CN104974728A - 一种油-水超低界面张力无碱驱油剂、无碱化学复合驱油剂及其用于三次采油 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油-水超低界面张力无碱驱油剂，以及用该驱油剂配制的无碱化学复合驱油剂，用于三次采油。一种油-水超低界面张力无碱驱油剂，按质量比由以下组分混合而成：一种甜菜碱型两性表面活性剂15~30%、脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂5~20%、其余为去离子水。所述的甜菜碱型两性表面活性剂为长链烷基酰胺羧基甜菜碱RCONH(CH2)3N+(CH3)2CH2COONa和长链烷基酰胺羟磺基甜菜碱RCONH(CH2)3N+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3Na的一种或两种混合。其中R为15~22个碳的烷基，优选为20~22个碳的烷基。
Description
技术领域
本发明属于石油开采领域，具体涉及用于三次采油中的无碱化学复合驱油剂。
背景技术
能源问题已经成为我国经济发展面临的严峻问题，随着国际油价的不断提高和勘探新油田成本的增加，使得人们对提高现有油田采收率提出了更高的要求。
随着70年代三次采油技术的开发，仅化学驱就开发出三种技术：表面活性剂驱、聚合物驱和碱水驱。表面活性剂和碱水驱油的机理是以形成超低界面张力为基础的，而单注聚合物或注入表面活性剂后又注入聚合物，则是控制流动度，从而也就提高了原油采收率。注入到油藏中的碱水与存在于石油中烃类衍生物中的脂肪酸发生化学反应，就地形成脂肪酸钠盐，这些表面活性剂促使形成超低界面张力。
目前普遍采用的未避免含碱的三元复合驱油体系造成的粘土从岩石表面脱落、设备和管道形成碱垢沉积物，腐蚀管道设备乃至破坏地层毛细结构等，已影响到了三次采油的工作，表面活性剂/聚合物的不含碱的二元复合驱技术成为研究热点。在无碱的条件下将原油/水降至超低界面张力（10-3mN/m数量级及以下）的指标对表面活性剂提出了很高的要求，目前使用的传统的石油磺酸盐、重烷基苯磺酸盐等表面活性剂都无法满足需要，因为其在无碱条件下，较难使表面活性剂溶液的油-水界面张力降至10-3mN/m数量级，而且石油磺酸盐属于普通阴离子表面活性剂，其耐硬水及耐盐性能较差，使用浓度亦较大。在阴离子表面活性剂长链烷基链中嵌入乙氧基团，形成阴-非离子型表面活性剂，可用于高矿化度、较高温度的油层驱油，还可以通过调节碳链长度以及EO的个数来达到亲水亲油平衡。甜菜碱型两性表面活性剂具有优良的应用性能，有着良好的抗盐性、抗温性、低吸附损失、乳化性和配伍性能，能适用于高矿化度和低渗透油层，有广阔的发展前景。烷基酰胺羧基甜菜碱和羟磺基甜菜碱都是优良的驱油剂，已有相关专利和文献报道。
从表面活性剂驱的发展趋势来看，已不是单一的表面活性剂驱，而是各种化学成分彼此之间相互结合。特别是对于高温、高矿化度的油藏，单一使用表面活性剂驱油存在着活性剂波及系数低、驱油效率差、吸附损失严重、成本高等缺点。因此，在实际采油中人们通过不同种类表面活性剂与助剂或者不同种类表面活性剂之间进行合理的复配，但现有技术中，均存在着形成超低界面张力不够理想。
发明内容
本发明的目的是，提供一种油-水超低界面张力无碱驱油剂，以及用该驱油剂配制的无碱化学复合驱油剂，用于三次采油，克服现有技术存在的缺陷，在原油-水中达到稳定的超低界面张力。
本发明通过以下技术方案实现：
一种油-水超低界面张力无碱驱油剂，按质量比由以下组分混合而成：
种甜菜碱型两性表面活性剂15~30%、脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂5~20%、其余为去离子水。
所述的甜菜碱型两性表面活性剂为长链烷基酰胺羧基甜菜碱RCONH(CH2)3N+(CH3)2CH2COONa和长链烷基酰胺羟磺基甜菜碱RCONH(CH2)3N+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3Na的一种或两种混合。其中 R为15~22个碳的烷基，优选为20~22个碳的烷基。
所述的脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠RO(CH2CH2O)nCH2CH2SO3Na或/和脂肪醇聚氧乙烯醚丙酸钠RO(CH2CH2O)nCH2CH2COONa的混合物，其中脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠0~50%、脂肪醇聚氧乙烯醚丙酸钠50~100%。其中 R为15~22个碳的烷基，优选为20~22个碳的烷基，n平均为2~4。
用上述一种油-水超低界面张力无碱驱油剂制得化学复合无碱驱油剂，所述化学复合无碱驱油剂由油-水超低界面张力无碱驱油剂和水混合而成，按质量比，混合物质中甜菜碱型两性表面活性剂和脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂合计为0.05~0.3%，余量为水。
所述的水为去离子水、自来水、河塘水、硬水或油田原油水的一种或几种混合。
化学复合无碱驱油剂的制备方法，包括如下步骤：
上述的组分质量比，将脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂加入水中搅拌均匀，然后加入甜菜碱型两性表面活性剂，搅拌均匀后得到；或向油-水超低界面张力无碱驱油剂中加水，直至达到上述的组分质量比。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
一、本发明提供的无碱化学复合驱油剂由甜菜碱和脂肪醇醚衍生物组成，其界面张力性能超过了单独的甜菜碱和脂肪醇醚衍生物，在中低温、低矿化度油藏和高温高矿化度油藏原油中达到稳定的超低界面张力，并且在不同的油藏条件下具有长期的稳定性。
二、甜菜碱型两性表面活性剂和脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂的复配驱油应用于三次采油，其耐硬水及耐盐性能好，使用质量浓度可在0.05%，远低于使用石油磺酸盐，综合使用效果优于石油磺酸盐。这种协同效应的驱油效果远远大于单一化学驱的效果，从而大大降低残余油饱和度，提高了驱油效率，达到最佳的驱油效果。
三、现有的碱驱油剂石油磺酸盐，由于需用碱，带来较多的不良作用；对于无碱驱油的石油磺酸盐，则较难达到油-水界面张力10-3mN/m数量级，而且其表面活性剂的使用浓度一般为0.3%及以上；同时石油磺酸盐耐硬水及盐能力差。本无碱复配体系具有良好的抗盐性、抗硬水性、显著降低油-水界面张力、在岩石表面吸附损失小，可使油-水界面张力10-3mN/m数量级，其表面活性剂的使用浓度可在0.05%，极大地降低了表面活性剂的用量，达到最佳的驱油效果。
四、现有的驱油剂甜菜碱一般为烷基碳链C12-18，本发明中的烷基酰胺甜菜碱烷基碳链为C16-22，尤其在更高烷基碳链产品中，其表面活性剂亲油性更强，使用量较少、无碱情况下降低油-水界面张力的能力更好。
五、现有的驱油剂脂肪醇醚非离子表面活性剂或脂肪醇醚乙酸盐和磺酸盐阴离子表面活性剂，前者存在浊点而较难实际应用于驱油剂，后者的烷基链一般为C12-16，亲油性不够，较难达到油-水界面张力10-3mN/m数量级。本发明的脂肪醇聚氧乙烯醚丙酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠的烷基链为C16-22，具有更高的亲油性，在使用量较少、无碱情况下降低油-水界面张力的能力更好。
六、本发明采用创新性的甜菜碱型两性表面活性剂和脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂的复配驱油，致使两种类型表面活性剂产生协同效应，在满足抗盐、抗硬水、显著降低油水界面张力及在岩石表面吸附损失小的性能下，达到了在极低使用浓度（0.05%）下，就能达到油-水界面张力10-3mN/m数量级。低于其它驱油剂0.3%的使用浓度，在达到最佳的驱油效果的同时，降低了表面活性剂的使用成本，提高了经济效益。
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，现在对本发明的技术方案进行以下的详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
两种甜菜碱型两性表面活性剂，以及脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂，均可按常规方法合成，以下分别举一个例子说明：
长链烷基酰胺羧基甜菜碱，其制备方法如下：以二十二烷基酰胺羧基甜菜碱为例，由山嵛酸和伯-叔型二胺经酰胺化反应合成中间叔胺，进而与氯乙酸钠经季铵化反应合成。
长链烷基酰胺羟磺基甜菜碱，制备方法如下：以二十二酰胺羟丙基磺基甜菜碱为例，由山嵛酰胺丙二胺与3-氯-2-羟基丙磺酸钠在氢氧化钠的作用下合成。
脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠，制备方法如下：以山嵛醇聚氧乙烯醚磺酸钠为例，由山嵛醇聚氧乙烯醚与乙烯基磺酸钠在相转移催化剂的作用下得到。
脂肪醇聚氧乙烯醚丙酸钠，制备方法如下：以山嵛醇聚氧乙烯醚丙酸钠为例，由山嵛醇聚氧乙烯醚与丙烯酸甲酯反应，再在氢氧化钠的作用下生成。
界面张力测试使用SVT20N旋转滴界面张力仪，在地层温度下测定2h内的油水动态界面张力。
实施例1
制备油-水超低界面张力无碱驱油剂，按质量百分比：
山嵛烷基酰胺羧基甜菜碱20%，山嵛醇聚氧乙烯醚丙酸钠5%，余量为水，搅拌混合均匀得到。可先将山嵛醇聚氧乙烯醚丙酸钠5%放入水中搅拌均匀，然后再放入山嵛烷基酰胺羧基甜菜碱20%搅拌均匀即可。一般可在20-40℃进行混合。
制备化学复合无碱驱油剂，
在上述制备得到的油-水超低界面张力无碱驱油剂中加水，用油藏采出水（即地层水）配制出四种浓度的化学复合无碱驱油剂，质量百分比浓度（山嵛烷基酰胺羧基甜菜碱、山嵛醇聚氧乙烯醚丙酸钠合计）分别为0.05%、0.10%、0.20%、0.30%，使用德国dataphysics公司生产的SVT20N旋转滴张力仪，试验温度分别为模拟地层的45℃和70℃，在此条件下测定动态油水界面张力。测试结果如表1和表2所示。
表1为45℃下复合无碱驱油剂以不同质量浓度比在120min时的动态界面张力。
| 复合驱油剂质量浓度比 | 0.05% | 0.10% | 0.20% | 0.30% |
| 界面张力（mN/m） | 9.56×10-3 | 7.67×10-3 | 7.81×10-3 | 4.19×10-2 |
表2为70℃下复合无碱驱油剂以不同质量浓度比在120min时的动态界面张力。
| 复合驱油剂质量浓度比 | 0.05% | 0.10% | 0.20% | 0.30% |
| 界面张力（mN/m） | 8.08×10-3 | 7.87×10-3 | 7.94×10-3 | 8.63×10-3 |
实施例2
制备油-水超低界面张力无碱驱油剂，按质量百分比：
十六烷基酰胺羧基甜菜碱15%，十六烷基酰胺羟磺基甜菜碱5%，十八醇聚氧乙烯醚丙酸钠10%，余量为水，搅拌混合均匀得到。
制备化学复合无碱驱油剂：
在上述制备得到的油-水超低界面张力无碱驱油剂中加水，用油藏采出水（即地层水）配制出四种浓度的化学复合无碱驱油剂，质量百分比浓度（十六烷基酰胺羧基甜菜碱、十六烷基酰胺羟磺基甜菜碱、十八醇聚氧乙烯醚丙酸钠合计）分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%，测试结果如表3和表4所示。
表3为45℃下复合无碱驱油剂以不同质量浓度比在120min时的动态界面张力。
| 复合驱油剂质量浓度比 | 0.05% | 0.10% | 0.20% | 0.30% |
| 界面张力（mN/m） | 8.42×10-3 | 7.14×10-3 | 7.33×10-3 | 4.46×10-2 |
表4为70℃下复合驱油剂以不同质量浓度比在120min时的动态界面张力。
| 复合驱油剂质量浓度比 | 0.05% | 0.10% | 0.20% | 0.30% |
| 界面张力（mN/m） | 8.90×10-3 | 7.77×10-3 | 8.29×10-3 | 8.73×10-3 |
实施例3
制备油-水超低界面张力无碱驱油剂，按质量百分比：
十六烷基酰胺羧基甜菜碱15%，十六烷基酰胺羟磺基甜菜碱5%，十八醇聚氧乙烯醚磺酸钠10%，十八醇聚氧乙烯醚丙酸钠10%，余量为水，搅拌混合均匀得到。
制备化学复合无碱驱油剂：
在上述制备得到的油-水超低界面张力无碱驱油剂中加水，用油藏采出水（即地层水）配制出四种浓度的化学复合无碱驱油剂，质量百分比浓度（十六烷基酰胺羧基甜菜碱、十六烷基酰胺羟磺基甜菜碱、十八醇聚氧乙烯醚磺酸钠、十八醇聚氧乙烯醚丙酸钠合计）分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%，测试结果如表5和表6所示。
表5为45℃下复合无碱驱油剂以不同质量浓度比在120min时的动态界面张力。
| 复合驱油剂质量浓度比 | 0.05% | 0.10% | 0.20% | 0.30% |
| 界面张力（mN/m） | 8.51×10-3 | 7.33×10-3 | 8.25×10-3 | 3.09×10-2 |
表6为70℃下复合驱油剂以不同质量浓度比在120min时的动态界面张力。
| 复合驱油剂质量浓度比 | 0.05% | 0.10% | 0.20% | 0.30% |
| 界面张力（mN/m） | 7.36×10-3 | 7.49×10-3 | 8.53×10-3 | 7.02×10-3 |
对比例4
一种油-水超低界面张力无碱驱油剂，按质量百分比：
十六烷基酰胺羧基甜菜碱20%，十八醇聚氧乙烯醚丙酸钠5%，余量为水，搅拌混合均匀得到。
制备二元复合驱油剂：
在上述制备得到的油-水超低界面张力无碱驱油剂中加水、加聚合物聚丙烯酰胺，用油藏采出水（即地层水）配制出四种浓度的化学复合无碱驱油剂，质量百分比浓度（十六烷基酰胺羧基甜菜碱、十八醇聚氧乙烯醚丙酸钠合计）分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%，聚合物聚丙烯酰胺的质量百分比浓度为0.2%形成聚合物/表面活性剂二元复合驱油剂，测试结果如表7和表8所示。
表7为45℃下二元复合驱油剂以不同质量浓度比在120min时的动态界面张力。
| 二元驱油剂质量浓度比 | 0.05% | 0.10% | 0.20% | 0.30% |
| 界面张力（mN/m） | 7.73×10-3 | 7.65×10-3 | 8.96×10-3 | 1.42×10-2 |
表8为70℃下二元复合驱油剂以不同质量浓度比在120min时的动态界面张力。
| 二元驱油剂质量浓度比 | 0.05% | 0.10% | 0.20% | 0.30% |
| 界面张力（mN/m） | 7.67×10-3 | 8.44×10-3 | 8.98×10-3 | 9.16×10-3 |
在以上的所有实施例中，油-水超低界面张力无碱驱油剂，按质量百分比浓度在较低的0.05%时，无论在45℃及70℃下、不同的水质情况下，均可获得油-水超低界面张力（10-3mN/m数量级），因而其适用性优于目前现有的驱油剂，而且具有更低的使用成本（目前的一般其它驱油剂的使用浓度为0.3%）。
Claims (10)
1.一种油-水超低界面张力无碱驱油剂，其特征在于，按质量比由以下组分混合而成：
甜菜碱型两性表面活性剂15~30%、脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂5~20%、其余为去离子水。
2.如权利要求1所述的超低界面张力无碱驱油剂，其特征在于，所述的甜菜碱型两性表面活性剂为长链烷基酰胺羧基甜菜碱RCONH(CH2)3N+(CH3)2CH2COONa和长链烷基酰胺羟磺基甜菜碱RCONH(CH2)3N+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3Na的一种或两种混合物；其中 R为15~22个碳的烷基。
3.如权利要求1所述的超低界面张力无碱驱油剂，其特征在于，所述的脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠RO(CH2CH2O)nCH2CH2SO3Na或/和脂肪醇聚氧乙烯醚丙酸钠RO(CH2CH2O)nCH2CH2COONa的混合物；其中 R为15~22个碳的烷基，n平均为2~4。
4.如权利要求1所述的超低界面张力无碱驱油剂，其特征在于，所述的甜菜碱型两性表面活性剂为长链烷基酰胺羧基甜菜碱RCONH(CH2)3N+(CH3)2CH2COONa和长链烷基酰胺羟磺基甜菜碱RCONH(CH2)3N+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3Na的一种或两种混合物；其中 R为20~22个碳的烷基。
5.如权利要求1所述的超低界面张力无碱驱油剂，其特征在于，所述的脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠RO(CH2CH2O)nCH2CH2SO3Na或/和脂肪醇聚氧乙烯醚丙酸钠RO(CH2CH2O)nCH2CH2COONa的混合物；其中 R为20~22个碳的烷基，n平均为2~4。
6.权利要求1至5任一项所述一种油-水超低界面张力无碱驱油剂用于石油开采的三次采油。
7.用权利要求1至5任一项所述一种油-水超低界面张力无碱驱油剂制得化学复合无碱驱油剂，其特征在于，由油-水超低界面张力无碱驱油剂和水混合而成，按质量比，混合物质中甜菜碱型两性表面活性剂和脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂合计为0.05~0.3%，余量为水。
8.如权利要求7所述的化学复合无碱驱油剂，其特征在于，所述的水为去离子水、自来水、河塘水、硬水或油田原油水的一种或几种混合。
9.制备权利要求7至8任一项所述的化学复合无碱驱油剂的方法，包括如下步骤：
按权利要求7所述的组分质量比，将脂肪醇醚衍生物型阴离子表面活性剂加入水中搅拌均匀，然后加入甜菜碱型两性表面活性剂，搅拌均匀后得到；或向油-水超低界面张力无碱驱油剂中加水，直至达到权利要求5所述的组分质量比。
10.权利要求7至8任一项所述的无碱化学复合无碱驱油剂用于石油开采的三次采油。
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