表面活性剂在油气开采和集输中的应用与前景

魏传荣(青海油田公司冷湖油田管理处质量安全环保科 816300)

张昆(青海油田公司冷湖油田管理处五号采油队 816300)

郭丽丽(青海油田公司冷湖油田管理处党群工作科 816300)

前言

表面活性剂是一种有机化学试剂，其物理性质和化学性质因自身的结构不同存在着不同差异。考虑到油气开采的特殊性，这种有机化学试剂在油气开采和集输全过程中有着非常广泛的应用。例如在钻井、固井过程中加入合适的表面活性剂可以用于提升泥饼的致密成都，也可减小其中自由水的渗透。

一、表面活性剂在稠油开采过程中的应用

1.用作起泡剂以取得更好的出油效果

稠油多见于非均质性的地层，由于在非均质性的地层中稠油的黏度和普通原油相比较大，导致传统采油方法中所注入的高温高压蒸汽在黏度较高的稠油中不易流动，进而使得出油效果降低。据此，在稠油开采过程中，可以在注入高温高压蒸汽时适当地加入一些表面活性剂以附着于稠油表面，在高温高压环境中，所注入的表面活性剂极易产生丰富泡沫，进而降低稠油的粘性，使得所注入的蒸汽能够迅速流动并浸润油层岩石，最终达到提高出油效果的优秀目的。

2.在稠油—水界面用作乳化剂以提高油井产量

由于稠油的密度和黏性相较于普通原油较大，其开采过程相较于普通原油的开采也存在一定的难度。其中最主要一点是由于稠油—水界面的张力相较于原油—水界面的张力较大，水相中的大量水分子不易聚集在油水表面，从而导致油滴不易被吸附，阻碍了开采的效率。针对于这种情况，表面活性剂开始彰显其作用。现阶段解决此情况广泛采用的方法为井底乳液降黏法，其原理是将碱类化合物与少量的表面活性剂注入到稠油内部，由于稠油内部所处环境多为高温高压状态，在高温高压下，表面活性剂将迅速溶解在稠油内部中，同时油井中的水和原油所组成的混合物将会逐渐逸出。此时人工加以适量搅拌，可以让稠油以油滴的状态分散在油井当中。随后，由于稠油中溶解了部分表面活性剂，稠油—水界面的张力由于表面活性剂的乳化作用被大大降低，使得水相中的大量水分子迅速聚集在油水表面，并被吸附在油滴周围，最终形成了包裹在表面活性剂中的稠油液滴。这种液滴在被开采的过程中与开采设备的摩擦较小，因此机械所做的无用功同样减少，最终提高了出油效率和油井产量。

二、表面活性剂在酸化增产中的应用

油井在经历过大量开采以后，其地层深处的原油因地表压力降低变得较难采集。对于此，油气开采企业多采用注入酸性氧化剂的形式，让地层深处的原油能够与地层深处的岩石结构发生一系列化学反应，使其能够侵入到地层表面以利于开采，这一过程就是酸化增产。在酸化增产的过程中，表面活性剂同样扮演着不可或缺的重要角色。

1.用于缓冲剂减弱酸性氧化剂对油气开采管道的侵蚀作用

在注入酸性氧化剂的过程中，如果氧化剂与油气开采管道相接触，往往会侵蚀油气开采管道表面，使得开采管道的使用寿命大大缩短。但如果在注入酸性氧化剂的同时添加适当的表面活性剂，那么在酸性氧化剂与油气开采管道的接触的同时，表面活性剂会与管道的金属表面迅速反应，形成了一层致密的疏水保护膜。保护膜一方面可以阻碍酸性氧化剂中的氢离子继续腐蚀管道表面，另一方面也可以增加管道金属表面包括腐蚀反应在内一系列反应的活化能，大大减小反应速率，从而延长油气开采管道的使用寿命。

2.降低酸性氧化剂与地层浅处岩石的反应速率，提升氧化深度

酸性氧化剂的目的在于促进地层深处原油和岩石发生一些列化学反应，但在进入到地层深处的过程中，势必会因为其与地表各处的岩石相接触造成大量的酸性氧化剂损失。因此，可以在酸性氧化剂中混入一定量的表面活性剂，在酸性氧化液侵蚀地表深处的过程中，表面活性剂可以先一步与地表浅处的岩石发生化学反应，形成一层致密的保护膜，减少氧化剂中活性分子与岩石中活性分子的碰撞，进而使得酸性氧化剂与地层岩石的化学反应速率大大降低。随着酸性氧化剂的逐渐深入，表面活性剂也会不断被消耗，在进入到地层深处以后，表面活性剂因所剩无几，不再组织酸性氧化剂与地层深处的岩石发生侵蚀，使得反应过程能够迅速进行。因此，在酸性氧化剂中混入适当的表面活性剂不但能够降低其与地层浅处岩石表面的反应速率，还能确保氧化能够达到地层深处。

三、表面活性剂在油气集输中的应用

1.用作破乳剂使乳浊液沉降破乳

油井在经历过大量开采以后，其中原油的含水量也会迅速增加。所形成的油水混合物经过一系列反应最终会形成较为稳定的油水型乳浊液。而这种乳浊液的形成将会加大油气输送管道的负荷，引起腐蚀、结垢，造成大量的经济损失。因此，在油气集输的过程中，加入适宜的表面活性剂使乳浊液沉降破乳将是十分必要。通过将适宜的表面活性剂分散在乳浊液中，可以将原先位于油—水表面中的天然乳化剂利用置换反应所置换出来，达到改变油水界面性质的最终目的。而一旦乳浊液的乳化剂被置换出来，分散在油中的水滴也将会因为油水密度相差较大沉降，最终达到沉降破乳的目的。

2.用于降凝剂以提高原油输送能力

原油凝固点的提高将会影响原油的输送能力，基于此，可往原油中直接加入适宜的表面活性剂，使原油与水形成O/W性悬浊液，从而降低原油输送管道的摩擦阻力，最终提高原油的输送能力。

四、表面活性剂的发展趋势与前景分析

近几年来，随着油气开采企业的迅速发展，其中所运用的大量表面活性剂也被全世界深入研究，以期望达到更好的效果。其中，最引人注目的则是几种氟碳表面活性剂，而这种新型的氟碳表面活性剂同样也将会成为表面活性剂未来的重要发展趋势。

1.双子氟碳表面活性剂

这是一种将普通的双子表面活性剂中的一条碳氢链改造成碳氟链所形成的，所形成的双子氟碳表面活性剂cmc值将会大幅度降低，从而提升表面活性。

2.高分子氟碳表面活性剂

2009年，全世界相继报道了含氟疏水单体和碳氢疏水单体通过共聚形成的高分子表面活性剂。这种表面活性最特别的地方在于其类似“多节车厢”式的胶束体结构，这种结构的优势一方面可以降低表面活性剂的cmc值，提升表面活性，另一方面则是在用作起泡剂、降凝剂时，具有优秀的稳定性。

结语

表面活性剂作为一种重要的有机化学试剂，在油气开采和集输中均扮演着重要的角色。相信随着科学的发展，新型的表面活性剂也将不断涌现，我国的油气开采行业也将更进一步迅速发展。