烷基苯磺酸鹽類表面活性劑是90年代初國外研制成功的一種三次采油用表面活性劑,如ORS41､B-100,已在大慶油田杏二區(qū)､北一區(qū)斷西等三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)區(qū)取得了良好的效果。從三次采油用表面活性劑的發(fā)展歷史來看,石油磺酸鹽到烷基苯磺酸鹽的轉(zhuǎn)變是一次技術(shù)上的革新,是一種從粗放型生產(chǎn)到精細(xì)化研制的轉(zhuǎn)變,是一種從落后的生產(chǎn)工藝到現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝的轉(zhuǎn)變。目前,從大慶油田三元復(fù)合驅(qū)對(duì)主表面活性劑的迫切需求出發(fā),早日實(shí)現(xiàn)表面活性劑的國產(chǎn)化､改變活性劑依賴進(jìn)口的局面,對(duì)于降低三元復(fù)合驅(qū)的成本以及大面積推廣三元復(fù)合驅(qū)有極大的現(xiàn)實(shí)意義。
1 實(shí)驗(yàn)儀器及化學(xué)試劑
SO3降膜式磺化器(1套)由無錫輕工大學(xué)研制,精餾裝置為日本柴田化學(xué)器械工業(yè)株式會(huì)社全自動(dòng)精餾裝置(型號(hào):4YHP-C-A-1500B),界面張力測定采用美國TEXAS-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀。界面張力測定和驅(qū)油實(shí)驗(yàn)一律在45℃下進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)所用油､水為大慶油田第四采油廠脫氣脫水原油和注入污水。重烷基苯為撫順洗化廠十二烷基苯精餾副產(chǎn)物,所用發(fā)煙硫酸含20%氣體SO3,NaOH為固體分析試劑純。
2 原料及合成工藝
2.1 原料及其組成
烷基苯磺酸鹽的原料來自烷基苯廠的十二烷基苯的精餾副產(chǎn)物———重烷基苯。烷基苯是由原油經(jīng)過常減壓精餾得到的煤油(或柴油),經(jīng)精制得到正構(gòu)烷烴并脫氫獲得單烯烴,再與苯進(jìn)行烷基化而得到。分析和研究結(jié)果表明,重烷基苯主要由烷基苯(單烷苯､二烷苯)､二苯烷以及茚､萘滿等組成。
2.2 烷基苯磺酸鹽的合成
2.2.1 原料的精制
三元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油機(jī)理研究結(jié)果表明,只有當(dāng)表面活性劑的平均當(dāng)量和當(dāng)量分布與原油的平均分子量和碳鏈分布相匹配時(shí),才能使三元體系與原油形成超低界面張力;同時(shí)考慮到原料結(jié)構(gòu)性能與界面張力穩(wěn)定性密切相關(guān),所以在合成三采用表面活性劑時(shí),需對(duì)現(xiàn)有的重烷基苯進(jìn)行一定程度的處理。我們采用精餾法,篩選合適的重烷基苯原料。
2.2.2磺化劑的篩選
磺化反應(yīng)中使用的磺化劑主要有濃硫酸､發(fā)煙硫酸､SO3等,濃硫酸磺化時(shí),產(chǎn)生的廢酸多,直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量,目前已很少采用;發(fā)煙硫酸磺化時(shí),產(chǎn)品含鹽量高,副反應(yīng)多,產(chǎn)品的穩(wěn)定性差;SO3作為磺化劑克服了前兩種磺化劑的缺點(diǎn),同時(shí)具有原料來源豐富､易于放大等優(yōu)點(diǎn)。因此,我們采用SO3作為磺化劑。
2.2.3 磺化及中和
采用國內(nèi)外先進(jìn)的SO3降膜式磺化工藝(圖1)。
基本原理是在一定反應(yīng)條件下,將篩選出的原料(烷基苯)在膜式反應(yīng)器的內(nèi)壁形成降膜,SO3隨降膜方向從反應(yīng)器中部通入,讓烷基苯與SO3在反應(yīng)器的內(nèi)壁上發(fā)生瞬時(shí)､等溫磺化反應(yīng)得到烷基苯磺酸,再用堿(一般用NaOH)中和得到烷基苯磺酸鹽(烷基苯磺酸鹽屬于陰離子類表面活性劑)。
2.2.4 復(fù)配
為進(jìn)一步改善表面活性劑性能并使之系列化以適應(yīng)不同的油水條件,一般要對(duì)磺化､中和得到的烷基苯磺酸鹽進(jìn)行復(fù)配———包括不同當(dāng)量烷基苯磺酸鹽之間的復(fù)配及添加一些有機(jī)溶劑或非離子表面活性劑等。
3 烷基苯磺酸鹽的性能評(píng)價(jià)
3.1 界面張力性能評(píng)價(jià)
對(duì)所研制的烷基苯磺酸鹽進(jìn)行了界面張力性能評(píng)價(jià)(圖2､圖3)。
結(jié)果表明,在較寬的活性劑濃度(0.05wt%～0.3wt%,有效)和堿濃度(0.6wt%～1.2wt%)范圍內(nèi)烷基苯磺酸鹽復(fù)合體系均能與原油形成超低界面張力達(dá)10-3mN/m數(shù)量級(jí)或更低。
3.2 界面張力穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
由于在強(qiáng)堿條件下,活性劑體系的化學(xué)穩(wěn)定性決定著該體系的界面張力穩(wěn)定性。為此,我們?cè)谕榛交撬猁}的研制過程中從原料的處理､磺化工藝參數(shù)確定以及復(fù)配等每個(gè)環(huán)節(jié)都盡量消除化學(xué)不穩(wěn)定因素,從而研制出了界面張力穩(wěn)定性較為理想的小試產(chǎn)品。評(píng)價(jià)結(jié)果如圖4。
3.3 室內(nèi)天然巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究
在尺寸Φ×L為2.5cm×10cm的大慶天然巖心上進(jìn)行了烷基苯磺酸鹽三元復(fù)合體系(NaOH:1.0wt%,活性劑:0.2wt%,聚合物:1200mg/L)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究(表1)。結(jié)果表明,烷基苯磺酸鹽復(fù)合體系驅(qū)油效率比水驅(qū)提高了20%以上。
4 結(jié) 論
(1)以撫順洗化廠重烷基苯為原料,通過SO3降膜式磺化､中和及復(fù)配等過程,可合成出性能穩(wěn)定的三次采油用烷基苯磺酸鹽類表面活性劑。
(2)烷基苯磺酸鹽復(fù)合體系在較寬的活性劑(0.05wt%～0.3wt%,有效)及堿濃度(0.6wt%～1.2wt%)范圍內(nèi)均能與大慶原油形成超低界面張力達(dá)10-3mN/m數(shù)量級(jí)或更低,而且具有理想的界面張力穩(wěn)定性。
(3)烷基苯磺酸鹽復(fù)合體系的室內(nèi)天然巖心驅(qū)油效率比水驅(qū)提高20%以上。
