CN104194762A - 一种超临界co2微乳液及提高原油采收率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超临界CO2微乳液及提高原油采收率的方法。以重量百分比计，该超临界CO2微乳液的原料组成包括：表面活性剂4.5×10-3wt％-16.5×10-3wt％，助表面活性剂12.0wt％-14.5wt％，水0.2wt％-1.8wt％，CO283.7wt％-87.8wt％；其中，所述表面活性剂为二-(1-乙基-2-甲基-1-戊基)磺基琥珀酸钠或其同系物、聚乙二醇-2,6,8-三甲基-4-壬醚、全氟烷基聚氧乙烯、聚丙烯酸1,1-二氢全氟辛基酯、聚二甲基硅氧烷和聚丙烯酸1,1-二氢全氟辛基甲基酯-b-聚氧乙烯中的一种；所述助表面活性剂为乙醇、丙醇、丁醇、戊醇或己醇。本发明还提供了一种提高原油采收率的方法，其包括采用上述超临界CO2微乳液进行提高原油采收率作业的步骤。

Description

一种超临界CO2微乳液及提高原油采收率的方法
技术领域
本发明涉及一种超临界CO2微乳液及提高原油采收率的方法，属于提高原油采收率技术领域。
背景技术
石油对国家的经济发展具有极其重要的作用。但由于石油是不可再生资源，随着勘探开发程度的加深，开采难度逐步加大。因此，如何提高石油采收率是油气田开发过程中必须解决的问题之一。
我国已开发油田的采收率平均只有33％左右，还有大量的原油留在地下，需要采用“三次采油”技术进行开采。从20世纪50年代开始，CO2因其自身的独特性能，作为采油的重要手段已经在实验室和现场进行了相当规模的研究和运用。目前，CO2驱被认为是在复杂地层中提高石油采收率最有效的方法之一。
CO2驱油过程主要包括混相驱和非混相驱，CO2的非混相驱相对于混相驱提高采收率幅度较低。CO2注入油藏如果能够与地层中的原油达到混相，将可以使CO2驱的采收率大幅度提高。但是，由于我国多数油藏属于陆相沉积，不同于国外的海相沉积，不仅CO2驱的最小混相压力(MMP)高于国外海相沉积油藏的最小混相压力，而且我国大多数油藏的CO2驱的MMP大于地层的破裂压力，导致我国的CO2驱大多数只能进行非混相驱，驱油效果受到严重影响。
如果能够将CO2驱的MMP降低到地层破裂压力之下，驱油过程有望达到混相驱替，提高采收率的效果会明显提高。为此，国内外相继开展了改善CO2驱最小混相压力的研究，主要方法是向CO2气体中混入烃类气体以降低CO2驱的MMP。但是，向CO2中混入烃类气体要求烃类气体的混入量较大，缺少烃类气体的油田很难开展这方面的应用，而且注入油藏的烃类气体在驱替过程中可能会与CO2发生分离，导致CO2驱的MMP上升，达不到混相驱的要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种超临界CO2微乳液，通过采用该超临界CO2微乳液能够在较低的压力下与原油达到混相，降低驱油过程中CO2与原油间的最小混相压力，达到高效驱油的目的。
本发明的目的还在于提供上述超临界CO2微乳液的制备方法。
本发明的目的还在于提供采用上述超临界CO2微乳液提高原油采收率的方法。
为达到上述目的，本发明提供了一种超临界CO2微乳液，以重量百分比计，其原料组成包括：
表面活性剂4.5×10-3wt％-16.5×10-3wt％，助表面活性剂12.0wt％-14.5wt％，水0.2wt％-1.8wt％，CO283.7wt％-87.8wt％；
其中，所述表面活性剂为二-(1-乙基-2-甲基-1-戊基)磺基琥珀酸钠或其同系物、聚乙二醇-2,6,8-三甲基-4-壬醚、全氟烷基聚氧乙烯、聚丙烯酸1,1-二氢全氟辛基酯、聚二甲基硅氧烷和聚丙烯酸1,1-二氢全氟辛基甲基酯-b-聚氧乙烯中的一种或几种的组合；
所述助表面活性剂为乙醇、丙醇、丁醇、戊醇或己醇等。
根据本发明的具体实施方案，优选地，所述二-(1-乙基-2-甲基-1-戊基)磺基琥珀酸钠的同系物包括二-(3,5,5-三甲基-1-己基)磺基琥珀酸钠、二-(1,4-二甲基-1-己基)磺基琥珀酸钠、二-(2,4,4-三甲基-1-戊基)磺基琥珀酸钠。
上述超临界CO2微乳液所采用的水可以是去离子水。
本发明还提供了上述超临界CO2微乳液的制备方法，其包括以下步骤：
在40-60℃下，将表面活性剂、助表面活性剂和水加入反应釜中；
将CO2气体压入反应釜，直到压强低于预定压强1MPa左右，平衡15-30min，其中，所述预定压强为15-20MPa；
缓慢注入CO2，调节反应釜的压强达到预定压强，稳定10-20min，得到所述超临界CO2微乳液。
在上述制备方法中，优选地，所述反应釜为可视相态釜。
本发明还提供了一种提高原油采收率的方法，其包括采用上述超临界CO2微乳液进行提高原油采收率作业的步骤。
本发明提出的超临界CO2微乳液是利用近几年发展起来的超临界CO2反相微乳技术进行强化采油以降低CO2驱的MMP。超临界CO2反相微乳技术是超临界技术与微乳技术的有机结合，该技术将表面活性剂分子溶于超临界CO2流体中形成纳米级聚集体。目前，超临界二氧化碳微乳液已广泛应用于化学反应和纳米粒子的合成等领域，但尚未应用于提高原油采收率领域。由于超临界CO2与水形成了反相微乳液，即在微乳液中超临界的CO2为连续相，表面活性剂分子溶于超临界CO2中，能够在较低的压力下与原油达到混相，降低驱油过程中CO2与原油间的最小混相压力，达到高效驱油的目的。
超临界CO2微乳液不仅能够与原油混合达到混相驱，而且由于超临界CO2微乳液的粘度高于气态和液态CO2的粘度，可以降低CO2驱油过程中CO2与原油间的流度比，减少指进现象和超覆现象，从而提高CO2的波及系数。可见超临界CO2微乳液驱油具有高驱油效率和高波及效率的双重优点，可以较大幅度提高CO2驱的原油采收率。
此外，CO2气体是造成全球温室效应的主要原因，CO2排放所导致的空气污染和温室效应正在严重地威胁着人类赖以生存的环境。如果能够将排放的CO2气体回收注入油气藏提高原油采收率，不仅可以长期储存CO2，减少CO2的排放，履行减排义务，而且还可以更好地提高原油采收率，既可以实现CO2减排的社会效益，又可以产生巨大的经济效益。
本发明所提供的技术方案利用超临界CO2、水、表面活性剂和助表面活性剂制备得到稳定的超临界CO2微乳液，并首次将其应用于提高原油采收率，建立了一种降低CO2最小混相压力、提高石油采收率的新方法，相比CO2驱，超临界CO2微乳液能显著提高原油采收率，具有很大的应用前景，为CO2在石油工业的资源化利用提供有力的技术支持。
附图说明
图1为细管实验装置示意图；
图2为测试温度为45℃时超临界CO2微乳液与原油间界面张力随压力的变化曲线；
图3为实施例3中测试温度为55℃时超临界CO2和超临界CO2微乳液对油样的驱油采收率与压力的关系图。
主要附图标号说明：
CO2气瓶1 高压恒速恒流泵2 第一活塞中间容器31 第二活塞中间容器32第一压力表41 第二压力表42 细管5 回压阀6 手动泵7 恒温箱8 量筒9
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
本发明所提供的利用超临界CO2微乳液体系提高石油采收率的方法，可以以试验方式分别测定超临界CO2以及超临界CO2微乳液与原油的最小混相压力以及驱油采收率，从而判断超临界CO2微乳液对于提高采收率的效能，具体步骤为：
(1)在设定温度下，将所制备的超临界CO2微乳液体系注入界面张力仪悬滴釜内，将泵调整为恒压模式；
(2)将油样缓慢压入悬滴釜内，测量油样与超临界CO2微乳液之间的界面张力变化；
(3)将细管饱和油样，通过细管实验分别测量不同温度下所制备超临界CO2微乳液以及超临界CO2对油样的驱油采收率；
其中，界面张力测量温度为40-60℃；
通过外推超临界CO2微乳液体系与原油的界面张力曲线，可以得到超临界CO2微乳液体系与原油的最小混相压力；
细管实验温度为40-60℃。
上述试验中所采用的细管实验装置的结构如图1所示，驱油采收率均可以用该装置进行测试，其为本领域现有的装置。该细管实验装置包括：CO2气瓶1、高压恒速恒流泵2、第一活塞中间容器31、第二活塞中间容器32、第一压力表41、第二压力表42、细管5、回压阀6、手动泵7、恒温箱8、量筒9。
实施例1
本实施例提供了一种超临界CO2微乳液，以重量百分比计，其原料组成包括：
表面活性剂二-(1-乙基-2-甲基-1-戊基)磺基琥珀酸钠10.0×10-3％、无水乙醇14.1％、去离子水1.21％、余量为CO2。
该超临界CO2微乳液是通过以下步骤制备的：
将温度稳定在45℃，在可视相态釜内加入表面活性剂二-(1-乙基-2-甲基-1-戊基)磺基琥珀酸钠、无水乙醇和去离子水，将CO2气体压入可视相态釜，直到压力低于预定压强1MPa；
平衡20min后，再缓慢注入CO2调节可视相态釜内体系的压强达到19.0MPa(即预定压强)，稳定10min，得到透明均一的超临界CO2微乳液。
将上述超临界CO2微乳液注入IFT高压界面张力仪悬滴釜内，将泵调整为恒压模式，设定压力P(即图2中的点所对应的横坐标)，温度恒定为45℃；将原油缓慢压入悬滴室，测量油样与超临界CO2微乳液之间的界面张力随压力的变化，结果如表1所示。
表1  超临界CO2微乳液体系表面张力随压力的变化结果
压力(MPa) 12 14 16 18 19 19.5 20
表面张力(N/m) 10.75 8.68 6.48 4.2 2.35 2 1
上述原油由大庆油田提供，事先经过脱水处理，其含水率小于0.5％，45℃原油密度为0.8528g/cm3，55℃原油密度为0.8458g/cm3。
利用同样方法测量超临界CO2与原油的表面张力。
超临界CO2微乳液与原油之间界面张力随压力的变化曲线如图2所示，呈现一维线性关系，由图2可得到最小混相压力值，结果如表2所示。
表2  超临界CO2微乳液体系降低原油最小混相压力程度
由表2中的试验结果可以看出：在测试温度为45℃时，超临界CO2微乳液与原油的最小混相压力为22.027MPa，比超临界CO2与原油的混相压力24.554MPa降低了10.3％，说明超临界CO2微乳液中形成胶团后能有效降低与原油混相压力。
本实施例的结果表明，相同温度下，超临界CO2微乳液与原油的最小混相压力均低于超临界CO2与原油的混相压力，说明超临界CO2微乳液中形成胶团后能有效降低与原油混相压力。
实施例2
本实施例提供了一种超临界CO2微乳液，以重量百分比计，其原料组成包括：
二-(1-乙基-2-甲基-1-戊基)磺基琥珀酸钠8.0×10-3％、无水乙醇14.0％、去离子水1.0％、余量为CO2。
该超临界CO2微乳液是通过以下步骤制备的：
将温度稳定在55℃，在可视相态釜内加入表面活性剂二-(1-乙基-2-甲基-1-戊基)磺基琥珀酸钠、无水乙醇和去离子水，将CO2气体压入可视相态釜，直到压力低于预定压强1MPa左右；
平衡20min后，再缓慢注入CO2调节可视相态釜内体系的压强达到19.0MPa(即预定压强)，稳定10min，得到透明均一的超临界CO2微乳液。
将细管实验装置的细管5饱和原油(原油参数同实施例1)，分别利用所制备的超临界CO2微乳液和超临界CO2进入细管进行驱替实验，测量超临界CO2和超临界CO2微乳液对油样的驱油采收率，结果如图3所示。
驱替实验按照以下步骤进行：
采用高压恒速恒流泵2以0.2mL/min流速将细管5饱和原油，将饱和过原油的细管5放入恒温箱8中预热；采用高压恒压恒速泵2将CO2注入第一活塞中间容器31和第二活塞中间容器32，在压力低于预定压力(即图2所示压力值)1MPa关闭高压恒压恒速泵2，等待第一活塞中间容器31和第二活塞中间容器32内外热交换的平衡；大约20min后，再通过高压恒压恒速泵2注入CO2，调节第一活塞中间容器31和第二活塞中间容器32内体系的压强达到预定压力，在恒温箱8中稳定5h；通过回压阀6调节细管5出口端的压力到设定值(该压力值要低于预定压力，根据实验情况而定)；用高压恒压恒速泵2以0.4mL/min推动第二活塞中间容器32中的气体进入细管5进行驱替实验，当注入体积达到0.7PV时，细管5中的传质已经达到稳定状态，可以将CO2注入速度提高到0.8mL/min；当注入体积达到1.2PV时，结束驱替实验。
上述测试结果表明：测试温度为55℃时，在相同压力条件下，超临界CO2微乳液驱油采收率高于超临界CO2，原因在于微乳液中存在二-(1-乙基-2-甲基-1-戊基)磺基琥珀酸钠、乙醇等表面活性剂和助表面活性剂，降低了原油与体系间的界面张力，有助于提高采收率，在更低的压力下达到较高的采收率，宏观表象即为混相压力降低。
实施例3
本实施例提供了一种超临界CO2微乳液，以重量百分比计，其原料组成包括：
表面活性剂聚乙二醇-2,6,8-三甲基-4-壬醚5.0×10-3％、无水乙醇13.5％、去离子水1.5％、余量为CO2。
该超临界CO2微乳液是通过以下步骤制备的：
将温度稳定在55℃，在可视相态釜内加入表面活性剂聚乙二醇-2,6,8-三甲基-4-壬醚、无水乙醇和去离子水，将CO2气体压入可视相态釜，直到压力低于预定压强1MPa；
平衡20min后，再缓慢注入CO2调节可视相态釜内体系的压强达到19.0MPa(即预定压强)，稳定10min，得到透明均一的超临界CO2微乳液。
将细管实验装置的细管5饱和原油(原油参数同实施例1)，分别利用所制备的超临界CO2微乳液和超临界CO2进入细管进行驱替实验，测量超临界CO2和超临界CO2微乳液对油样的驱油采收率，结果如图3所示。
上述测试结果表明：测试温度为55℃时，在相同的压力下，超临界CO2微乳液的采收率都要高于超临界CO2。

Claims (5)

1.一种超临界CO2微乳液，以重量百分比计，其原料组成包括：
表面活性剂4.5×10-3wt％-16.5×10-3wt％，助表面活性剂12.0wt％-14.5wt％，水0.2wt％-1.8wt％，CO283.7wt％-87.8wt％；
其中，所述表面活性剂为二-(1-乙基-2-甲基-1-戊基)磺基琥珀酸钠或其同系物、聚乙二醇-2,6,8-三甲基-4-壬醚、全氟烷基聚氧乙烯、聚丙烯酸1,1-二氢全氟辛基酯、聚二甲基硅氧烷和聚丙烯酸1,1-二氢全氟辛基甲基酯-b-聚氧乙烯中的一种或者几种的组合；
所述助表面活性剂为乙醇、丙醇、丁醇、戊醇或己醇。
2.根据权利要求1所述的超临界CO2微乳液，其中，所述二-(1-乙基-2-甲基-1-戊基)磺基琥珀酸钠的同系物包括二-(3,5,5-三甲基-1-己基)磺基琥珀酸钠、二-(1,4-二甲基-1-己基)磺基琥珀酸钠、二-(2,4,4-三甲基-1-戊基)磺基琥珀酸钠。
3.权利要求1或2所述的超临界CO2微乳液的制备方法，其包括以下步骤：
在40-60℃下，将表面活性剂、助表面活性剂和水加入反应釜中；
将CO2气体压入反应釜，直到压强低于预定压强1MPa，平衡15-30min，其中，所述预定压强为15-20MPa；
缓慢注入CO2，调节反应釜的压强达到预定压强，稳定10-20min，得到所述超临界CO2微乳液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述反应釜为可视相态釜。
5.一种提高原油采收率的方法，其包括采用权利要求1或2所述的超临界CO2微乳液进行提高原油采收率作业的步骤。
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