Page 16 - 《精细化工》2020年第4期
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·650·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

            采油中非常重要并大规模实施的技术，包括聚合物                             2   强化采油用表面活性剂研究进展
            驱、表面活性剂驱、碱水驱等以及聚合物、碱、表
            面活性剂的多种组合技术。化学驱的效果是物理作                                 国内外强化采油用的表面活性剂产品主要有：
            用和化学作用的结果，物理作用是指驱替液的波及                             石油磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烯烃磺酸盐等阴离子
            作用，而化学作用是指驱替液的微观驱油作用，其                             表面活性剂。上述表面活性剂对于温度 80  ℃，矿
            关键化学品便是表面活性剂。                                      化度 30000  mg/L 以下的常规油藏具有一定的效果
                                                               并得到广泛应用。但世界范围内新探明储量中高温
            1   表面活性剂在强化采油中的主要作用                               高盐、低渗透、稠油油藏等难以开采的苛刻油藏比例
                                                               逐渐上升，中国境内比例甚至高达 60%。上述表面活
                 表面活性剂在强化采油中的主要作用是降低驱                          性剂由于活性低、耐盐性差而导致低效甚至无效。
                                                     [1]
            替液与原油的界面张力及改善油藏的润湿性 。表
                                                                   针对目前苛刻的油藏环境，人们试图寻找一些
            面活性剂由于兼具亲油（疏水）和亲水（疏油）性
                                                               方法来加以解决。主要方法为：（1）研究开发具有
            质，当表面活性剂溶于水时，分子主要吸附在油水                             新型结构的高效驱油用表面活性剂                 [5-6] 。如阴-非离
            界面上，可以显著降低油水界面张力。油水界面张                             子两性表面活性剂、甜菜碱型两性表面活性剂、双
            力的降低意味着表面活性剂能够克服原油间的内聚                             子及寡聚表面活性剂、高分子表面活性剂、烷基糖
            力，将大油滴分散成小油滴，从而提高原油流经孔                             苷表面活性剂、黏弹性表面活性剂、生物表面活性剂
            喉时的通过率。表面活性剂的驱油效果还表现在使                             等；（2）采用表面活性剂复配技术，如将阴离子表面
                                              [2]
            亲油的岩石表面转变成水湿或中性湿 ，即降低原                             活性剂与非离子或阳离子表面活性剂进行复配                    [56-59] 。
            油在油藏中的粘附功，使原油更易从地层表面洗脱                                 本文着重介绍了国内外新型高效表面活性剂的
            下来，从而提高洗油效率。其基本原理可以用一个                             研究与应用进展。
            驱动力（粘滞力）与毛管力比值的无量纲函数来表                             2.1   阴-非离子表面活性剂
            示，称为毛管数。其数值大小反映流体（原油）在                                 阴-非离子表面活性剂由于其分子结构中含有
            油藏多孔介质中的流动能力。毛管数越大，原油在                             耐温的阴离子基团以及抗盐的非离子基团，并且亲
            多孔介质中的流动运移能力越强，原油采收率越高。                            水亲油性能易于调控而受到人们的普遍关注，主要
                                          [3]
            对于水-油体系毛管数由下式确定 ：                                  包括烷氧基羧酸盐、烷氧基磺酸盐、烷氧基硫酸酯
                         N   粘滞力      v W                   盐等，以及 Guerbet 烷氧基羧酸盐/磺酸盐等，其性
                          c
                             毛管力       OW cos                能取决于阴离子基团类型、烷氧基类型和聚合度、
            式中：N c —毛管数，无量纲；v—流体黏度，mPa·s；                      亲油基类型、碳链的长度、支化度、不饱和度、相
              —渗流速度，定义为单位面积上的流速，m/s；                OW  —    互间的空间位置以及阴离子、非离子、亲油基三者
              W
            油水界面张力，mN/m；  —水相与固相的接触角，（°）。                     间的比例等，其结构示意如下所示：
                                                                                                   a
                 由上式可以看出，流体（原油）在多孔介质中                           R —  1  (OR ) —  2  (OR ) —  3 x  (OR ) —  4 y  z  X—  Y a b  M b
                                                                                                   /
            的流动能力与流体的黏度、油水界面张力、渗流速                             式中：R 1 为烷基、烯基、芳基；R 2 、R 3 、R 4 分别为
            度等因素有关。降低油水界面张力、提高流体的黏                             乙基、丙基、丁基；x、y、z 为乙氧基(EO)、丙氧基
            度、渗流速度及改变油藏的润湿性均可提高毛管数。                            (PO)、丁氧基(BO)聚合度；X 为连接基，主要为包
                                                        –6
                 在注水开发末期，毛细管数一般在 1×10 ~                        含 1～10 个碳原子的烷基、烯基、芳基中的任意一
                         [4]
                 –7
                                                        –2
            1×10 范围内 。若将毛管数的数量级增至 1×10 ，                       种；Y 为羧酸根、磺酸根、硫酸根；a、b 为阴离子
            则采收率接近 100%。但由于多孔介质固有性质的限                          及阳离子的化合价；M 为抗衡离子，如钠、铵根、
            制，以及矿场实际操作的条件限制，渗流速度不可                             钙、镁等。
            能大幅度提高，通过增加驱替液黏度只能将毛细管                                 美国德克萨斯大学奥斯汀分校在阴-非离子表
            数提高 1~2 个数量级。通常油水界面张力在 20~                         面活性剂方面，做了深入和系统的研究。其先后报
            30 mN/m 范 围内， 如果 将油水 界面 张力降 低至                     道了醇醚羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐等表面活性
                 –3
            1×10  mN/m，毛管数将大幅度增加，进而提高驱油                        剂 [7-12] ，以及 Guerbet 烷氧基硫酸盐、羧酸盐、磺酸
            效率。表面活性剂具有双亲结构，向驱替液中添加                             盐表面活性剂      [13] 。美国 Oil  Chem  Tech 公司等  [14-17]
            合适的表面活性剂可有效降低油水界面张力，甚至                             也开展了类似研究。上述表面活性剂主要是以脂肪
            可以降低至 1×10      –4   mN/m。因此，表面活性剂的性               醇为原料，经烷氧基化反应引入环氧乙烷、环氧丙
            能是决定化学驱（表面活性剂驱，含表面活性剂的                             烷、环氧丁烷，而后再通过磺化和/或羧化引入阴离
            复合驱）成功与否的关键。                                       子基团。通过改变 EO、PO、BO 聚合度，调变表面
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