CN103980873B

CN103980873B - 一种三相泡沫复合驱油体系及其应用

Info

Publication number: CN103980873B
Application number: CN201410245003.1A
Authority: CN
Inventors: 由庆; 戴彩丽; 赵光; 赵明伟; 范洪富; 赵健慧; 杨帅; 赵福麟
Original assignee: China University of Geosciences Beijing
Current assignee: China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2034-06-04
Also published as: CN103980873A

Abstract

本发明涉及一种三相泡沫复合驱油体系及其应用。该三相泡沫复合驱油体系由起泡剂、稳泡剂、水和气体组成；其中起泡剂、稳泡剂均匀分散在水中组成驱油体系溶液，稳泡剂的质量分数为0.1～0.3％，起泡剂的质量分数为0.1～0.4％；所述气体为氮气、二氧化碳或天然气；所述驱油体系溶液与所述气体的体积比为1:(1‑1.5)，交替注入地层或岩心中；本发明的三相泡沫复合驱油体系，降低了液膜的排液速度，提高了液膜的粘弹性和强度，使泡沫更加稳定，驱油效果好，用于提高原油采收率。

Description

一种三相泡沫复合驱油体系及其应用

技术领域

本发明涉及可用于提高原油采收率的泡沫驱油，尤其涉及一种三相泡沫复合驱油体系，属于提高采收率与油田化学技术领域。

背景技术

随着我国国民经济的迅速增长，对石油需求不断提高。采用目前开采技术，50％以上的石油需求依赖进口，导致我国将面临重大的经济和国家能源安全问题。三次采油技术是目前大幅度提高原油采收率的主要手段，相关技术在我国发展很快，其中聚合物驱、二元(表面活性剂/聚合物)复合驱和三元(表面活性剂/碱/聚合物)复合驱分别可在水驱基础上提高原油采收率10％以上、15％以上和20％以上。但聚合物驱、二元复合驱和三元复合驱在矿场实施过程中也暴露了一些问题，受地面设备剪切、地层渗流剪切及地层理化性质影响，聚合物驱、二元复合驱和三元复合驱过程中聚合物的粘度损失较大，流度控制能力减弱；三元复合驱体系中碱的加入较大程度上改善了聚合物驱和二元复合驱的效果，但碱的存在会导致井筒结垢，引起地层伤害，同时也给后续采出液的破乳带来困难。同时，无论是聚合物驱，还是复合驱都受到储层非均质性影响，纵向上的流度差异较大，窜流现象严重，驱油剂未能到达含油饱和度高的部位，驱油效果差。

泡沫驱通过利用泡沫jamin叠加效应和高视粘度的特点，有效封堵高渗透层或大孔道，且随着注入压力升高，泡沫可以依次进入渗透率较小，流动阻力较大而原先不能进入的中、低渗透层，提高波及系数，同时泡沫可依孔道的形状而变形，能有效地将波及到孔隙中的油驱出，另外体系中起泡剂溶液可降低油水界面张力提高洗油效率，进而实现提高原油采收率的目的。可见，泡沫驱即能降低油水流度比，提高波及效率，提高洗油效率；同时减小了以往化学驱导致的环境伤害，可有效防止驱油剂指进和气窜现象的发生。CN102140338公布了一种氟碳表面活性剂二元复合泡沫驱油体系，由起泡剂磺基甜菜碱型氟碳表面活性剂、氧化胺型氟碳表面活性剂，或者磺基甜菜碱型氟碳表面活性剂、氧化胺型氟碳表面活性剂之一与α-烯基磺酸盐的组合；稳泡剂部分水解聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮或羟乙基纤维素和氮气组成。但泡沫是一种热力学不稳定体系，泡沫稳定性的至关重要，直接影响驱油效果。CN102140338公布的方法中利用聚合物溶液仅从提高泡沫液膜粘度的角度提高泡沫的稳定性，且使用气体相对单一，限制其应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种三相泡沫复合驱油体系及其应用方法，从增强泡沫液膜强度同时增加其粘度来提高泡沫的稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种三相泡沫复合驱油体系，由起泡剂、稳泡剂、水和气体组成；其中起泡剂、稳泡剂均匀分散在水中组成驱油体系溶液，在该驱油体系溶液中稳泡剂的质量分数为0.1～0.3％，起泡剂的质量分数为0.1～0.4％；所述气体为氮气、二氧化碳或天然气；所述驱油体系溶液与所述气体的体积比为1:(1-1.5)，交替注入地层或岩心中；

所述起泡剂为十四烷基羟磺基甜菜碱表面活性剂、椰油酰胺丙基甜菜碱表面活性剂之一或组合，所述稳泡剂为高分子聚合物和冻胶分散体的复合体系；其中，

所述高分子聚合物为非离子聚丙烯酰胺或聚乙烯醇，非离子聚丙烯酰胺的分子量为400～800万，水解度1～3％，聚乙烯醇分子量为15～30万；

所述冻胶分散体为酚醛树脂冻胶分散体，粒度尺寸为纳米～微米级；

所述稳泡剂中高分子聚合物和冻胶分散体的质量比为(0.5～2)∶1。

上述的三相泡沫复合驱油体系在60～90℃下，起泡体积300～600mL，半衰期10～40min，可使油水界面张力降低到10^-2mN/m数量级。

根据本发明优选的，所述酚醛树脂冻胶分散体是将酚醛树脂冻胶用胶体磨通过机械剪切制得。

进一步优选的，所述酚醛树脂冻胶分散体按如下步骤的制备：

(1)在阴离子聚丙烯酰胺溶液中加入酚醛树脂交联剂溶液得酚醛树脂冻胶成胶液；其中聚丙烯酰胺的分子量为800～100万，水解度为20～25％，使成胶液中阴离子聚丙烯酰胺的质量分数0.4～0.6％，酚醛树脂交联剂溶液的质量分数为0.9～1.5％，搅拌均匀，80℃下静置成冻，得到酚醛树脂冻胶；

(2)将步骤(1)得到的酚醛树脂冻胶与水按照1∶1的质量比加入胶体磨中，开动胶体磨，循环剪切至完全分散均匀，工艺条件如下：

调整胶体磨的转速在2000～2500rpm，剪切间距10～50μm，循环剪切15～30min，得纳米级的酚醛树脂冻胶分散体；

调整胶体磨的转速在300～1000rpm，剪切间距90～150μm，循环剪切10～20min得到微米级的酚醛树脂冻胶分散体。

本发明所述十四烷基羟磺基甜菜碱表面活性剂、椰油酰胺丙基甜菜碱表面活性剂均为现有技术。市售产品。所述十四烷基羟磺基甜菜碱表面活性剂具有如下所示的结构：

所述的椰油酰胺丙基甜菜碱表面活性剂具有如下的结构：

根据本发明优选的方案之一，所述驱油体系溶液是：起泡剂为十四烷基羟磺基甜菜碱表面活性剂(THSB)，起泡剂占总驱油体系溶液质量的百分数为0.2％；稳泡剂由非离子聚丙烯酰胺和酚醛树脂冻胶分散体2:1质量比组成，其中非离子聚丙烯酰胺分子量600万，水解度2％；酚醛树脂冻胶分散体粒度尺寸为50～60μm，稳泡剂占总驱油体系溶液的质量百分数为0.2％；其余为水。驱油体系溶液简记为0.3％THSB+0.2％NPAM+0.1％DPG+余量水。90℃下起泡体积330mL，半衰期20min，可使油水界面张力降低到4.26×10^-2mN/m数量级。

根据本发明优选的方案之二，所述驱油体系溶液组成为：起泡剂为椰油酰胺丙基甜菜碱表面活性剂(CAB)，起泡剂占总驱油体系溶液质量的百分数为0.4％；稳泡剂由聚乙烯醇和酚醛树脂冻胶分散体2:1质量比组成，其中聚乙烯醇分子量25万，酚醛树脂冻胶分散体粒度尺寸为100～200nm，稳泡剂占总驱油体系溶液的质量百分数为0.3％；其余为水。驱油体系溶液简记为0.4％CAB+0.2％PVA+0.1％DPG+余量水。60℃下起泡体积460mL，半衰期55min，可使油水界面张力降低到1.35×10^-2mN/m数量级。

根据本发明，三相泡沫复合驱油体系的制备方法，包括步骤如下：

按比例，在水中加入高分子聚合物溶液母液，搅拌3～6min待其充分溶解，然后加入纳米级或微米级冻胶分散体，搅拌3～6min待其均匀分散，再加入起泡剂制得驱油体系溶液。然后，将驱油体系溶液与所述气体按比例交替注入地层或岩心中，在地层或岩心中生成泡沫，形成本发明的三相泡沫复合驱油体系。

所述气体为氮气、二氧化碳、天然气之一，根据现场应用时所在地的气源优势而选择气体的种类。

本发明的三相泡沫复合驱油体系的应用，其应用方法是将上述驱油体系溶液与气体交替注入地层或岩心中，用于提高原油采收率。

所述的三相泡沫复合驱油体系溶液注入段塞为0.15～0.25PV，气体注入段塞为0.15～0.25PV，多次交替注入，所述驱油体系溶液与所述气体的体积比为1:(1-1.5)。

所述多次交替注入通常为2～4次。

本发明的三相泡沫复合驱油体系，采用图1所示的驱油实验流程，具体驱替方法如下：

(1)饱和水：首先将三层非均质岩心抽真空，饱和地层模拟盐水；

(2)水驱：用地层模拟盐水以注入速度为1mL/min三层非均质岩心，计算三层非均质岩心的孔隙体积；

(3)饱和原油：依次将注入速度由0.05mL/min增至1mL/min，饱和地面脱水脱气原油,直至出口端的产出液全部为油，得到饱和油体积；

(4)老化：将饱和原油后的三层非均质岩心密封后恒温放置48h；

(5)水驱：以注入速度为1mL/min驱替三层非均质岩心，直至产出液中含水率为98％，计算水驱采收率；

(6)三相泡沫复合驱油：以0.1mL/min的注入速度交替注入一定孔隙体积的三相泡沫驱油体系溶液和气体；

(7)后续水驱：以1mL/min的注入速度水驱至产出液中的含水率再次达到98％，计算三相泡沫复合驱油体系提高原油采收率的数值。

本发明从增强泡沫液膜强度的角度入手，通过提高泡沫液膜的粘度和强度,降低液膜的排液速度来增强泡沫的稳定性,最大程度发挥泡沫封堵高渗透层或大孔道的有效性，降低油水流度比，提高波及系数，同时利用起泡剂溶液提高中、低渗透层的洗油效率，进而大幅度提高原油采收率。

本发明的技术特点及有益效果：

1、本发明所形成的泡沫稳定性好，通过利用高分子聚合物和冻胶分散体增加了泡沫液膜的粘度和强度，极大地降低了液膜的排液速度，提高了液膜的粘弹性，使泡沫更加稳定，驱油效果更好。

2、本发明所用起泡剂为两性表面活性剂，具有较好的耐温耐盐性能，且可油水界面张力降低到10-2mN/m数量级，应用的油藏范围更广。

3、本发明的三相泡沫复合驱油体系中含有冻胶分散体，具有良好的耐温、耐盐、耐剪切性能，可大幅度降低体系中聚合物因剪切粘度损失带来的对泡沫稳定性不利的影响；同时能够避免聚合物驱、二元或三元复合驱中聚合物粘度损失带来的不利影响，且本发明的驱油体系未含有碱，可避免碱带来的不利影响。

4、本发明的三相泡沫复合驱油体系，表观粘度大，通过贾敏效应(Jamin Effect)，能够对高渗透通道或大孔道产生有效封堵，具有较好的流度控制能力，能够显著提高波及系数和洗油效率，最大限度地提高原油采收率。

附图说明

图1是三相泡沫复合驱的驱油实验流程示意图，其中：1、2—平流泵；3—高压气瓶；4、6、7、8、9、22、23、24、25—阀门；5、14、19—精密压力表；10—气罐；11—水罐；12—表面活性剂罐；13—油罐；15—六通阀；16—岩心夹持器；17—恒温箱；18—回压控制器；20—手摇泵；21—电子计量装置。

图2是实施例1三相泡沫复合驱油体系形成的三相泡沫的显微镜照片(×40倍)。

具体实施方式

下面将结合实施例进一步说明本发明，但不限于此。

实施例中使用的非离子水解聚丙烯酰胺(NPAM)，分子量600万，水解度2％；聚乙烯醇(PVA)，分子量25万。

酚醛树脂冻胶分散体(DPG)，粒度尺寸为微米级，按如下步骤的制备：在阴离子聚丙烯酰胺溶液中加入酚醛树脂交联剂溶液得酚醛树脂冻胶成胶液；其中聚丙烯酰胺的分子量为800～100万，水解度为20～25％，使成胶液中阴离子聚丙烯酰胺的质量分数0.5％，酚醛树脂交联剂溶液的质量分数为1.2％，搅拌均匀，80℃下静置成冻，得到酚醛树脂冻胶；将得到的酚醛树脂冻胶与水按照1∶1的质量比加入胶体磨中，调整胶体磨的转速在300～1000rpm，剪切间距90～150μm，开动胶体磨，循环剪切10～20min得到微米级的酚醛树脂冻胶分散体。

实施例1：三相泡沫复合驱油体系，由驱油体系溶液和氮气按体积比1:1组成，依次先后交替注入地层或岩心中。

驱油体系溶液：起泡剂为十四烷基羟磺基甜菜碱表面活性剂(THSB)，起泡剂占总驱油体系溶液质量的百分数为0.2％；稳泡剂由非离子聚丙烯酰胺和酚醛树脂冻胶分散体1:1组成，其中非离子聚丙烯酰胺分子量600万，水解度2％，冻胶分散体，尺寸为50～60μm，稳泡剂占总驱油体系溶液的质量百分数为0.2％；其余为水。

以上驱油体系溶液简记为：0.2％THSB+0.1％NPAM+0.1％DPG+余量水，在以下的实施例中也采用同样的表达方式，含义与本实施例相同。该表达方式是本领域的通用表达。

室内三相泡沫驱油实验结果表明，90℃下起泡体积348mL，半衰期12min，可使油水界面张力降低到5.68×10^-2mN/m数量级。

原油：地面脱水脱气原油，90℃下粘度12.6mPa·s；

地层模拟盐水：属于NaHCO₃型，矿化度为9600mg/L；温度：90℃；

三层非均质岩心基本参数：长×宽×高＝30cm×4.5cm×4.5cm，高、中、低三层渗透率为6μm，2μm，0.3μm；

注入段塞：先0.25PV驱油体系溶液，后0.25PV氮气，交替注入；一般2次即可。

驱油结果：水驱采收率为36.8％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到82.4％，提高原油采收率45.6％。

实施例2

如实施例1所述，所不同的是：三层非均质岩心基本参数的长×宽×高＝30cm×4.5cm×4.5cm，高、中、低三层渗透率为5μm，2μm，0.5μm。驱油结果：水驱采收率为43.6％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到89.6％，提高原油采收率46.0％。

实施例3

如实施例1所述，所不同的是：注入段塞为先0.15PV驱油体系溶液，后0.15PV氮气交替注入(2次)；驱油结果：水驱采收率为37.0％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到70.1％，提高原油采收率33.1％。

实施例4

如实施例1所述，所不同的是：注入段塞为先0.25PV驱油体系溶液，后0.25PV二氧化碳交替注入(2次)；驱油结果：水驱采收率为36.6％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到82.8％，提高原油采收率46.2％。

实施例5

如实施例1所述，所不同的是：注入段塞为先0.25PV驱油体系溶液，后0.25PV天然气交替注入(2次)，其中天然气组成：72％CH₄、5％C₂H₆、2％C₃H₈、0.67％C₄H₁₀、0.13％C₅H₁₂、19％N₂、1.2％CO₂；驱油结果：水驱采收率为36.5％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到81.6％，提高原油采收率45.1％。

实施例6

如实施例1所述，所不同的是：驱油体系溶液为0.3％THSB+0.1％NPAM+0.1％DPG。90℃下起泡体积368mL，半衰期15min，可使油水界面张力降低到4.24×10^-2mN/m数量级。驱油结果：水驱采收率为36.1％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到83.1％，提高原油采收率47.0％。

实施例7

如实施例1所述，所不同的是：驱油体系溶液为0.3％THSB+0.2％NPAM+0.1％DPG+余量水。90℃下起泡体积330mL，半衰期20min，可使油水界面张力降低到4.26×10^-2mN/m数量级。驱油结果：水驱采收率为36.9％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到84.6％，提高原油采收率47.7％。

实施例8

驱油体系溶液组成为：起泡剂椰油酰胺丙基甜菜碱表面活性剂(CAB)，起泡剂占总驱油体系溶液质量的百分数为0.3％；稳泡剂由聚乙烯醇和酚醛树脂冻胶分散体质量比为1:1组成，其中聚乙烯醇分子量25万，酚醛树脂冻胶分散体尺寸为100～200nm，稳泡剂占总驱油体系溶液的质量百分数为0.3％；其余为水。

以上驱油体系溶液简记为：0.3％CAB+0.15％PVA+0.15％DPG+余量水，在所有实施例中都采用同样的表达方式，含义与本实施例相同。该表达方式是本领域的通用表达。

由以上驱油体系溶液和气体充分混合进行室内三相泡沫驱油。60℃下起泡体积465mL，半衰期49min，可使油水界面张力降低到1.67×10^-2mN/m数量级。原油：地面脱水脱气原油，60℃下粘度148mPa·s；地层模拟盐水：属于NaHCO₃型，矿化度为2400mg/L；温度：60℃；三层非均质岩心基本参数：长×宽×高＝30cm×4.5cm×4.5cm，高、中、低三层渗透率为5μm，1μm，0.2μm；注入段塞：先0.25PV驱油体系溶液，后0.25PV氮气交替注入(2次)；驱油结果：水驱采收率为40.3％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到86.8％，提高原油采收率46.5％。

实施例9

如实施例8所述，所不同的是：三层非均质岩心基本参数为长×宽×高＝30cm×4.5cm×4.5cm，高、中、低三层渗透率为4μm，1μm，0.2μm。驱油结果：水驱采收率为42.1％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到88.9％，提高原油采收率46.8％。

实施例10

如实施例8所述，所不同的是：注入段塞为先0.2PV驱油体系溶液，后0.2PV氮气交替注入(2次)；驱油结果：水驱采收率为40.1％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到75.6％，提高原油采收率35.5％。

实施例11

如实施例8所述，所不同的是：注入段塞为先0.25PV驱油体系溶液，后0.25PV二氧化碳交替注入(2次)。驱油结果：水驱采收率为40.0％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到87.5％，提高原油采收率47.5％。

实施例12

如实施例8所述，所不同的是：注入段塞为先0.25PV驱油体系溶液，后0.25PV天然气交替注入(2次)，其中天然气组成：72％CH₄、5％C₂H₆、2％C₃H₈、0.67％C₄H₁₀、0.13％C₅H₁₂、19％N₂、1.2％CO₂。驱油结果：水驱采收率为40.8％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到84.4％，提高原油采收率43.6％。

实施例13

如实施例8所述，所不同的是：驱油体系溶液为0.4％CAB+0.1％PVA+0.1％DPG+余量水，60℃下起泡体积430mL，半衰期40min，可使油水界面张力降低到1.33×10^-2mN/m数量级。驱油结果：水驱采收率为40.2％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到83.4％，提高原油采收率43.2％。

实施例14

如实施例8所述，所不同的是：驱油体系溶液为0.4％CAB+0.2％PVA+0.1％DPG+余量水，60℃下起泡体积460mL，半衰期55min，可使油水界面张力降低到1.35×10^-2mN/m数量级。驱油结果：水驱采收率为39.9％，三相泡沫复合驱后最终采收率达到87.0％，提高原油采收率47.1％。

Claims

1.一种三相泡沫复合驱油体系，由起泡剂、稳泡剂和气体组成，其中起泡剂、稳泡剂溶于水中组成驱油体系溶液，在该驱油体系溶液中使稳泡剂的质量分数为0.1~0.3%，使起泡剂的质量分数为0.1~0.4%；所述气体为氮气、二氧化碳或天然气；所述驱油体系溶液与所述气体的体积比为1:( 1-1.5)，交替注入地层或岩心中；

所述高分子聚合物为非离子聚丙烯酰胺或聚乙烯醇，非离子聚丙烯酰胺的分子量为400万~800万，水解度1~3%，聚乙烯醇分子量为15万~30万；

所述冻胶分散体为酚醛树脂冻胶分散体，尺寸在纳米~微米级范围内；

所述稳泡剂中高分子聚合物和冻胶分散体的质量比为（0.5~2）∶1；

所述酚醛树脂冻胶分散体按如下的步骤制备：

（1）在阴离子聚丙烯酰胺溶液中加入酚醛树脂交联剂溶液得酚醛树脂冻胶成胶液；其中阴离子聚丙烯酰胺的分子量为100万~800万，水解度为20~25%，使成胶液中阴离子聚丙烯酰胺的质量分数0.4~0.6%，酚醛树脂交联剂溶液的质量分数为0.9~1.5%，搅拌均匀，80℃下静置成冻，得到酚醛树脂冻胶；

（2）将步骤（1）得到的酚醛树脂冻胶与水按照1∶1的质量比加入胶体磨中，开动胶体磨，循环剪切至完全分散均匀，工艺条件如下：

调整胶体磨的转速在2000~2500 rpm，剪切间距10~50μm，循环剪切15~30min，得纳米级的酚醛树脂冻胶分散体；

调整胶体磨的转速在300~1000 rpm，剪切间距90~150μm，循环剪切10~20min得到微米级的酚醛树脂冻胶分散体。

2.根据权利要求1所述的三相泡沫复合驱油体系，其特征在于所述驱油体系溶液是：起泡剂为十四烷基羟磺基甜菜碱表面活性剂，起泡剂占总驱油体系溶液质量的百分数为0.2%；稳泡剂由非离子聚丙烯酰胺和酚醛树脂冻胶分散体2:1质量比组成，其中非离子聚丙烯酰胺分子量600万，水解度2%；酚醛树脂冻胶分散体粒度尺寸为50~60μm，稳泡剂占总驱油体系溶液的质量百分数为0.2%；其余为水。

3.根据权利要求1所述的三相泡沫复合驱油体系，其特征在于所述驱油体系溶液组成为：起泡剂为椰油酰胺丙基甜菜碱表面活性剂，起泡剂占总驱油体系溶液质量的百分数为0.4%；稳泡剂由聚乙烯醇和酚醛树脂冻胶分散体2:1质量比组成，其中聚乙烯醇分子量25万，酚醛树脂冻胶分散体粒度尺寸为100~200nm，稳泡剂占总驱油体系溶液的质量百分数为0.3%；其余为水。

4.权利要求1-3任一项所述的三相泡沫复合驱油体系的制备方法，包括步骤如下：

按比例，在水中加入高分子聚合物溶液母液，搅拌3~6min待其充分溶解，然后加入纳米级或微米级冻胶分散体，搅拌3~6min待其均匀分散，再加入起泡剂制得驱油体系溶液；然后，将驱油体系溶液与所述气体按比例交替注入地层或岩心中，在地层或岩心中生成泡沫。

5.权利要求1-3任一项所述的三相泡沫复合驱油体系的应用，其应用方法是将上述驱油体系溶液与气体交替注入地层或岩心中，用于提高原油采收率。

6.如权利要求5所述的三相泡沫复合驱油体系的应用，其特征在于所述的三相泡沫复合驱油体系溶液注入段塞为0.15~0.25PV，气体注入段塞为0.15~0.25PV，多次交替注入，所述驱油体系溶液与所述气体的体积比为1:( 1-1.5)。