三次采油化学驱油技术现状与展望

武宜乔

摘 要：介绍了几十年来采油技术的发展概况，概括了三次采油的种类，以及采油作用原理。针对化学驱采油的分类，详细阐述了表面活性剂驱和聚合物驱油采油所使用到的化学原料，并对化学驱油采油技术的发展要求和发展方向进行了展望。

关 键 词：三次采油；表面活性剂；聚合物驱

中图分类号：TE 39 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）08-1851-03

Abstract： Development status of the oil recovery technology in recent years was introduced； types and principles of technologies of tertiary oil recovery were outlined. Chemicals used in surfactant flooding and polymer flooding were introduced， development requirements and development direction of the chemical flooding technology in the future were discussed.

Key words： tertiary oil recovery； surfactant； polymer flooding

石油作为一种不可再生资源，被广泛应用于交通运输、化工工业生产等各个领域[1]。它是国民经济的命脉。目前我国石油探明储量已达50亿t，但其中多为较难开采的重质原油。近年来，随着中国经济的高速发展，石油消费量日益增大，可原油供给量却逐年下降。为了提高原油产量，需要提高采油驱油效率，这无疑具有重要的战略意义。

石油的开采过程可以分为三个阶段。一次采油（POR）主要依靠地层原有的压力把原油压出地表，这种方式的采收率比较低，约为5%～10%[2]。隨着渗流理论的发展，人们意识到一次采油量的降低与油层压力减退有关，压力梯度影响着油井的产量。二次采油（SOR）依靠向地下注入高压水来提高井下压力，从而使石油得到进一步开采，其采出液在初始阶段含油量比较高约可达30%左右，但随着开采的进行原油含量逐渐减少，当采出液的油含量低于10%的时候，无法有效的提高原油产量，此时一般能采出原油地质储量的40%～60%，还有很大一部分的原油是以液滴的形式存在于岩石的孔隙中，注水等通常的方式无法将其有效取出，因此发展出了更为有效的三次采油（EOR）方式。

1 三次采油方法分类

三次采油是以二次采油为基础，通过优化选择驱油剂以到达提高驱油效果的作用，经过几十年的发展原油的采出率可以在原来的基础上提高了近20%。三次采油技术可以大致分为热力驱、混相驱、微生物驱和化学驱这四大类。

1.1 热力驱采油技术

热力驱的作用机理是通过热能大大降低原油的黏度，从而提高波及效率提高其流动性。由热源作用方式不同大致可分为向油层中注入载热蒸汽和在井下点燃油层的火烧油层法[3]。蒸汽采油的方法因其操作技术较为简单是热力驱中较为常见的方法。

1.2 混相驱采油技术

混相驱采油技术利用各种介质之间的相互溶解，使得各种相之间的张力减小，界限溶解消失，从而减小毛细管效应，达到提高采收率的效果。由驱油物质不同大致可以分为各种轻质烃类混相驱油，CO2混相采油和氮气驱采油[4]。

1.3 微生物驱采油技术

微生物驱油主要分为两种，一种是将细菌代谢物注入地层之中，这些生物代谢聚合物是天然的表面活性剂，将其与一些溶剂和乳化剂混合可以起到改善驱油效果的作用[5]，其作用原理与化学驱油相似。另一种生物驱油是在地层中直接培养微生物，以地层中原有的烃类营养物质或者人工注入物为原料，在地下生成一系列代谢产物，这种方式较上一种更为简便易行，是目前微生物驱的发展方向。

1.4 化学驱采油技术

化学驱油按照作用方式不同可以分为聚合物驱油（Polymer）、表面活性剂驱油（Surfactant）、碱水驱油（Alkaline）以及三种物质混合的三元复合驱油（ASP）。三元复合驱油效果良好，且成本相对较低，但是在实际施工的过程中向地层中加入了很多强碱性物质，会对环境造成一定的影响，而且过量的强碱性物质会腐蚀地层，对聚合物驱油作用造成一定影响[6]。

聚合物驱油通过向注入水中加入较高相对分子质量的聚合物，从而起到增加注入水的粘度的作用，改善油水流度比。注入的聚合物溶液具有较高的粘度可以大大提高油层的波及效率，从而起到提高采收率的作用[7]。

表面活性剂驱油是利用表面活性剂减弱油水界面间的张力，从而使得二次采油中岩石孔隙中的水油相得以驱出，使得驱油效率和采收率得到进一步提升[8]。表面活性剂的选择与使用决定了这种驱油方式的采出效率，开发改良新型表面活性剂是提高采收率的重要方式。

2 三次采油用表面活性剂

由于阳离子表面活性剂非常容易在地层中发生吸附和沉淀作用，所以一般不在工业采油中使用。非离子表面活性剂也有所研究，但是效果不佳。阴离子表面活性剂是目前国内外在三次采油中较为常用的表面活性剂。主要包括石油磺酸盐[9]（Petroleum Sulfonate）、羧酸盐（Carboxylate）、烷基芳香磺酸盐（Alkylbenzene Sulfonate）、木质素磺酸盐（Lignosulfonate）等。

2.1 石油磺酸盐

石油磺酸盐是上世纪60年代开发出的一种表面活性剂，目前是在三次采油中应用最为广泛的一种阴离子表面活性剂，它的制备过程是以原油及其半衍生品等为原料，经过三氧化硫磺化过程后通过碱中和制得，组成较为复杂，存在多种变化，其活性组分大部分为有支链结构的多烷基芳基单磺酸盐[10]。但其原料来源丰富且廉价，这使得石油磺酸盐类表面活性剂的生产成本较低。

驱油用磺酸盐应具有较好的界面活性。因此在制备时需要考虑磺酸盐的多种性质，如溶解性、抗盐性、界面张力等，以及其在油藏岩石上的吸附作用等。在使用的过程中还可以按一定比例混合不同分子量的石油磺酸盐，以提高驱油特性。

2.2 羧酸盐

石油羧酸盐是由芳香烃含量较低的石油或石油馏分，通过高温氧化的方法，经过皂化、萃取等步骤制得的。

今年来的研究表明[12]，随着原油碳数的增加，所需石油羧酸盐烃的碳链数长度也有所增加。石油梭酸盐与直链磺酸盐之间的组合还能产生很好的协同效应，将两者复配之后的体系效果优异。

2.3 烷基芳香磺酸盐

烷基芳香磺酸盐按照合成时芳香基团的的碳链组成不同，可大致分为轻烷基苯和重烷基苯。重烷基苯是洗涤剂生产的副产物，具有原料易采集，磺化率高等优点。而且重烷基苯的磺化产物重烷基苯磺酸盐（HABS）有良好的驱油作用。

2.4 木质素磺酸盐

木质素是广泛存在于植物细胞中的一类十分复杂的芳香类聚合物。其价格低廉，原料可以来源于制浆造纸工业的副产品，木质素的基本结构单元为苯丙烷基以及对羟基苯丙烷单元等。可以在其结构单元上连接各种其他的功能基，使其功能属性得到进一步开发。将木质素的官能团进行横化后，中和掉所得的产物即可得到木质素磺酸盐。

2.5 非离子型表面活性剂

非离子表面活性剂具有溶于水后不电离的特性，因此溶液中的阴阳离子以及酸碱性物质都不会对其造成较大的影响，耐盐、耐酸碱性较强。但非离子表面活性剂的溶解度随着环境中温度的升高而逐渐降低，达到某一个临界点时，非离子型表面活性剂就会从溶液中析出，严重影响了驱油作用效果。因此，在实际生产过程中要主要使用温度的控制，不适宜在较高的温度环境中工作。

按亲水基的种类的不同可以将驱油用非离子表面活性剂分为聚氧乙烯型和多元醇型两类[13]。其中聚氧乙烯型比较常见，它是由含有表面活泼氢的的疏水性原料同环氧乙烯加成而得的（图1）。

3 三次采油用聚合物驱种类

3.1 聚丙烯酰胺（HPAM）

聚丙烯酰胺（HPAM）是目前使用最为广泛的一类驱油剂，它是由部分水解的丙烯酰胺单体合成的类似直链状聚合物。经过多年的发展，聚丙烯酰胺的相对质量已经可以高达2 500×l04，甚至3 000×104。

聚丙烯酰胺分子是一種长链结构高分子。电镜下观测可以发现其结构通常为无规则线性。由于其表现出一定的柔性和聚电特性，这使得聚丙烯酰胺的分子构象容易改变，从而严重影响了它的使用性能[14]。特别是在环境条件比较苛刻的油层环境中，如高温和高矿化度，容易使得聚合物发生相分离，进而大大影响其作用效果。

3.2 黄原胶

黄原胶是一种天然的微生物产物。其主链是类似于单糖合成纤维素的链状构成。主链上的高分子糖类重复相间出现。由于黄原胶的分子结构组成为螺旋状，使得其具有一定的抗温抗盐特性。黄原胶的生产工艺较为复杂，这使得黄原胶生物聚合物的成本较高。因此，限制了在油田上的大规模推广应用。

3.3 疏水缔合聚合物

疏水缔合聚合物，是以聚丙烯酰胺分子链为主链，向其中引入疏水基团。疏水基之间相互作用，增强了分子内部的作用力，有利于其在溶液中铺展，宏观表现为具有一定的黏度[15]。此外，疏水缔合聚合物的耐盐、抗剪切等性能也较为优良。

还有有一种梳形聚合物，它的组成是在侧链上同时含有亲油基和亲水基，如此以来整个聚合物就被分子间和分子内部的作用力排开，形成梳子形状，具有较好的驱油效果（图2）。

3.4 两性聚合物

两性聚合物的分子链上同时具有阳离子基团和阴离子基团的一类共聚物。这种聚合物通常使用在盐水中。因为在盐水溶液中，盐类可以发生自身的电解作用，从而释放出了正负离子，这些离子可以与聚合物内的阴、阳离子基团相结合，从而大大降低了聚合物内部的吸引力。因此，两性聚合物多使用在电解质溶液中，并且表现出了较高的黏度。

4 结束语

经过几十年的发展我国的三次采油技术得到了长足的发展，然而三次采油技术仍然是十分具有挑战性的世界性高新技术难题。如何在保护环境，绿色健康发展的同时，进一步提高采收率需要进一步研究探索。

进一步研究驱油作用机理，对于不同类型的油层地质情况，有针对性的采用不同的驱油方式，开发新方法、新装备，以降低成本和提高采收率为目标，制备出新型的表面活性剂以及高分子量驱油用聚合物。

参考文献：

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