耐盐耐高温驱油用泡沫剂的研究进展

石油是目前世界上十分重要的经济与战略物资。

随着石油价格高涨与世界能源需求增加，尤其是我国石油进口量的快速增长，对于石油开采新技术的需求日益提高。

泡沫驱作为提高石油采收率的一个重要手段，越来越引起科研工作者的关注。

在向油藏中注蒸汽开采重质油、注气（如二氧化碳和氮气）驱替轻质油的过程中，泡沫剂能够有效避免气体超越原油发生指进、优先通过高渗透层发生窜流、重力上浮等问题，其优势已得到实践的广泛验证，具有独特的应用前景[1]。

然而，受采油地质条件的影响，地层越深，地层水的含盐度会相对较高，温度也会越高。

大多数泡沫剂在此条件会失去发泡能力，存在诸如半衰期短、驱油效率低等缺憾。

因此，开发新型耐盐、耐高温的泡沫剂体系[2]已成为当前泡沫驱研究亟待解决的首要课题。

本文就目前国内外各种新型耐盐、耐高温泡沫剂的研究进行了概述。

1. 单一泡沫剂目前研究的耐盐、耐高温驱油用单一泡沫剂有磺酸盐表面活性剂、羧酸盐表面活性剂、有机胺衍生物、高分子表面活性剂。

1.1 磺酸盐表面活性剂磺酸盐类表面活性剂的耐盐、耐温性能好，是目前高温高盐油田用表面活性剂的研究热点。

其主要品种及性能如表1所列。

表1 磺酸盐类耐盐、耐高温泡沫剂 表面活性剂耐温性能耐盐性能 烷基甘油基醚磺酸盐[3]250℃下24h后分解率小于40%50g/L月桂酸聚氧乙烯醚磺酸钠[4] 90℃ 30g/L，其中Ca 2+和Mg 2+为1g/L辛基酚聚氧乙烯醚磺酸钠[5] 250℃100g/L 12烷基苯16烷基磺酸钠[6] 250℃下48h后分解率为15%未提烷基二苯醚双磺酸盐[7]400℃下才出现分解浓盐溶液中具有优良的表面活性China Cleaning Industry382012年第4期刘晓臣，韩向丽，牛金平（中国日用化学工业研究院，山西 太原 030001）耐盐耐高温驱油用泡沫剂的研究进展综述/Review月桂酸聚氧乙烯醚磺酸钠和辛基酚聚氧乙烯醚磺酸钠的分子结构中含有两种不同性质的亲水基团（非离子基团和阴离子基团），兼具非离子型耐盐和阴离子型耐温的优点。

但是，前者分子中含有酯键，而酯键在高温下容易分解。

因此，该类表面活性剂不宜适用于温度很高的油藏。

对于后者，磺酸盐末端的磺酸基（-SO3H）硫原子直接与碳相连，抗高温能力强，化学稳定性远优于硫酸酯盐。

12烷基苯16烷基磺酸钠是一种双尾型表面活性剂，在油水及油气界面会紧密排列。

独特的分子结构赋予其特殊的抗高温性，且耐盐能力也会随分子结构的变化而有所不同。

12烷基苯16烷基磺酸钠是由16C烯烃与SO3磺化，然后再与十二烷基苯进行烷基化反应得到。

其原料烯烃大部分依赖进口，且来源于石油，属于不可再生资源，成本较高。

烷基二苯醚双磺酸盐特殊的分子结构赋予了其优异的性能：热稳定性好；在电解质溶液中溶解度很好（多数制品溶于20%浓度的无机盐水溶液）；抗硬水性能良好——其特殊结构对Ca2+、Mg2+离子有螯合作用，即在二价离子存在时其活性不受影响[7]。

1.2 羧酸盐表面活性剂脂肪醇（或烷基酚）聚氧乙烯醚羧酸盐（简称AEC），其分子式为R-O-(CH2CH2O)n-CH2COONa。

当R和n选择合适的值后，AEC就具有较好的抗盐能力和温度稳定性[8]。

杨秀全等[9]研究表明：对于n＝9，疏水链为C12-15的AEC，将其2%水溶液置于高压容器中在240℃放置10h，混合物的组成不变，1%活性物在饱和的MgCl2、CaCl2和NaCl水溶液中未见新相析出。

王业飞等[5]研究表明，R为辛基苯，n＝9时，可耐盐100g/L，耐温250℃。

1997年至1998年，中原油田采油二厂应用该表面活性剂在15口油井上实施化学吞吐采油，累计增产原油6000吨。

刘永兵等[10]合成了邻苯二甲酸单月桂醇酯钠盐PAS-12起泡剂。

研究表明，PAS-12起泡性优于常用的SDS和ABS，泡沫液体系抗温在90℃以上，抗盐为51.5g/L，适用于弱酸、强碱性环境。

1.3 有机胺衍生物中原油田的张中许等[11]研制了一种有机胺衍生物类发泡剂CT5-7。

在矿化度267.83g/L和温度为90℃下，该发泡剂仍能保持活性。

有机胺衍生物的分子结构为氮原子上的孤对电子与氧原子的配位键结合，呈强极性，易生成氢键，故在酸性介质中呈阳离子，而在中性或碱性中呈非离子。

因而，该类表面活性剂具有较强的耐矿化度能力。

1.4 高分子表面活性剂吕鑫等[12]用丙烯酰胺、乙酰丙酮丙烯酰胺和磺酸基亲水单体，经聚合反应合成了起泡剂AMS-18。

该起泡剂能够耐温120℃，抗盐250g/L〔其中ρ(Ca2+) = 4g/L〕。

由于AMS-18在高分子的侧链同时引入相互排斥的亲油基团和亲水基团，使得分子内和分子间的卷曲、缠结减少，高分子链在水溶液中排列成梳形。

这将增大聚合物分子链的刚性和分子结构的规整性，使聚合物分子链的卷曲困难，增黏抗盐能力得到很大提高。

AMS-18已经于2005年放大至3m3反应釜规模进行工业化生产，并在SU气田进行了矿场应用，措施井油压上升了1.5MPa，产气量增加了7.2倍。

2. 复合泡沫剂2.1 表面活性剂与助剂复配助剂的加入可以提高泡沫剂的耐盐性能和泡沫稳定性（表2）。

这是由于，具有螯合金属离子作用的助剂可增加泡沫剂的耐盐性能，而具有增强泡沫膜表面黏度和液相黏度作用的助剂能有效减缓液膜的排液速度和气体通过膜的扩散速度，从而提高泡沫的稳定性。

廖久明等[13]加入的EDTA是钙镁离子掩蔽剂，可提高复合体系的耐盐能力，三乙醇胺和聚乙烯醇增加了液相黏度，十二醇可以在气液界面上进行定向吸附，填补表面活性剂分子在气液界面上吸附时留下的空隙，提高液膜的致表2 表面活性剂与助剂复配体系的耐油、耐温性能复 合 体 系耐温性能耐盐性能表面活性剂 助 剂ABS、SDS、OP-10、吐温-80、尼纳尔[13]聚乙烯醇、EDTA、三乙醇胺、十二醇 90℃ 132 g/ L 十二烷基二甲胺氧化物和十二烷基磺酸钠[14]聚乙烯醇 110℃ 100 g/L 烷基甘油基醚磺酸盐和茶皂素[15]黏土、水溶性聚合物FA367-Ⅱ 150℃ 50 g/L SPI-C11[16]110℃ 200 g/L注：SPI-C11由阴离子、两性和非离子表面活性剂与固体酸N-2、添加剂P 6000组成April, 2012中国洗涤用品工业39Review/综述密性和机械强度，从而提高泡沫的稳定性。

郭平等[14]开发的十二烷基二甲胺氧化物在酸性介质中呈阳离子，而在中性或碱性中呈非离子，从而使复合体系耐盐性能较高。

廖久明等[13-16]开发的表面活性剂体系中含有阴离子和非离子（或阳离子或两性离子）表面活性剂。

他们的实验结果性能差异大，且复合体系中助剂较多，而地下岩石对不同组分的吸附量不同，可能会导致复合体系在注入地层后发生“色谱分离”问题。

表面活性剂和助剂复配可以提高泡沫的稳定性和耐盐性能，但不能很好地提高泡沫的耐温性能。

2.2 表面活性剂相互复配表面活性剂复配是一种物理改性的方法，可以弥补单一表面活性剂的不足，起到复配增效的作用。

重烷基苯磺酸盐、油渣磺酸盐和石油磺酸盐来源广、价格低廉、性能优越，在普通油藏采油中得到广泛应用，是目前三次采油用表面活性剂的主流品种。

然而，在高温、高盐下，它们的界面张力很难达到超低。

而脂肪醇（或烷基酚）聚氧乙烯醚磺酸盐具有阴离子-非离子型表面活性剂耐温、耐盐的特性，但其价格较高。

因此，人们将它们进行复配，从而达到协同增效的作用。

由于复配的两种表面活性剂都是磺酸盐型的阴离子表面活性剂，物理化学性能相差不大，在进入到地层后出现“色谱分离”的可能性要小于阴离子和非离子表面活性剂的复配体系。

AOS有很好的泡沫能力，但当盐水浓度超过15%时，其溶解能力受到限制。

Sevigny等[19]在复配体系中加入对盐有增溶作用的烷基二苯醚双磺酸盐，从而提高了配方的抗盐能力（表3）。

3. 结束语综合上述对当前单一泡沫剂和复合泡沫剂的对比研究，为了有效避免泡沫剂在地层运移过程中可能发生的“色谱分离”现象而导致配方失效，建议采用耐盐、耐高温的单一泡沫剂（如脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐、高分子表面活性剂等）。

随着油田开采条件的不断恶化，单一泡沫剂越来越受到青睐，具有更广阔的应用前景。

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