在中国石油2017年度科技励榜单上，中国石油勘探开发研究院的驱油用甜菜碱表面活性剂设计与合成项目荣获集团公司基础研究一等。 集团公司高度评价这一具有自主知识产权的，认为其综合性能达到国际先进水平，极大地拓宽了复合驱技术的应用范围，为复合驱技术的升级换代奠定了的基础，具有广阔的应用前景。 荣誉的背后是团队长达十余年的不懈与积极探索。瞄准高效、低廉、环保，甜菜碱表活剂研究团队不断突破传统、突破，将复合驱技术推向绿色驱油新时代。 随着我国陆上油田纷纷进入开发中后期，传统水驱已经难以满足油田开发需求，化学复合驱在油田开发中扮演越来越重要的角色。如今，三元复合驱在油田年产量已经突破400万吨，累计产油超过2000万吨，已经成为油田和其他老油田提高采收率的接替技术。 然而随着应用对象复杂化、油藏条件苛刻化加剧，三元复合驱技术的局限性逐渐。三元复合驱是通过在注入水中加入碱、低浓度的表活剂和聚合物的方法进行驱油。碱注入地下后，容易产生地层、举升系统结垢、采收液处理难等问题，难以适应复合驱技术发展的需要，也不符合日益严苛的环保要求。 能不能不用碱？早在十多年前，勘探院的科研人员便在思考这一问题。在袁士义院士、王德民院士等专家的支持下，在国家重大专项和973等项目的支撑下，勘探院组建了一个平均年龄不到30岁的年轻团队，专门攻关无碱二元复合驱技术，核心是研制高效、低廉、绿色表面活性剂。 何为表活剂？团队、勘探院采收率所化学驱副主任张群做了这样一个比喻：“表活剂就像洗衣粉一样，主要起到洗油作用，把油从地缝中、岩石缝中洗出来。” 研制无碱体系的表活剂，尽管有着院领导的大力支持，可在梦见别人剪头发研究早期，还是质疑。“当时复合驱的主流就是用强碱、弱碱，课本里学的也是有碱体系。无碱体系表活剂的驱油基理是什么，如何起作用，我们一开始也不清楚。”团队、采收率所化学驱高级工程师周朝辉坦言。 超低界面张力是复合驱中表活剂最主要的机理，也是评价表活剂适用性的先决条件。传统理论认为，没有碱的存在，单一表活剂与原油这一极其复杂的混合体系几乎不可能达到超低界面张力。 团队，从有碱到无碱是必然趋势，只要攻克这项核心技术，就占领了化学复合驱的前沿制高点。 没有现成的理论数据支撑，那就自己摸索。该团队在研制三类十余种模型化合物的基础上，通过动/静态界面张力、界面扩张流变和动力学模拟等手段，阐明了超低界面张力热力学平衡本质，以及碱、原油组分、无机盐、温度等因素对界面张力的作用规律；首次采用量子力学方法，在结构与影响表活剂界面张力的亲水亲油平衡值之间建立了定量化数学模型，有力指导低张力表活剂的设计与研制。 经过数十年的努力，中国石油形成了以重烷基苯磺酸盐为代表的强碱驱油剂和以石油磺酸盐为代表的弱碱驱油剂，总体技术水平保持国际领先。然而，团队经过反复实验发现，原油组分的复杂性、不均一性给无碱表活剂的研制带来了极大困难，传统以原油组分为原料制成的阴离子表活剂在无碱条件下无法满足要求。 无碱体系下的驱油表活剂应该是什么结构？该选用什么原料制成才能实现效果最优？为了回答这些问题，团队进行了上千次的设计和合成优化、上万次的产品评价，最终将目标锁定在了用廉价易得、以绿色植物油脂为原料制成的甜菜碱上。 “甜菜碱以往使用在高端日用化工领域，如护发素等产品。我们创新性地把这一绿色表面活性剂作驱油用，无需进行采出液处理，性能稳定又安全环保。”周朝辉介绍道。 经过各种研究发现，甜菜碱表面活性剂可以在无碱条件下，表活剂浓度在0.025%-0.3%范围内，与石蜡基原油、中间基原油和环烷基原油均可达到超低界面张力，且具有较强的耐温和耐高矿化度及二价钙/镁离子的能力。二/三类油藏和新疆砾岩油藏无碱二元体系岩芯实验可提高采收率23%以上。 “刚开始我们室内研制的甜菜碱合成工艺较复杂、成本较高，比有碱体系的表活剂成本高出许多，难以实现工业化，市场上竞争力有限，推广难度很大。”张群坦言。 为解决这一难题，团队从优化工艺线入手，不断优化设计、优化步骤，创新研发了烷基化和常压季铵化等五项放大生产技术。2014年，质量可靠且性能稳定的新型甜菜碱百吨级产品成功问世。该产品具有完全自主知识产权的成套技术工艺，授权发明专利11项，技术成熟度已达到工业化生产条件，成本降低50%以上，满足了现场试验要求。 甜菜碱表活剂终于能够走出实验室，进入现场。同样是2014年，甜菜碱表活剂在玉门老君庙进行现场试验，中心井含水由100%降低至79.8%，使一个封存长达30年的油藏焕发青春。 10月31日，对于甜菜碱表活剂攻关团队来说是一个意义非凡的日子。中国石油提高石油采收率国家重点实验室建设项目表面活性剂中试反应装置建设项目通过验收。该装置历经6年攻关，具有完全自主知识产权，具备年中试1万吨生产能力。其生产的正是团队苦心研究十余年的甜菜碱表活剂。 专家组对此给予高度评价：该装置具有“工艺模块化、生产广普化、产品系列化”的特点，主体装置国内唯一，技术与产品国际领先，是中国石油乃至国内石油领域化学驱的一个技术飞跃。该装置生产的甜菜碱表活剂不仅适用于生产东部石蜡基原油的油田，而且适宜西部高矿化度油藏、海外高温高盐油藏，既可满足玉门、长庆、新疆和油田无碱二元驱试验甜菜碱产品需求，也为油田矿场试验应用提供了技术保障。 回看这一幕，勘探院采收率研究所所长马德胜感触颇多。“团队里这些年轻人搞研究出身，为了能够把甜菜碱表活剂这事做成，他们还学建装置，搞应用。从头学起，跟专家学、在现场学，光学建装置就学了6年，一年有2/3的时间在现场。”马德胜说。随着甜菜碱表活剂的现场试验扩大化，他们收获了越来越多的掌声与项肯定。 这不是终点，而是新起点。“二元复合驱属于复合驱，聚合物的长链结构决定其在注入对象上仍存在一定局限。比如在渗透率小于10个毫达西的地层，就存在注不进去的可能。今后我们将与纳米技术、微生物技术等技术融合，强化甜菜碱表活剂的适用性，加速推进无碱二元复合驱技术成为接替技术。”张群说。 本文由来源于财鼎国际(http://cdgw.hengpunai.cn:27531/) |