Applicazione dei tensioattivi nella produzione di giacimenti petroliferi

Applicazione ditensioattivinella produzione di giacimenti petroliferi

1. Tensioattivi utilizzati per l'estrazione di petrolio pesante

A causa dell'elevata viscosità e della scarsa fluidità, l'estrazione del petrolio pesante presenta numerose difficoltà. Per estrarre questi oli pesanti, a volte è necessario iniettare nel pozzo una soluzione acquosa di tensioattivi per convertire il petrolio pesante ad alta viscosità in un'emulsione olio in acqua a bassa viscosità e portarlo in superficie. I tensioattivi utilizzati in questo metodo di emulsificazione e riduzione della viscosità del petrolio pesante includono sodio alchilsolfonato, poliossietilene alchil alcol etere, poliossietilene alchil fenolo etere, poliossietilene poliossipropilene poliene poliammina, poliossietilene vinil alchil alcol etere solfato sale sodico, ecc. L'emulsione olio in acqua prodotta deve essere separata dall'acqua e per la disidratazione si utilizzano alcuni tensioattivi industriali come demulsionanti. Questi demulsionanti sono emulsionanti acqua in olio. Comunemente si utilizzano tensioattivi cationici o acidi naftenici, acidi asfaltonici e i loro sali di metalli multivalenti.

Il petrolio pesante speciale non può essere estratto con le unità di pompaggio convenzionali e richiede l'iniezione di vapore per il recupero termico. Per migliorare l'effetto del recupero termico, è necessario utilizzare tensioattivi. L'iniezione di schiuma nel pozzo di iniezione di vapore, ovvero l'iniezione di un agente schiumogeno resistente alle alte temperature e di un gas non condensabile, è uno dei metodi di modulazione comunemente utilizzati.

Gli agenti schiumogeni comunemente utilizzati sono alchilbenzensolfonati, α-olefine solfonati, solfonati di petrolio, eteri di alchilalcol poliossietilenici solfoidrocarbilati ed eteri di alchilfenolo poliossietilenici solfoidrocarbilati, ecc. Poiché i tensioattivi fluorurati hanno un'elevata attività superficiale e sono stabili ad acidi, alcali, ossigeno, calore e olio, sono agenti schiumogeni ideali per alte temperature. Per far sì che l'olio disperso passi facilmente attraverso la struttura dei pori della formazione, o per far sì che l'olio sulla superficie della formazione venga facilmente espulso, è necessario utilizzare un tensioattivo chiamato agente di diffusione filmogena. Quello comunemente utilizzato è l'agente di attività superficiale polimerica della resina fenolica ossialchilata.

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1. Tensioattivi per l'estrazione di petrolio greggio ceroso

Lo sfruttamento del petrolio greggio ceroso richiede frequenti interventi di prevenzione e rimozione della paraffina. I tensioattivi agiscono sia come inibitori che come agenti di rimozione della paraffina. Esistono tensioattivi liposolubili e idrosolubili utilizzati per la prevenzione della paraffina. I primi agiscono modificando le proprietà della superficie dei cristalli di paraffina. I tensioattivi liposolubili comunemente utilizzati sono i solfonati di petrolio e i tensioattivi amminici. I tensioattivi idrosolubili agiscono modificando le proprietà delle superfici ricoperte di paraffina (come tubi petroliferi, aste di pompaggio e superfici delle apparecchiature). Tra i tensioattivi disponibili si annoverano i solfonati di sodio alchilici, i sali di ammonio quaternario, gli eteri poliossietilenici alcani, gli eteri poliossietilenici di idrocarburi aromatici e i loro sali di sodio solfonati, ecc. Anche i tensioattivi utilizzati per la rimozione della paraffina si dividono in due categorie. I tensioattivi liposolubili sono utilizzati per i solventi per cera a base di olio, e i tensioattivi idrosolubili di tipo solfonato, di tipo sale di ammonio quaternario, di tipo polieterico, di tipo Tween, di tipo OP, di tipo piatto solfato o solfoalchilato e di tipo OPsurfattanteVengono utilizzati nei solventi per cera a base d'acqua. Negli ultimi anni, i solventi per cera nazionali ed esteri sono stati combinati organicamente, e i solventi per cera a base d'olio e quelli a base d'acqua sono stati combinati organicamente per produrre solventi per cera ibridi. Questo solvente per cera utilizza idrocarburi aromatici e miscele di idrocarburi aromatici come fase oleosa e un emulsionante con effetto di rimozione della cera come fase acquosa. Quando l'emulsionante selezionato è un tensioattivo non ionico con un punto di intorbidamento appropriato, la temperatura al di sotto della sezione di ceratura del pozzo petrolifero può raggiungere o superare il suo punto di intorbidamento, in modo che il solvente per cera misto possa rompere l'emulsione prima di entrare nella sezione di formazione della cera, e i due agenti di rimozione della cera vengono separati, svolgendo simultaneamente il ruolo di rimozione della cera.

3. Tensioattiviutilizzato per stabilizzare l'argilla

La stabilizzazione dell'argilla si articola in due aspetti: prevenire l'espansione dei minerali argillosi e prevenire la migrazione delle particelle di minerali argillosi. Per prevenire il rigonfiamento dell'argilla si possono utilizzare tensioattivi cationici come i sali di ammina, i sali di ammonio quaternario, i sali di piridinio e i sali di imidazolina. Sono inoltre disponibili tensioattivi cationici non ionici contenenti fluoro per prevenire la migrazione delle particelle di minerali argillosi.

4. Tensioattiviutilizzato nelle misure di acidificazione

Per migliorare l'effetto acidificante, alla soluzione acida vengono generalmente aggiunti diversi additivi. Qualsiasi tensioattivo compatibile con la soluzione acida e facilmente adsorbito dalla soluzione può essere utilizzato come ritardante dell'acidificazione. Ad esempio, cloridrato di ammina grassa, sale di ammonio quaternario, sale di piridina nei tensioattivi cationici e poliossietilene alcani solfonati, carbossimetilati, sali di estere fosfato o sali di estere solfato nei tensioattivi anfoteri, etere fenolico di base, ecc. Alcuni tensioattivi, come l'acido dodecilsolfonico e i suoi sali di alchilammina, possono emulsionare il liquido acido nell'olio per produrre un'emulsione acido-in-olio. Questa emulsione può essere utilizzata come liquido industriale acidificato e svolge anche una funzione ritardante.

Alcuni tensioattivi possono essere utilizzati come antiemulsionanti per liquidi acidificanti. Tensioattivi con strutture ramificate come il poliossietilene poliossipropilene propilene glicole etere e il poliossietilene poliossipropilene pentaetilene esaammina possono essere utilizzati come antiemulsionanti acidificanti.

Alcuni tensioattivi possono essere utilizzati come coadiuvanti del drenaggio acido. Tra i tensioattivi utilizzabili a tale scopo si annoverano i tensioattivi a base di sali amminici, sali di ammonio quaternario, sali di piridinio, tensioattivi non ionici, anfoteri e contenenti fluoro.

Alcuni tensioattivi possono essere utilizzati come agenti acidificanti anti-fanghi, come ad esempio i tensioattivi liposolubili, quali alchilfenoli, acidi grassi, acidi alchilbenzensolfonici, sali di ammonio quaternario, ecc. Data la loro scarsa solubilità in acido, è possibile utilizzare tensioattivi non ionici per disperderli nella soluzione acida.

Per migliorare l'effetto di acidificazione, è necessario aggiungere alla soluzione acida un agente di inversione della bagnabilità per invertire la bagnabilità della zona prossima al pozzo da lipofila a idrofila. Miscele di eteri di alcoli alchilici di poliossietilene poliossipropilene ed eteri di alcoli alchilici di poliossietilene poliossipropilene con sale fosfato vengono adsorbite dalla formazione per formare un terzo strato di adsorbimento, che svolge un ruolo nella bagnatura e nell'inversione.

Inoltre, alcuni tensioattivi, come il cloridrato di ammina grassa, il sale di ammonio quaternario o i tensioattivi non ionici-anionici, vengono utilizzati come agenti schiumogeni per creare un fluido di lavoro acido schiumoso al fine di rallentare la corrosione e favorire un'acidificazione profonda. In alternativa, si possono creare schiume a partire da queste e utilizzarle come pre-fluido per l'acidificazione. Dopo l'iniezione nella formazione, viene iniettata la soluzione acida. L'effetto Jamin prodotto dalle bolle nella schiuma può deviare il liquido acido, costringendolo a dissolvere principalmente lo strato a bassa permeabilità, migliorando così l'effetto di acidificazione.

5. Tensioattivi utilizzati nelle operazioni di fratturazione idraulica

Le tecniche di fratturazione idraulica sono spesso utilizzate nei giacimenti petroliferi a bassa permeabilità. Consistono nell'utilizzare la pressione per aprire la formazione e creare fratture, e nell'impiegare un agente di sostegno per rafforzare le fratture, riducendo così la resistenza al flusso dei fluidi e aumentando la produzione. Alcuni fluidi di fratturazione contengono tensioattivi tra i loro ingredienti.

I fluidi di fratturazione olio in acqua sono formulati con acqua, olio ed emulsionanti. Gli emulsionanti utilizzati sono tensioattivi ionici, non ionici e anfoteri. Se si utilizza acqua addensata come fase esterna e olio come fase interna, è possibile preparare un fluido di fratturazione olio in acqua addensato (emulsione polimerica). Questo fluido di fratturazione può essere utilizzato a temperature inferiori a 160 °C ed è in grado di rompere automaticamente le emulsioni e drenare i fluidi.

Il fluido di fratturazione schiumogeno è un fluido di fratturazione che utilizza l'acqua come mezzo disperdente e il gas come fase dispersa. I suoi componenti principali sono acqua, gas e agente schiumogeno. Alchilsolfonati, alchilbenzensolfonati, sali di esteri di alchilsolfonato, sali di ammonio quaternario e tensioattivi organofosforici possono essere tutti utilizzati come agenti schiumogeni. La concentrazione dell'agente schiumogeno in acqua è generalmente compresa tra lo 0,5% e il 2%, e il rapporto tra il volume della fase gassosa e il volume della schiuma è compreso tra 0,5 e 0,9.

Il fluido di fratturazione a base di olio è un fluido di fratturazione formulato con olio come solvente o mezzo disperdente. L'olio più comunemente utilizzato in loco è il petrolio greggio o la sua frazione pesante. Per migliorarne la viscosità e le proprietà termiche, è necessario aggiungere solfonato di petrolio liposolubile (peso molecolare 300-750). I fluidi di fratturazione a base di olio includono anche i fluidi di fratturazione acqua in olio e i fluidi di fratturazione a schiuma oleosa. Gli emulsionanti utilizzati nei primi sono tensioattivi anionici, cationici e non ionici liposolubili, mentre gli stabilizzanti di schiuma utilizzati nei secondi sono tensioattivi polimerici contenenti fluoro.

Il fluido di fratturazione per formazioni sensibili all'acqua utilizza una miscela di alcol (come il glicole etilenico) e olio (come il cherosene) come mezzo disperdente, anidride carbonica liquida come fase dispersa e etere di alcol alchilico poliossietilenico solfato-salato come emulsionante. Oppure emulsione o schiuma formulata con agente schiumogeno per fratturare formazioni sensibili all'acqua.

Il fluido di fratturazione utilizzato per la fratturazione e l'acidificazione è sia un fluido di fratturazione che un fluido acidificante. Viene impiegato in formazioni carbonatiche e le due operazioni vengono eseguite simultaneamente. Tra i tensioattivi si annoverano la schiuma acida e l'emulsione acida. La prima utilizza alchilsolfonato o alchilbenzensolfonato come agente schiumogeno, mentre la seconda utilizza un tensioattivo solfonato come emulsionante. Come i fluidi acidificanti, anche i fluidi di fratturazione utilizzano tensioattivi come antiemulsionanti, coadiuvanti di drenaggio e agenti di inversione della bagnabilità, aspetti che non verranno trattati in questa sede.

6. Utilizzare tensioattivi per il controllo del profilo e per le misure di blocco dell'acqua.

Al fine di migliorare l'efficacia dell'iniezione di acqua e contenere l'aumento del contenuto di acqua nel petrolio greggio, è necessario regolare il profilo di assorbimento dell'acqua nei pozzi di iniezione e incrementare la produzione bloccando l'acqua nei pozzi di produzione. Alcuni metodi di controllo del profilo e di blocco dell'acqua spesso utilizzano tensioattivi.

L'agente di controllo del profilo elettroforetico HPC/SDS è composto da idrossipropilcellulosa (HPC) e dodecil solfato di sodio (SDS) in acqua dolce.

Il sodio alchilsolfonato e il cloruro di alchiltrimetilammonio vengono disciolti rispettivamente in acqua per preparare due liquidi di lavoro, che vengono iniettati nella formazione uno dopo l'altro. I due liquidi di lavoro interagiscono tra loro nella formazione per produrre alchiltrimetilammina. Il solfito precipita e blocca lo strato ad alta permeabilità.

I poliossietilene alchil fenolo eteri, alchil aril solfonati, ecc. possono essere utilizzati come agenti schiumogeni, disciolti in acqua per preparare un fluido di lavoro, e quindi iniettati nella formazione alternativamente con un fluido di lavoro a base di anidride carbonica liquida, proprio nella formazione (principalmente nello strato ad alta permeabilità) formano schiuma, producono un blocco e svolgono un ruolo nel controllo del profilo.

Utilizzando un tensioattivo a base di ammonio quaternario come agente schiumogeno, disciolto in un sol di acido silicico composto da solfato di ammonio e silicato di sodio e iniettato nella formazione, e successivamente iniettando gas non condensabile (gas naturale o cloro), è possibile generare inizialmente una forma liquida nella formazione. La schiuma nello strato intermedio di dispersione, seguita dalla gelificazione del sol di acido silicico, produce una schiuma con il solido come mezzo disperdente, che svolge la funzione di sigillare lo strato ad alta permeabilità e di controllarne il profilo.

Utilizzando tensioattivi solfonati come agenti schiumogeni e composti polimerici come stabilizzanti addensanti della schiuma, e iniettando successivamente gas o sostanze gassificanti, si genera una schiuma a base d'acqua nel terreno o nella formazione. Questa schiuma è tensioattiva nello strato di petrolio. Una grande quantità di agente si sposta verso l'interfaccia olio-acqua, provocando la disgregazione della schiuma, in modo da non ostruire lo strato di petrolio. Si tratta di un agente selettivo per il blocco dell'acqua nei pozzi petroliferi.

L'agente di blocco dell'acqua a base di cemento oleoso è una sospensione di cemento in olio. La superficie del cemento è idrofila. Quando penetra nello strato acquifero, l'acqua interferisce con l'interazione tra il pozzo petrolifero e il cemento sulla superficie di quest'ultimo, provocandone la solidificazione e il blocco dello strato acquifero. Per migliorare la fluidità di questo agente di blocco, vengono solitamente aggiunti tensioattivi carbossilati e solfonati.

L'agente idrorepellente liquido micellare a base acquosa è una soluzione micellare composta principalmente da solfonato di ammonio derivato dal petrolio, idrocarburi e alcoli. Contiene un'elevata concentrazione di acqua salata nella sua formulazione e diventa viscosa per ottenere l'effetto idrorepellente.

L'agente impermeabilizzante a base di tensioattivi cationici, sia in acqua che in olio, si basa su principi attivi quali sali di carbossilato di alchile e cloruro di alchilammonio ed è adatto esclusivamente per formazioni arenacee.

L'agente idrorepellente attivo a base di olio pesante è un tipo di olio pesante disciolto in un emulsionante acqua in olio. Dopo la disidratazione della formazione, produce un'emulsione acqua in olio altamente viscosa che ha lo scopo di bloccare l'acqua.

L'agente idrorepellente olio in acqua si prepara emulsionando olio pesante in acqua utilizzando un tensioattivo cationico come emulsionante olio in acqua.

7. Utilizzare tensioattivi per le misure di controllo della sabbia

Prima delle operazioni di controllo della sabbia, è necessario iniettare una certa quantità di acqua attivata con tensioattivi come pre-fluido per pre-pulire la formazione e migliorare l'effetto di controllo della sabbia. Attualmente, i tensioattivi più comunemente utilizzati sono i tensioattivi anionici.

8. Tensioattivo per la disidratazione del petrolio greggio

Nelle fasi di estrazione primaria e secondaria del petrolio, per il greggio estratto vengono spesso utilizzati demulsionanti acqua in olio. Sono state sviluppate tre generazioni di prodotti. La prima generazione è costituita da carbossilati, solfati e solfonati. La seconda generazione comprende tensioattivi non ionici a basso peso molecolare come OP, Pingpingjia e olio di ricino solfonato. La terza generazione è rappresentata da tensioattivi non ionici polimerici.

Nelle fasi successive del recupero secondario e terziario del petrolio, il greggio estratto si presenta per lo più sotto forma di emulsione olio in acqua. Esistono quattro tipi di demulsionanti utilizzati, come il cloruro di tetradeciltrimetilossiammonio e il cloruro di didecildimetilammonio. Questi possono reagire con gli emulsionanti anionici modificandone il valore di equilibrio idrofilo dell'olio, oppure adsorbirsi sulla superficie delle particelle di argilla idrofile, modificandone la bagnabilità e distruggendo le emulsioni olio in acqua. Inoltre, alcuni tensioattivi anionici e tensioattivi non ionici liposolubili, che possono essere utilizzati come emulsionanti acqua in olio, possono essere impiegati anche come demulsionanti per le emulsioni olio in acqua.

1. Tensioattivi per il trattamento delle acque

Dopo la separazione del fluido di produzione dal petrolio greggio, l'acqua di produzione deve essere trattata per soddisfare i requisiti di reiniezione. Il trattamento dell'acqua ha sei scopi principali: inibizione della corrosione, prevenzione delle incrostazioni, sterilizzazione, rimozione dell'ossigeno, rimozione degli oli e rimozione delle sostanze solide in sospensione. Pertanto, è necessario utilizzare inibitori di corrosione, agenti anticalcare, battericidi, assorbitori di ossigeno, sgrassanti e flocculanti, ecc. I seguenti aspetti riguardano i tensioattivi industriali:

I tensioattivi industriali utilizzati come inibitori di corrosione includono sali di acido alchilsolfonico, acido alchilbenzensolfonico, acido perfluoroalchilsolfonico, sali di ammine alchiliche lineari, sali di ammonio quaternario e sali di piridina alchilica. , sali di imidazolina e suoi derivati, eteri di alcoli alchilici poliossietilenici, alcol dialchilpropargilico poliossietilenico, colofonia ammina poliossietilenica, stearilammina poliossietilenica ed eteri di alcoli alchilici poliossietilenici. Alchilsolfonato, vari sali interni di ammonio quaternario, sali interni di(poliossietilene)alchilici e loro derivati.

I tensioattivi utilizzati come agenti antivegetativi includono sali di esteri fosfatici, sali di esteri solfati, acetati, carbossilati e i loro composti poliossietilenici. La stabilità termica dei sali di esteri solfonati e dei sali di carbossilati è significativamente migliore di quella dei sali di esteri fosfatici e dei sali di esteri solfati.

I tensioattivi industriali utilizzati nei fungicidi includono sali di alchilammina lineare, sali di ammonio quaternario, sali di alchilpiridinio, sali di imidazolina e dei suoi derivati, vari sali di ammonio quaternario, di(poliossi)vinile) alchilico e sali interni dei suoi derivati.

I tensioattivi industriali utilizzati negli sgrassanti sono principalmente tensioattivi con strutture ramificate e gruppi ditiocarbossilato di sodio.

10. Tensioattivo per l'iniezione di petrolio chimico

Il recupero primario e secondario del petrolio può recuperare dal 25% al ​​50% del greggio presente nel sottosuolo, ma una grande quantità di petrolio rimane ancora inutilizzabile. Il recupero terziario può quindi migliorare l'efficienza di estrazione. Questo metodo si basa principalmente sull'iniezione di sostanze chimiche, ovvero sull'aggiunta di agenti chimici all'acqua iniettata per migliorarne l'efficacia. Tra le sostanze chimiche utilizzate, si annoverano i tensioattivi industriali. Di seguito una breve descrizione:

Il metodo di iniezione di petrolio chimico che utilizza tensioattivi come agenti principali è chiamato iniezione di tensioattivi. I tensioattivi svolgono principalmente un ruolo nel migliorare il recupero del petrolio riducendo la tensione interfacciale olio-acqua e aumentando il numero di capillari. Poiché la superficie della formazione arenaria è carica negativamente, i tensioattivi utilizzati sono principalmente tensioattivi anionici, e la maggior parte di essi sono tensioattivi solfonati. Questi vengono prodotti utilizzando un agente solfonante (come l'anidride solforica) per solfonare le frazioni di petrolio con un alto contenuto di idrocarburi aromatici, e successivamente neutralizzandole con una base. Le loro specifiche sono: sostanza attiva 50%-80%, olio minerale 5%-30%, acqua 2%-20%, solfato di sodio 1%-6%. Il solfonato di petrolio non è resistente alle alte temperature, ai sali o agli ioni di metalli pesanti. I solfonati sintetici vengono preparati a partire dai corrispondenti idrocarburi utilizzando metodi di sintesi appropriati. Tra questi, l'α-olefina solfonato è particolarmente resistente ai sali e agli ioni di metalli pesanti. Altri tensioattivi anionici e non ionici, nonché tensioattivi carbossilati, possono essere utilizzati per la rimozione dell'olio. La rimozione dell'olio tramite tensioattivi richiede due tipi di additivi: uno è un cotensioattivo, come isobutanolo, dietilenglicole butil etere, urea, solfolano, alchenilene benzene solfonato, ecc., e l'altro è un dielettrico, comprendente sali di acidi e basi, principalmente sali, che possono ridurre l'idrofilia del tensioattivo e aumentarne la lipofilia, modificando anche il valore del bilancio idrofilo-lipofilo dell'agente attivo. Per ridurre la perdita di tensioattivo e migliorare l'efficacia economica, nella rimozione dell'olio tramite tensioattivi si utilizzano anche sostanze chimiche chiamate agenti sacrificali. Tra le sostanze utilizzabili come agenti sacrificali si annoverano sostanze alcaline e acidi policarbossilici e i loro sali. Anche oligomeri e polimeri possono essere impiegati come agenti sacrificali. I lignosolfonati e le loro modificazioni sono anch'essi agenti sacrificali.

Il metodo di spostamento del petrolio che utilizza due o più agenti chimici principali per lo spostamento del petrolio è chiamato iniezione composita. Questo metodo di spostamento del petrolio, correlato ai tensioattivi, comprende: iniezione di tensioattivi addensati con polimeri e tensioattivi; iniezione di tensioattivi potenziata con alcali (alcali + tensioattivi) o iniezione di alcali potenziata con tensioattivi; iniezione composita a base di elementi (alcali + tensioattivi + polimeri). L'iniezione composita presenta generalmente fattori di recupero più elevati rispetto a un'iniezione singola. Secondo l'analisi attuale delle tendenze di sviluppo a livello nazionale e internazionale, l'iniezione composita ternaria offre maggiori vantaggi rispetto all'iniezione composita binaria. I tensioattivi utilizzati nell'iniezione composita ternaria sono principalmente solfonati di petrolio, solitamente utilizzati anche in combinazione con acido solforico, acido fosforico e carbossilati di eteri di alcoli alchilici di poliossietilene e sali di sodio di alchilsolfonato di alcoli alchilici di poliossietilene, ecc., per migliorarne la tolleranza al sale. Recentemente, sia in patria che all'estero, è stata attribuita grande importanza alla ricerca e all'utilizzo di biosurfattanti, come ramnolipidi, brodo di fermentazione di soforolipiridi, ecc., nonché carbossilati misti naturali e lignina alcalina, sottoprodotto della produzione della carta, ecc., ottenendo ottimi risultati nei test sul campo e in laboratorio. Buon effetto di spostamento dell'olio.