中恒温保存、定期检测，以考察体系的界面张力和黏度，结果见图6。可以看出，90d后三元体系在保留较高体系黏度的同时，可与原油形成超低界面张力。

3.3 复配体系抗吸附及乳化性能试验

采用60～100目的净油砂，在固液比为1∶9、45℃条件下，采用大庆油田采油三厂油水，对三元体系进行多次吸附评价，结果见图7。结果表明，该体系经10次吸附后，仍可与原油形成超低界面张力，具有良好的抗吸附性能，明显优于单独石油磺酸盐体系。将原油与2种复合体系按照体积比1∶1加入到具塞比色管中，经搅拌后，置于45℃烘箱中恒温保存，观察相体积的变化情况。试验结果表明，该体系与原油乳化后乳状液的稳定性要好于单独石油磺酸盐产品（见图8）。

图5 复配弱碱三元体系界面活性图

图6 复配弱碱三元体系稳定性评价结果

3.4 复配体系天然岩心驱油效果评价

采用天然岩心，按照0.3PV三元主段塞＋0.2PV后续聚合物段塞的注入方式，开展驱油效果评价，结果见表4。其中，三元主段塞中表面活性剂浓度为0.3%，碳酸钠浓度为1.2%，黏度为30mPa·s（炼化2500×104分子量聚合物），后续聚合物段塞的黏度为40mPa·s（炼化2500×104分子量聚合物）。结果表明，复配后的三元体系化学驱平均采收率比水驱采收率提高17.2%，比单独应用石油磺酸盐驱油的采收率高出1.2%。