CN102250606A

CN102250606A - 一种用于稠油热采的微乳液及其制备方法

Info

Publication number: CN102250606A
Application number: CN201010177796XA
Authority: CN
Inventors: 秦冰; 罗咏涛; 李本高
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2030-05-20
Also published as: CN102250606B

Abstract

本发明涉及一种用于稠油热采的微乳液及其制备方法，该微乳液包括10～64.5％的表面活性剂、5～15％油性组分、0.5～5％的碳数为1～8的醇和30～70％的水。本发明的微乳液适用于普通稠油油藏和超稠油油藏的蒸汽吞吐过程，可提高注蒸汽吞吐热采稠油的开发效果。

Description

一种用于稠油热采的微乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于稠油热采的微乳液及其制备方法，具体地说，是一种用来提高稠油蒸汽吞吐开发油田多轮次吞吐后期热采采收率的微乳液及其制备方法。

背景技术

近年来，国际原油价格持续在高位振荡，石油需求不断攀升。同时，受高油价刺激，各国稠油的开采技术和运营管理水平快速提升，不仅降低了稠油的开采成本，还使以往认为没有开采价值的边际重油和沥青储层，成为具有经济价值的有效资源。

稠油中含有较多胶质和沥青质，粘度大，流动性差，开采难度大，采收率较低。目前蒸汽吞吐和蒸汽驱采油被认为是开采稠油最有效的方法。蒸汽吞吐方法又叫周期性注汽或循环注蒸汽方法，对于稠油油藏如果常规采油的速度很低或根本无法采油时，必须采用蒸汽吞吐方法开采，而后采用蒸汽驱开采。蒸汽吞吐是将一定数量的高温、高压湿饱和蒸汽注入油层，焖井数天，加热油层中的原油后，然后开井回采。对于多数稠油油藏，不论浅层(200～300m)，还是深层(1000～1600m)，在第一周期吞吐时，由于油层压力保持在原始压力水平，开井回采时都能够自喷生产一段时间，因而峰值较高，当不能自喷生产时，立即转入下泵生产。随着回采时间延长，由于油层中注入热量的损失及产出液带出的热量，被加热的油层慢慢降温，流向近井地带及井底的原油粘度渐渐增高，原油产量下降，当产量降到某个界限时(经济极限产量或极限井口原油温度)，结束该周期生产，重新进行下一周期蒸汽吞吐，如此多周期吞吐作业，最后转入蒸汽驱开采。一般每个周期的采油期由几个月至1年左右，一般蒸汽吞吐周期可达5～7次。国内油田的实践表明已开发稠油油藏进入高轮次吞吐后期后，吞吐效果会越来越差，致使稠油热采产量下降。同时，油藏地质状况会发生一系列变化：边底水侵入、粘土膨胀、外来介质污染、地层压力下降较快、平均油汽比低等；原油性质亦有相应的改变：原油粘度增大、乳化严重、原油流动性能变差等。因此，为提高稠油油藏的开发效果，化学法强化注蒸汽开采技术的研究非常活跃。

与此同时，随着稠油开采深度的增加，地层水矿化度大于30000mg/L的三类油藏的开发越来越受到重视。常用的阴离子表面活性剂容易与钙、镁离子反应生成沉淀，降低界面张力的能力下降，失去对稠油的乳化作用；非离子表面活性剂的抗矿盐能力比阴离子表面活性剂强，但耐高温性能差，随着温度升高，水溶性急剧下降，降低界面张力的能力也下降；因此单独使用阴离子或非离子型表面活性剂都不适合油田蒸汽热采体系。

US 4687058报道了采用少量挥发性的溶剂如癸烷、己烷来提高蒸汽驱的效率。蒸汽伴溶剂驱比单独的蒸汽驱效率发生非常明显的变化，油汽比显著升高。采用轻的挥发性溶剂比采用重的溶剂有更高的驱油效率，同时溶剂在地层中的损失减小。但是由于溶剂具有较强的挥发性，如果在注入蒸汽前注入溶剂，溶剂会随着蒸汽的移动而挥发，并随蒸汽的前缘移动，不能达到完全理想的降粘效果。因此，单纯注溶剂对蒸汽驱的改善效果是有限的。

近年来，国内油田在化学法辅助蒸汽开采稠油方面进行了研究。2007年3月《石油地质与工程》中《稠油热采井新型增效技术的现场实践与认识》一文报道，采用发气剂、表面活性剂和助剂复配制备新型蒸汽增效剂。新型蒸汽增效剂随蒸汽注人高温地层后，发生分解反应，产生的二氧化碳气体溶于原油中，使稠油体积膨胀，粘度降低，改善了稠油在油层中的流动性。二氧化碳气体不但能够降粘、助排，又增加了回采时的弹性驱动能量，强化了注入蒸汽的回采；气体和表面活性剂在地层条件下能够生成泡沫，对大孔道或汽窜通道具有一定的封堵作用，可以扩大蒸汽的波及体积。但是该技术在50℃粘度为20000mPa.S的某稠油井上实施失败，对于更高粘度的稠油需要进一步优化配方。

1999年第6卷第1期《特种油气藏》中《稠油注蒸汽热采添加化学剂技术》一文报道了高温泡沫调剖剂改善吸气剖面技术；高温驱油助剂和氮气辅助吞吐提高驱油效率；破乳脱水型和乳化降粘型表面活性剂改善稠油流动性能。在乐安油田、单家寺油田注蒸汽热采井进行了工业应用，取得了累积增油的效果。但是，由于稠油油藏的复杂性，化学剂的适应性较差，对于地层水矿化度大于30000mg/L的油井，文中并没有提及效果，而且单独使用化学剂的成本较高，也制约了其应用的范围。

CN 1252213C报道了一种微乳液驱油剂，主要特点在于采用一种可转相的复合乳化剂，该乳化剂在通常情况下易形成油包水型微乳液，在碱驱的情况下易形成水包油型微乳液，采用该乳化剂进行驱油，成本较低，专利中提到的聚烯烃羧酸酯的抗矿盐能力较差，而且该驱油剂适合常规稀油油藏，并没有给出针对稠油油藏的实施例。

发明内容

针对上述稠油热采过程中蒸汽多轮次吞吐后期存在的问题，本发明提供了一种用于稠油热采的微乳液，该微乳液的抗矿盐能力强(矿化度大于30000mg/L)，耐高温性能好，可以显著提高注蒸汽吞吐热采稠油的开发效果。本发明还提供了该微乳液的制备方法。

一种用于稠油热采的微乳液，以微乳液的总质量为基准，包括10～64.5％的表面活性剂、5～15％油性组分、0.5～5％的碳数为1～8的醇和30～70％的水；所述表面活性剂由非离子-阴离子型表面活性剂和阴离子表面活性剂组成，以表面活性剂的质量为基准，非离子-阴离子型表面活性剂的含量为40％～80％，阴离子表面活性剂的含量为20％～60％；所述油性组分由50％～100％的溶剂和0％～50％的油溶性增效剂组成，其中油溶性增效剂选自2-烷基萘磺酸、烷基萘、聚甲基丙烯酸酯、醋酸乙烯酯/反丁烯二酸酯共聚物、聚α-烯烃和烷基化聚苯乙烯中的一种或多种。

所述的微乳液是由水相、油相、表面活性剂与助表面活性剂在适当比例形成的一种透明或半透明的，低粘度的，各向同性且热力学稳定的油水混合体系。

所述表面活性剂中，以表面活性剂的质量为基准，非离子-阴离子型表面活性剂的含量优选为50％～70％，阴离子表面活性剂的含量优选为30％～50％。

所述油性组分优选由90％～100％的溶剂和0％～10％的油溶性增效剂组成。

所述非离子-阴离子型表面活性剂优选为聚氧乙烯醚或聚氧乙烯聚氧丙烯醚的磷酸酯盐、硫酸酯盐、羧酸盐和磺酸盐中的一种或几种，更优选为聚氧乙烯聚氧丙烯醚的磷酸酯盐、硫酸酯盐、羧酸盐和磺酸盐中的一种或几种。上述聚氧乙烯醚或聚氧乙烯聚氧丙烯醚的起始剂优选为烷基酚、多乙烯多胺或脂肪醇，更优选为碳数6～20的烷基酚或碳数6～20的脂肪醇。

所述的聚氧乙烯醚或聚氧乙烯聚氧丙烯醚中，氧乙烯聚合度为3～90(结构单元-CH₂CH₂O-的数目)；所述的聚氧乙烯聚氧丙烯醚中，氧丙烯聚合度为1～90(结构单元-CH₂CH(CH₃)O-的数目)。

以烷基酚或脂肪醇为起始剂的情况为例，说明非离子-阴离子型表面活性剂的结构，非离子-阴离子型表面活性剂的通式分别写为：

R-O-(CH₂CH₂O)_n-[CH₂CH(CH₃)O]_mPO₃M₂

R-O-(CH₂CH₂O)_n-[CH₂CH(CH₃)O]_mSO₃M

R-O-(CH₂CH₂O)_n-[CH₂CH(CH₃)O]_mCH₂COOM

R-O-(CH₂CH₂O)_n-[CH₂CH(CH₃)O]_mR’SO₃M

其中，R是烷基或烷苯基，碳数为6～20，优选8～18；n为氧乙烯聚合度，其值为3～90；M为一价金属阳离子或NH₄ ⁺；R’为碳数1～6的烷基；m为氧丙烯聚合度，其值为0～90。

所述阴离子表面活性剂选自烷基芳基磺酸盐、石油磺酸盐、石油羧酸盐、α烯基磺酸盐、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、分子量为500～40000的石油磺酸盐甲醛缩合物中的一种或几种。

所述溶剂优选为C5～C20的直链烷烃、C5～C20的支链烷烃、C5～C20的环烷烃和C6～C15的芳香烃中的一种或多种，更优选为C8～C15的直链烷烃、C8～C15的支链烷烃、C8～C15的环烷烃和C7～C10的芳香烃中的一种或多种。

其中，2-烷基萘磺酸中的烷基优选为碳数1～20的烷基，更优选碳数为8～12的直链烷基；所述烷基萘的分子量优选为2000～10000，更优选为3000～8000；所述聚甲基丙烯酸酯中，与羧基相联的烷基碳数优选为1～20，更优选为6～18；所述醋酸乙烯酯/反丁烯二酸酯共聚物的分子量优选为4000～28000，更优选为8000～20000；所述聚α-烯烃中，烷基侧链的碳数优选为1～20，更优选为7～18；所述烷基化聚苯乙烯的分子量优选为20000～120000，更优选为40000～100000。

所述醇优选为碳数2～5的直链烷基醇或碳数2～5的支链烷基醇。

所述的水可以是普通水质，如自来水、井水、蒸馏水，也可以是总矿化度不大于30000mg/L的地层水。

本发明中，所有混合物的分子量均指重均分子量。

上述微乳液的制备方法，包括将非离子-阴离子表面活性剂、阴离子型表面活性剂与水混合均匀，然后将其与油性组分和醇混合，搅拌后得到透明的水外相微乳液。

现场注入工艺为：伴蒸汽注入热采化学剂体系，在注汽站或配汽站内，利用计量泵将储液罐内配置好的化学剂微乳液打进锅炉出口的蒸汽干线内，化学剂随蒸汽进入注汽井或油井。该工艺的优点是，一站配液，多井同时施工，多井收效。

本发明的微乳液型化学剂的适用温度范围为50～250℃。

本发明采用溶剂和耐高温抗矿盐表面活性剂，制备成以水为外相的微乳液型热复合化学体系，同蒸汽一同注入稠油油藏，可大幅度提高蒸汽的驱油效率和波及效率，使稠油粘度大幅降低，从而提高热采开发效果。稠油通常具有很高的沥青质含量，沥青质通过氢键作用形成十分稳定的片层结构，使原油具有较大粘度。本发明的微乳液型化学剂体系随蒸汽注入油井后，会产生三方面作用：首先，稠油在蒸汽或热水的作用下，粘度下降，流动性得到改善；其次，随着地层中温度和压力的变化，微乳液中的溶剂和表面活性剂发生分离，溶剂通过破坏沥青质的氢键作用，使沥青质解缔、分散，形成均匀的、粘度降低的胶体溶液，在这种胶体溶液中沥青质颗粒更小；第三，表面活性剂水溶液与这种胶体溶液发生作用，容易形成水包油型稠油乳状液，使稠油粘度大幅度降低。三个方面同时起作用提高注蒸汽吞吐热采稠油的开发效果。

本发明的微乳液不仅适用于普通稠油油藏，而且适用于超稠油油藏的蒸汽吞吐过程。

具体实施方式

实施例1

本实施例说明微乳液的配制。

将非离子-阴离子表面活性剂、阴离子型表面活性剂与水混合均匀，然后将其与油性组分和醇混合，搅拌后得到透明的水外相微乳液，具体配方见表1。

表1

实施例2

本实施例说明本发明现场实施的效果。

某油井，50℃原油粘度65000mPa.S，地层水矿化度31000mg/L，井深1200m，从第三周期开始，油汽比平均递减幅度在44.5％。现场在第八周期进行注化学剂施工。采用伴蒸汽滴注式工艺流程，伴蒸汽注入微乳液1，累计注入化学剂10天共20m³，该井有效吞吐周期由原来的7个增加到12个，采收率由32.03％。增加到46.88％，增加了14.85个百分点。

实施例3

本实施例说明微乳液1与2的降粘效果比较，试验油为单家寺稠油(50℃粘度，75000mPa.s)，降粘结果见表2。

表2

微乳液	剂量	加入微乳液后粘度/mPa.s
			微乳液1	1％	7500
微乳液2	0.5％	3200

Claims

1.一种用于稠油热采的微乳液，以微乳液的总质量为基准，包括10～64.5％的表面活性剂、5～15％油性组分、0.5～5％的碳数为1～8的醇和30～70％的水；所述表面活性剂由非离子-阴离子型表面活性剂和阴离子表面活性剂组成，以表面活性剂的质量为基准，非离子-阴离子型表面活性剂的含量为40％～80％，阴离子表面活性剂的含量为20％～60％；所述油性组分由50％～100％的溶剂和0％～50％的油溶性增效剂组成，其中油溶性增效剂选自2-烷基萘磺酸、烷基萘、聚甲基丙烯酸酯、醋酸乙烯酯/反丁烯二酸酯共聚物、聚α-烯烃和烷基化聚苯乙烯中的一种或多种。

2.按照权利要求1所述的微乳液，其特征在于，所述表面活性剂中，以表面活性剂的质量为基准，非离子-阴离子型表面活性剂的含量为50％～70％，阴离子表面活性剂的含量为30％～50％。

3.按照权利要求1所述的微乳液，其特征在于，所述非离子-阴离子型表面活性剂为聚氧乙烯醚或聚氧乙烯聚氧丙烯醚的磷酸酯盐、硫酸酯盐、羧酸盐和磺酸盐中的一种或几种。

4.按照权利要求3所述的微乳液，其特征在于，所述聚氧乙烯醚或聚氧乙烯聚氧丙烯醚的起始剂为烷基酚、多乙烯多胺或脂肪醇。

5.按照权利要求4所述的微乳液，其特征在于，所述聚氧乙烯醚或聚氧乙烯聚氧丙烯醚的起始剂为碳数6～20的烷基酚或碳数6～20的脂肪醇。

6.按照权利要求3所述的微乳液，其特征在于，所述的聚氧乙烯醚或聚氧乙烯聚氧丙烯醚中，氧乙烯聚合度为3～90。

7.按照权利要求6所述的微乳液，其特征在于，所述的聚氧乙烯聚氧丙烯醚中，氧丙烯聚合度为1～90。

8.按照权利要求1所述的微乳液，其特征在于，所述阴离子表面活性剂选自烷基芳基磺酸盐、石油磺酸盐、石油羧酸盐、α烯基磺酸盐、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、分子量为500-40000的石油磺酸盐甲醛缩合物中的一种或几种。

9.按照权利要求1所述的微乳液，其特征在于，所述溶剂为C5～C20的直链烷烃、C5～C20的支链烷烃、C5～C20的环烷烃和C6～C15的芳香烃中的一种或多种。

10.按照权利要求9所述的微乳液，其特征在于，所述溶剂为C8～C15的直链烷烃、C8～C15的支链烷烃、C8～C15的环烷烃和C7～C10的芳香烃中的一种或多种。

11.按照权利要求1所述的微乳液，其特征在于，所述2-烷基萘磺酸的烷基为碳数1～20的烷基；所述聚甲基丙烯酸酯中，与羧基相联的烷基碳数为1～20；所述聚α-烯烃中，烷基侧链的碳数为1～20。

12.按照权利要求11所述的微乳液，其特征在于，所述2-烷基萘磺酸的烷基为碳数8～12的直链烷基；所述聚甲基丙烯酸酯中，与羧基相联的烷基碳数为6～18；所述聚α-烯烃中，烷基侧链的碳数为为7～18。

13.按照权利要求1所述的微乳液，其特征在于，所述醇为碳数2～5的直链烷基醇或碳数2～5的支链烷基醇。

14.按照权利要求1所述的微乳液，其特征在于，所述油性组分由90％～100％的溶剂和0％～10％的油溶性增效剂组成。

15.权利要求1所述的微乳液的制备方法，包括将非离子-阴离子表面活性剂、阴离子型表面活性剂与水混合均匀，然后将其与油性组分和醇混合，搅拌后得到透明的水外相微乳液。