CN105038752B - 一种用于高温油藏的复合驱油剂及复合驱油体系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高温油藏的复合驱油剂及复合驱油体系，该复合驱油剂由以下质量份数的组分组成：聚合物5～15份，阴、非离子复合表面活性剂40～100份，NaCl 50～200份。本发明的复合驱油剂，与水混合后形成可以在高温油藏中形成微乳液的复合驱油体系；该复合驱油体系可以与原油作用形成稳定的微乳液，具有增溶油水能力强，界面张力超低的特点；驱油体系耐温达到105℃、长期热稳定性好、注入性能良好，能显著提高采收率效果；适用于油藏温度在80℃～105℃、渗透率200×10‑3μm2及以上、矿化度0～100000mg/L范围内的高温油藏提高原油采收率。

Description

一种用于高温油藏的复合驱油剂及复合驱油体系
技术领域
本发明属于油田复合驱油技术领域，具体涉及一种用于高温油藏的复合驱油剂及复合驱油体系。
背景技术
在国内，胜利油田化学驱资源量为16.05×108t，其中高温(温度：80～120℃)油藏的地质储量5.1×108t，占总储量的31.8％。河南油田化学驱资源量为15.93×107t，其中高温(温度：80～102℃)油藏地质储量5.78×104t，占总储量的36.2％，高温油藏储量规模大。随着现有油田开发逐渐进入中高含水期，“稳水控油”形势十分严峻，高温油田开发越来越受到重视。
但是由于高温油藏普遍具有油藏温度高、地下原油粘度低的特点，单独依靠聚合物驱技术改善流度比的作用不显著，提高采收率幅度有限；传统的聚合物/表面活性剂二元复合驱技术、聚合物/表面活性剂/碱三元复合驱技术中，驱油体系要求具备粘度和超低界面张力间良好的协同作用从而大大提高采收率，由于聚合物耐温性、碱结垢、长期注入性的影响，复合驱技术很难在高温油藏，特别是90℃以上的油藏中得到有效应用。
微乳液驱是高温油藏水驱后大幅度提高采收率的技术方向之一。微乳液是指将表面活性剂、助剂等溶解到矿化水中形成粒度为0.01～0.2μm大小的乳液。微乳液作为驱替相，可以增溶油水、改变岩石润湿性、乳化增粘控制流度；其优点包括：(1)微乳液体系与油、水相间界面张力超低；(2)可以与油相形成混相，洗油效率非常高；(3)微乳液可以具备良好的扩大波及系数的作用。
三次采油中常用的表面活性剂是阴离子型和非离子型表面活性剂，其中阴离子型表面活性剂主要有磺酸盐和羧酸盐，这种表面活性剂具有高界面活性和临界胶束浓度，但不具备较好的抗盐能力(《采油化学》，赵福麟，石油大学出版社，40-42；1994年)。非离子表面活性剂中，亲水基为亲水性较弱的非离子基团，因此其乳化作用很强，耐盐能力较强，但在地层中稳定性差，吸附量比阴离子表面活性剂高，且不耐高温。
目前，国内外常用石油磺酸盐或石油磺酸盐与聚氧乙烯醚磺酸盐的复配物以及磺化甜菜碱等配制微乳状液，其配方实例如下：(1)美国专利US3506071采用石油磺酸盐(相对分子质量＝360～520)w＝40％、w(烃)＝1％～50％、w(水介质)＝9％～40％、w(半极性化合物)＝0.01％～5％、w(电解质)<4％复配制备微乳液。(2)日本公开特许7917385采用石油磺酸钠(相对分子质量400)w＝16.5％、C11～12烷醇聚氧乙烯(2～5)醚硫酸酯钠盐w＝5.4％、w(煤油)＝34％、w(异丙醇)＝3％、NaCl水溶液w＝43.1％，于21℃混合，制得微乳状液。(3)大庆油田应用表1中配方的微乳状液进行现场中低温采油实验，获得了较好的效果。但微乳液所使用的表面活性剂浓度一般都在2％以上，并且需要加入烃类、助表面活性剂等，造成成本过高，同时耐高温性能较差，从而制约了其在高温油藏，特别是90℃以上的油藏中的应用。
表1大庆油田应用微乳液配方
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高温油藏的复合驱油剂，解决现有复合驱油体系耐温性能差，不能在90℃以上的油藏中得到有效应用的技术问题。
本发明的第二个目的是提供一种用于高温油藏的复合驱油体系，在无需添加烃类、助表面活性剂以及在较低的浓度条件下，能与原油形成稳定微乳液。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高温油藏用复合驱油剂，由以下质量份数的组分组成：聚合物5～15份，阴、非离子复合表面活性剂40～100份，NaCl 50～200份。
所述聚合物为AN923聚合物。
所述阴、非离子复合表面活性剂为阴离子羧酸盐表面活性剂与非离子表面活性剂复合体系。
所述阴、非离子复合表面活性剂为SH6型表面活性剂。
一种高温油藏用复合驱油体系，由以下浓度的组分组成：聚合物500～1500mg/L，阴、非离子复合表面活性剂4000～10000mg/L，NaCl 5000～20000mg/L，余量为水。
优选的，所述的高温油藏用复合驱油体系，由以下浓度的组分组成：聚合物1000mg/L，阴、非离子复合表面活性剂8000mg/L，NaCl 10000mg/L，余量为水。
所述聚合物为AN923聚合物。所述的AN923聚合物，水解度16.5％～18.0％，分子量1700～1800万，含有稳定剂，由法国SNF公司提供。
所述阴、非离子复合表面活性剂为SH6型表面活性剂。所述SH6型表面活性剂，有效含量50％，由南京化学工业有限公司提供。
所述的水为油田污水。
该复合驱油体系用于油藏温度在80～105℃的高温油藏。
本发明的高温油藏用复合驱油体系的制备方法，包括下列步骤：
1)取配方量的聚合物，加入部分水中，搅拌制成聚合物母液；
2)取配方量的阴、非离子复合表面活性剂和NaCl，加入剩余的水中搅拌分散后，再加入步骤1)所得聚合物母液，继续搅拌，即得所述的复合驱油体系。
步骤1)中，所述搅拌的转速为500r/mim，搅拌时间为2h。
步骤2)中，所述搅拌分散的转速为300r/mim，时间为30min；继续搅拌的转速为300r/mim，时间为20min。
本发明的高温油藏用复合驱油剂，采用聚合物、阴非离子复合表面活性剂和NaCl进行复配，将其与水混合后形成可以在高温油藏中形成微乳液的复合驱油体系；该复合驱油体系可以与原油作用形成稳定的微乳液，具有增溶油水能力强，界面张力超低的特点，从而通过增溶油水、降低油水界面张力、“聚并”驱替油墙、润湿反转等机理，有效启动运移所有类型剩余油；驱油体系耐温达到105℃、长期热稳定性好、注入性能良好(在渗透率220×10-3μm2及以上岩心中均未发生堵塞)，能显著提高采收率效果；适用于油藏温度在80℃～105℃、渗透率200×10-3μm2及以上、矿化度0～100000mg/L范围内的高温油藏提高原油采收率，驱油效率达到80％以上。
本发明的高温油藏用复合驱油剂中，阴、非离子复合表面活性剂SH6具有强乳化性能，可以使驱油体系与原油乳化形成稳定的中相微乳液(粒径尺寸在10～100nm范围内)并具有良好的增溶油水能力，界面张力达到超低数量级(与油相、水相间的界面张力5.0×10- 3mN/m以下)；聚合物AN923分子量1700万，具有良好的增粘性和耐温性，对表面活性剂的乳化聚并和分层沉降上有好的效果，可以延迟破乳；NaCl可以协同表面活性剂SH6使驱油体系与原油形成稳定的中间相和相间的超低界面张力，可以有效的调节驱油体系与原油形成的微乳液的相态；在合适的盐度条件下，驱油体系可以与原油形成明显的中间相和相间的超低界面张力，大幅度的提高原油采收率；同时，合适盐度的加入，可以增加微乳液的粘度。
本发明的高温油藏用复合驱油体系与原油形成的微乳液100℃老化180d，粘度保留率90％以上，与油相、水相间的界面张力在5×10-3mN/m以下。天然岩心驱油实验表明，驱油体系提高采收率的幅度大于传统低界面张力复合体系、单一粘弹性聚合物溶液；驱油实验的产出液中，微乳液在含水大幅下降时出现，随着后续水驱的推进，微乳液的产出越来越多，直至后续水驱结束。
附图说明
图1为AN923聚合物、SH6型表面活性剂、盐溶液与原油形成的中相微乳液液滴粒径分布图(油水比为1:1)；
图2为AN923聚合物、SH6型表面活性剂、盐溶液与原油形成中相微乳液图；
图3为盐度对复合驱油体系产生微乳液相态的影响结果示意图；
图4为表面活性剂浓度对复合驱油体系产生微乳相体积的影响结果示意图；
图5为实施例1的复合驱油体系在不同渗透率岩心的注入压力变化曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例的复合驱油剂，由以下质量份数的组分组成：AN923型聚合物10份、SH6型表面活性剂80份、NaCl 100份。
本实施例的复合驱油体系，由以下浓度的组分组成：AN923型聚合物1000mg/L、SH6型表面活性剂8000mg/L、NaCl 10000mg/L，余量为水。
本实施例的复合驱油体系的制备方法，包括下列步骤：
1)取配方量双河油田注入污水的一部分于烧杯中，调整叶片搅拌器的转速为500r/mim，搅拌使水形成漩涡，取配方量的颗粒状AN923型聚合物，慢慢将聚合物撒入水中，持续搅拌2h，制成聚合物母液；
2)取配方量的SH6型表面活性剂和NaCl，加入剩余的双河油田注入污水中，在300r/min转速条件下搅拌分散30min后，再加入步骤1)所得聚合物母液，在300r/min转速条件下继续搅拌20min，即得所述的复合驱油体系。
本实施例所用的双河油田注入污水的离子成分表如表2所示。
表2双河油田注入污水的离子成分表
离子 Na+、K+ Ca2+ Mg2+ Cl- SO4 2- HCO3 - CO3 2- TDS 水型
浓度mg/L 2485 41 7 3114 1798 1285 0 8730 NaHCO3
实施例2
本实施例的复合驱油剂，由以下质量份数的组分组成：AN923聚合物10份、SH6型表面活性剂100份、NaCl 100份。
本实施例的复合驱油体系，由以下浓度的组分组成：AN923聚合物1000mg/L、SH6型表面活性剂10000mg/L、NaCl 10000mg/L，余量为水。
本实施例的复合驱油体系的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例的复合驱油剂，由以下质量份数的组分组成：AN923聚合物15份、SH6型表面活性剂50份、NaCl 200份。
本实施例的复合驱油体系，由以下浓度的组分组成：AN923聚合物1500mg/L、SH6型表面活性剂5000mg/L、NaCl 20000mg/L，余量为水。
本实施例的复合驱油体系的制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例的复合驱油剂，由以下质量份数的组分组成：AN923聚合物5份、SH6型表面活性剂100份、NaCl 50份。
本实施例的复合驱油体系，由以下浓度的组分组成：AN923聚合物500mg/L、SH6型表面活性剂10000mg/L、NaCl 5000mg/L，余量为水。
本实施例的复合驱油体系的制备方法同实施例1。
试验例1
1.聚合物的评价
优选出耐温聚合物AN923，低水解度(17.7％)、中高分子量(1710.8万)，溶解性、增粘性良好(如表3所示)。该聚合物在100℃、无氧条件下老化180天，粘度保留率达75％以上，具有良好的长期稳定性(如表4所示)。
表3聚合物AN923溶液的粘浓关系(100℃，6r/min测)
浓度(mg/L) 500 800 1000 1200 1500 1800 2000 2500 3000
粘度(mPa·s) 2.8 6.9 10.8 16.2 23.8 36.8 44.9 70.8 95.3
表4聚合物AN923溶液的粘度与老化时间的关系(100℃，6r/min测)
2.表面活性剂评价
使用双河注入污水配制浓度从100mg/L到50000mg/L的表面活性剂SH6溶液，检测了不同溶液与原油间的油水界面张力，实验结果如表5所示。可以看出：表面活性剂SH6在浓度达到500mg/L以后，油水界面张力可以下降至8.32×10-4mN/m，在500～5000mg/L的浓度范围内，油水界面张力均可以保持在10-4mN/m数量级，在表面活性剂浓度高于1％以后，油水界面张力保持在10-3mN/m数量级，表面活性剂SH6溶液的界面性能良好。
表5表面活性剂浓度与界面张力的影响(100℃测)
试验例2
本实验例对本发明所得复合驱油体系的性能进行评价。
1.复合驱油体系基本性能评价
当聚合物浓度1000mg/L，NaCl浓度10000mg/L时，SH6浓度对复合驱油体系界面张力、粘度的影响如表6所示。随着表面活性剂浓度的增加，驱油体系的粘度、油水界面张力值都逐渐上升。在0～10000mg/L浓度范围内，驱油体系粘度的上升幅度不大，在3.3mPa·s以内，界面张力维持在2×10-3mN/m数量级以内。
表6表面活性剂浓度对复合驱油体系性能的影响
2.复合驱油体系相态评价
取30ml精密刻度比色管，按量先倒入油相，之后倒入液相，盖紧塞子后放置于100℃烘箱中，采用强光手电筒观察界面分层情况，当出现相态体积稳定，粒径尺寸在10-100nm范围的油水混相层，即得到微乳液体系。图1是实施例1的复合驱油体系(聚合物1000mg/L、表面活性剂8000mg/L、NaCl 10000mg/L，余量为水)与原油所产生的中相(Winsor III型)微乳液的粒径分布图；乳化情况如图2所示。从图1中数据可以看出，该中相微乳液的粒径范围主要分布在10～70nm之间，其中粒径在20～40nm液滴数最多，符合微乳液的粒径分布范围。利用该方法，对复合驱油体系开展相态评价。
(1)盐度评价
随着盐浓度的增加，微乳液体系从下相(Winsor I型)微乳液到中相(Winsor III型)、上相(Winsor II型)微乳液转变，所以盐剂是微乳液相态调节的重要手段。
在聚合物1000mg/L、表面活性剂浓度8000mg/L，1:1的油水相体积比、100℃的条件下，用NaCl考察了盐度对复合驱油体系产生微乳液相态的影响，结果如图3所示。可以看出，盐度增量在5000～20000mg/L范围之间，复合体系可以与原油产生中相微乳液，体系出现上、中、下三层，其中上层为油相，下层为水相，中间层为微乳液相。当盐度进一步上升，复合体系与原油产生上相微乳液，此时体系同时存在上、下两层，其中下层为水相，上层为微乳液相。复合驱油体系可以在宽泛的盐度范围内形成中相微乳液，耐盐性能良好。
(2)表面活性剂浓度评价
聚合物浓度为1000mg/L、NaCl浓度为10000mg/L、1:1的油水比时，表面活性剂浓度对复合驱油体系相行为的影响如图4所示。对于低浓度(2000mg/L浓度以下)的表面活性剂溶液，其乳化后分层很快达到平衡并且在下相管壁有油珠，但是随着表而活性剂浓度的增加，乳化后形成的中相微乳液相体积明显增大且大于相同浓度下单一表面活性剂的相体积，说明聚合物具有良好的延迟破乳的作用；在表面活性剂浓度4000mg/L以上时，增溶参数达到20以上，考虑到表面活性剂的经济用量，驱油体系中最佳的表面活性剂使用浓度范围为4000～10000mg/L。
(3)聚合物浓度评价
表7是表面活性剂浓度为8000mg/L、NaCl浓度为10000mg/L、1:1的油水比时，不同聚合物浓度的复合体系与原油形成微乳液相的体积。可以看出，在500mg/L～1500mg/L浓度范围内，复合体系可以与原油形成中相微乳液。其中，在0～1000mg/L浓度范围内，随着聚合物浓度的增加，乳化后形成的中相相体积明显增大，说明聚合物具有良好的延迟破乳的作用；当聚合物浓度进一步增加，中相体积有所下降，说明聚合物浓度过高会影响表面活性剂在油相中的分散性能。
表7聚合物浓度对复合驱油体系产生微乳液相态的影响
(4)复合驱油体系相态长期热稳定性
表8是实施例1的复合驱油体系与原油形成的中相微乳液在100℃、180天的老化时间范围内粘度、界面张力的变化情况。可以看出，微乳液体系的粘度随老化时间的延长呈明显上升后缓慢下降的趋势，老化180d后微乳液体系的粘度值较初始粘度没有明显下降，粘度保留率90％以上。微乳液体系与油相和水相间的界面张力随老化时间的延长变化不大，老化180d期间，界面张力值均可以保持在5×10-3mN/m以下。
表8老化时间对复合驱油体系性能的影响(100℃测)
3.复合驱油体系注入性评价
图5是实施例1所得复合驱油体系在不同渗透率(220～507×10-3μm2)天然岩心上的注入压力随注入孔隙体积的变化曲线。可以看出：①注入2～3PV左右，驱油体系的注入压力趋于平稳，注入性良好。②在渗透率220×10-3μm2及以上的岩心中，驱油体系没有发生堵塞现象。
4.复合驱油体系的天然岩心驱油实验
天然岩心渗透率200mD、段塞0.6PV的条件下，不同化学驱油体系的天然岩心(渗透率200×10-3μm2左右)驱油实验结果如表9所示。
其中，对比例1的复合驱油体系中含有浓度为1000mg/L的聚合物、1000mg/L的SH6型表面活性剂、10000mg/L的Na2CO3，余量为水；对比例2的驱油体系中含有浓度为1000mg/L的聚合物，余量为水。
从表9可以看出，与水驱相比，粘弹性的聚合物驱油提高采收率幅度为15.45％；具有低界面张力、但是不具有与原油形成微乳相能力的三元复合驱提高采收率幅度为19.75％；具有低界面张力、且可以与原油形成微乳相的驱油体系提高采收率在25％以上。较常规的聚合物驱和普通复合驱技术，本发明设计的可以在高温油藏中形成微乳液的驱油体系在提高原油采收率方面效果更好。
表9不同驱油体系的驱油实验结果
另外，从实施例1-4的复合驱油体系在驱油实验产出液的状态上看，微乳液在含水大幅下降时出现，随着后续水驱的推进，微乳液的产出越来越多，直至后续水驱结束。这证明本发明的复合驱油体系在渗流过程中确实可以与原油作用形成微乳液。结合实验采收率情况可以看出，本发明的能与原油形成微乳液的驱油体系驱油效率都比较高，证明了微乳相的形成对提高原油采收率有着重要的作用。

Claims (5)

1.一种高温油藏用复合驱油剂，其特征在于：由以下质量份数的组分组成：聚合物5～15份，阴、非离子复合表面活性剂40～100份，NaCl 50～200份；
所述聚合物为AN923聚合物；
所述阴、非离子复合表面活性剂为SH6型表面活性剂。
2.一种高温油藏用复合驱油体系，其特征在于：由以下浓度的组分组成：聚合物500～1500mg/L，阴、非离子复合表面活性剂4000～10000mg/L，NaCl 5000～20000mg/L，余量为水；
所述聚合物为AN923聚合物；
所述阴、非离子复合表面活性剂为SH6型表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的高温油藏用复合驱油体系，其特征在于：由以下浓度的组分组成：聚合物1000mg/L，阴、非离子复合表面活性剂8000mg/L，NaCl 10000mg/L，余量为水。
4.根据权利要求3所述的高温油藏用复合驱油体系，其特征在于：所述的水为油田污水。
5.根据权利要求2或3所述的高温油藏用复合驱油体系，其特征在于：该复合驱油体系用于油藏温度在80～105℃的高温油藏。
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