CN105505366A

CN105505366A - 一种含羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂的弱碱三元复合驱油剂

Info

Publication number: CN105505366A
Application number: CN201510895029.5A
Authority: CN
Inventors: 宋华; 牛瑞霞; 李锋; 姜楠; 张娇静; 陈彦广
Original assignee: Northeast Petroleum University
Current assignee: Northeast Petroleum University
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2035-12-07
Also published as: CN105505366B

Abstract

本发明涉及一种含羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂的弱碱三元复合驱油剂，以各组分的混合物计，各组分的配比为：羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂0.005～1.000wt％；聚合物0.04～0.3wt％；碱0.4～1.4wt％；其余为水。该弱碱三元复合驱油剂由于不含强碱NaOH，避免了现有技术中的三元复合驱油剂因使用强碱而产生的对地层和油井的腐蚀伤害和结垢问题，且具有使用浓度低，可与原油形成小于10^-2mN/m的超低界面张力，驱油效率高的特点。

Description

一种含羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂的弱碱三元复合驱油剂

技术领域

本发明属于油田开发三次采油技术领域，涉及一种含羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂的弱碱三元复合驱油剂，用于水驱后地层中残余原油的开采。

背景技术

以石油等油气资源为代表的能源问题关系着世界各国经济的发展。目前，全球石油需求增长速度，而我国作为全球最大石油消费国，对石油的需求正强劲增长。但是，经过多年开采，我国各主力油田已相继进入开采后期，采出液综合含水>90％，可采储量采出程度>80％，导致开采难度增加，原油产量递减。因此，采用强化采油技术来提高原油采收率，保证原油稳产成为石油开采业发展的必然趋势。近年来，发现含有碱、表面活性剂和聚合物的三元复合驱油技术，可在水驱基础上提高采收率15～20％，成为油田可持续发展的开发主导技术和三次采油领域研究的热点。

目前，三元复合驱油体系的研究关键是表面活性剂，常用的表面活性剂为磺酸盐系列，已形成万吨级生产规模的包括：重烷基苯磺酸盐和石油磺酸盐，其他的均处于研究阶段。研究表明，这两种磺酸盐仍存在一定问题，其中，重烷基苯磺酸盐依赖强碱NaOH，而NaOH会与岩层中SiO₂反应，降低地层渗透率，甚至会造成原油被永久封堵，无法采出的后果；此外，采出液中悬浮固体含量高，结垢严重，导致采出机井容易卡泵、断杆，检泵周期缩短，严重影响正常生产和经济效益。因此，亟需开发弱碱、低碱或无碱体系用表面活性剂。近年来发现石油磺酸盐在弱碱条件下性能较好，但石油磺酸盐组成复杂、质量稳定性差，开采过程中容易出现色谱分离，吸附损失量大的问题。所以，需要开发结构简单、性能稳定、不依赖强碱的表面活性剂。

2003年，刘春德等人在CN1566258A中提出一种在苯环或萘环上含多个烷基取代基的烷基芳基烷基磺酸盐，该类产品结构类似于重烷基苯磺酸盐，但磺酸基与烷基链而非芳环相连。所配弱碱三元复合体系与大庆原油间界面张力可降至10^-4～10^-5mN/m，证明此类磺酸盐具有优良的界面活性。近十年来，江南大学的殷福珊等人、大连理工大学的徐志刚等人在此方面也开展了大量工作，进行了系列芳基烷基磺酸钠、芳基双烷基磺酸钠的合成和界面性能评价。但是，目前所研究的芳基烷基磺酸盐大多集中在芳基、烷基芳基和萘基系列，未见有关含羟基的烷基芳基取代烷基磺酸盐的报道。

发明内容

本发明的目的在于解决现有三元复合驱油体系中强碱对地层和油井带来的腐蚀伤害和结垢问题，提供一种含有羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂的弱碱三元复合驱油剂，该弱碱三元复合驱油剂具有使用弱碱、腐蚀伤害小，使用浓度低，可与原油形成小于10^-2mN/m的超低界面张力，驱油效率高等特点，该弱碱三元复合驱油剂在乳化性、界面活性以及去油效果方面达到甚至优于强碱三元复合驱油体系。

本发明采用的具体技术方案为：

一种含羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂的弱碱三元复合驱油剂，其特征在于：其由羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂、碱、模拟水和聚合物组成，以各组分的混合物计，各组分的含量为：

羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂0.005～1.000wt％；

聚合物0.04～0.3wt％；

碱0.4～1.4wt％；

其余为水；

其中，羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂为烷基酚基取代烷基磺酸盐，其分子通式为：

式中，R₁为C₁～C₁₂的烷基；R₂＝C₁～C₃的烷基，n取值范围为6～16中的任意一个偶数；M为钾、钠或锂金属离子中的任意一种；

进一步地，所述M为钾或钠，更优选钠；所述碱为Na₂CO₃或NaHCO₃；所述聚合物为部分水解聚丙烯酰胺；水为模拟原油地层下矿化度的配制水；

进一步地，所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为1600～4000万；

进一步地，采用所述羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂与其他磺酸盐表面活性剂复配成的混合表面活性剂替代所述羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂，所述羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂与其他磺酸盐表面活性剂以任意比例进行复配；优选地，以质量计，所述羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂：其他磺酸盐表面活性剂＝3:7～4:6。

进一步地，所述烷基酚基取代烷基磺酸盐为辛基酚基十二烷基磺酸盐、壬基酚基癸基磺酸盐或壬基酚基十二烷基磺酸盐；

制备上述弱碱三元复合驱油剂的方法，其特征在于：将所述碱、磺酸盐表面活性剂、聚合物和模拟水按照上述配比在常温条件下混合，搅拌均匀至碱、磺酸盐表面活性剂、聚合物完全溶解。

上述弱碱三元复合驱油剂在原油开采中的应用，其特征在于：具体应用条件可为：油田地层温度为45℃、油田地层水的矿化度400～8000mg/L。

本发明所具有的有益效果是：

(1)本发明的含羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂的弱碱三元复合驱油剂，由于不含强碱NaOH，避免了现有技术中的三元复合驱油剂因使用强碱而产生的对地层和油井的腐蚀伤害和结垢问题；

(2)本发明所述的烷基酚基取代烷基磺酸盐，由于其分子结构中同时含有羟基和磺酸根阴离子基团两种亲水基，且磺酸基与烷基而非芳基相连，使其具有良好的水溶性和耐盐性。

(3)所述的含羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂的弱碱三元复合驱油剂，能与原油形成超低界面张力，且具有较宽的界面活性范围(见图1)和良好的驱油效率(见图2)；

(4)本发明的羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂组成明确，可以避免因化学组分复杂导致的色谱分离问题，为后续的分析工作带了极大的方便；

(5)本发明的含羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂的弱碱三元复合驱油剂，可用于地层温度为45℃、矿化度400～8000mg/L的大庆油田地层水和原油，该驱油剂水溶液与大庆油田采油四厂原油之间的动态界面张力值，可达10^-2～10^-4mN/m的超低界面张力，经室内模拟驱油试验，该驱油剂能在水驱(水驱提高原油采收率41.7％)基础上提高原油采收率25.8％，取得了良好的技术效果。

附图说明

图1为含壬基酚基十二烷基磺酸盐的弱碱三元复合驱油剂的界面活性图。

图2为含壬基酚基癸基磺酸盐的弱碱三元复合驱油剂的物理模拟驱油实验结果。

具体实施方式

为了更清晰地说明本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明的技术给予进一步详细说明。

实施例1

含辛基酚基十二烷基磺酸盐的弱碱三元复合驱油剂：

以混合物计，组分组成为：辛基酚基十二烷基磺酸盐：0.05～0.4wt％，

Na₂CO₃：0.8wt％；

聚合物(聚丙烯酰胺，中分，分子量为2500万)：0.18wt％；

模拟水(配制地层水：四厂污水，矿化度5726.76mg/L)：98.62～98.97wt％。

测定条件为：TX500C型旋转滴界面张力仪

温度：45℃

原油：大庆采油四厂脱水原油

与原油间的界面张力测定结果：

实施例2

含辛基酚基癸基磺酸盐的弱碱三元复合驱油剂：

以混合物计，组分组成为：辛基酚基癸基磺酸盐：0.005～0.6wt％；

Na₂CO₃：1.4wt％；

聚合物(聚丙烯酰胺，中分，分子量：1600万)：0.15wt％；

模拟水(配制地层水：四厂污水，矿化度5726.76mg/L)：98.39～98.45wt％。

测定条件为：TX500C型旋转滴界面张力仪

温度：45℃

原油：大庆采油四厂脱水原油

与原油间的界面张力测定结果：

实施例3

与重烷基苯磺酸盐(HABS)复配的弱碱三元复合驱油剂：

以混合物计，组分组成为：

壬基酚基癸基磺酸盐(C₁₀NPAS)与重烷基苯磺酸盐复配体系(其中壬基酚基癸基磺酸盐(C₁₀NPAS)与重烷基苯磺酸盐的重量比如下表)：0.05wt％

Na₂CO₃：1.2wt％；

聚合物(聚丙烯酰胺，中分，分子量为2500万)：0.15wt％；

模拟水(配制地层水：四厂污水，矿化度5726.76mg/L)：98.6wt％。

测定条件为：TX500C型旋转滴界面张力仪

温度：45℃

原油：大庆采油四厂脱水原油

与原油间的平衡界面张力测定结果：

实施例4

含壬基酚基十二烷基磺酸盐的弱碱三元复合驱油剂：

组分组成为：壬基酚基十二烷基磺酸盐(C₁₂NPAS)：0.05～0.4wt％，

Na₂CO₃：0.6～1.8wt％；

聚合物(聚丙烯酰胺，中分，分子量为1600万)：0.3wt％；

模拟水(配制地层水：四厂污水，矿化度5726.76mg/L)：97.5～99.05wt％。

测定条件为：TX500C型旋转滴界面张力仪

温度：45℃

原油：大庆采油四厂模拟原油

测定结果见图1。由图1可以看出，在表面活性剂浓度为0.05％～0.4％范围内，通过调节Na₂CO₃浓度，可以在较宽的浓度范围内，使油水界面张力出现了超低值区。

实施例5

含壬基酚基十二烷基磺酸盐的弱碱三元复合驱油剂：

组分组成为：壬基酚基十二烷基磺酸盐(C₁₂NPAS)：0.9wt％，

Na₂CO₃：0.4～1.4wt％；

聚合物(聚丙烯酰胺，中分，分子量为1600万)：0.3wt％；

模拟水(配制地层水：四厂污水，矿化度5726.76mg/L)：97.4～98.4wt％。

测定条件为：TX500C型旋转滴界面张力仪

温度：45℃

原油：大庆采油四厂模拟原油

与原油间的平衡界面张力测定结果：

Na₂CO₃含量，wt％	平衡界面张力，mN/m	Na₂CO₃含量，wt％	平衡界面张力，mN/m
				0.4	0.002028	1.2	0.006838
0.6	0.004621	1.4	0.006843
				0.8	0.002738	1.6	0.007032
1.0	0.004901

实施例6

弱碱三元复合驱油剂的物理模拟驱油实验：

制备含壬基酚基癸基磺酸盐弱碱三元复合驱油剂，以各组分的混合物计，各组分的含量为：

壬基酚基癸基磺酸盐：0.3wt％；

Na₂CO₃：1.2wt％；

聚合物(聚丙烯酰胺，分子量1600万)：0.3wt％；

模拟水(配制地层水：总矿化度6910.28mg/L，其中CO₃ ^2-468.16mg/L，

HCO₃ ^-3046.12mg/L，Cl^-1121.25mg/L，SO₄ ^2-36.5mg/L，Ca²⁺35.27mg/L，

Mg²⁺9.24mg/L，Na⁺2193.74mg/L)余量。

利用所述弱碱三元复合驱油体系，注入方案为前置水驱至含水98％以上，0.5pv主段塞弱碱三元复合驱溶液，后续水驱至含水98％，在渗透率为1000mD人造岩心上，采用大庆采油四厂原油和地层水，在45℃条件下进行驱油实验，实验结果见图2。结果发现水驱采收率41.7％，化学驱采收率25.8％，总采收率67.5％，说明应用上述含有壬基酚基癸基磺酸盐的弱碱三元复合驱油体系，驱油效率比水驱提高25.8％(OOIP)。

Claims

1.一种含羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂的弱碱三元复合驱油剂，其特征在于：其由羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂、碱、模拟水和聚合物组成，以各组分的混合物计，各组分的含量为：

羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂0.005～1.000wt％；

聚合物0.04～0.3wt％；

碱0.4～1.8wt％；

其余为模拟水；

式中，R₁为C₁～C₁₂的烷基；R₂＝C₁～C₃的烷基，n取值范围为6～16中的任意一个偶数；M为钾、钠或锂金属离子中的任意一种。

2.如权利要求1所述的弱碱三元复合驱油剂，其特征在于：以各组分的混合物计，各组分的含量为：

羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂0.05～0.4wt％；

聚合物0.1～0.3wt％；

碱0.4～1.8wt％；

其余为模拟水。

3.如权利要求1所述的弱碱三元复合驱油剂，其特征在于：所述M为钾或钠，所述碱为Na₂CO₃或NaHCO₃；所述聚合物为部分水解聚丙烯酰胺；所述模拟水为模拟原油地层下矿化度的配制水。

4.如权利要求3所述的弱碱三元复合驱油剂，其特征在于：所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为1600～4000万。

5.如权利要求1所述的弱碱三元复合驱油剂，其特征在于：采用所述羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂与其他磺酸盐表面活性剂复配成的混合表面活性剂替代所述羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂，所述羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂与其他磺酸盐表面活性剂以任意比例复配。

6.如权利要求5所述的弱碱三元复合驱油剂，其特征在于：以质量计，所述羟基取代芳基烷基磺酸盐表面活性剂与其他磺酸盐表面活性剂的复配比为3:7～4:6。

7.如权利要求1所述的弱碱三元复合驱油剂，其特征在于：所述烷基酚基取代烷基磺酸盐为辛基酚基十二烷基磺酸盐、壬基酚基癸基磺酸盐或壬基酚基十二烷基磺酸盐。

8.制备权利要求1-7任一项所述的弱碱三元复合驱油剂的方法，其特征在于：将所述碱、磺酸盐表面活性剂、聚合物和模拟水按照上述配比在常温条件下混合，搅拌均匀至碱、磺酸盐表面活性剂、聚合物完全溶解。

9.如权利要求1-7任一项所述的弱碱三元复合驱油剂在原油开采中的应用，其特征在于：具体应用条件为：油田地层温度为45℃，油田地层水的矿化度为400～8000mg/L。