CN107502330A - 一种自组装超微泡沫驱油剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自组装超微泡沫驱油剂由如下重量百分比的组分组成：2[N‑亚甲基‑N‑二甲基(1‑十二烷基‑1‑甲酸钠)‑次甲基]溴化铵：0.2‑0.3%，N‑(1‑十二烷氧基醚‑2‑羟基)丙烷‑N‑二甲基‑N‑(2‑羟基)丙磺酸钠：0.2‑0.3%，阴离子表面活性剂：0.1‑0.35%，三乙醇胺：0.02‑0.07%，尿素：0.02‑0.07%，螯合剂：0.04‑0.14%，无机盐：5‑7%，余量为水。本发明还提供该驱油剂的制备方法和应用。该泡沫驱油剂，产生的泡沫丰富、细腻，直径尺寸在1‑20μm之间，且半衰期较长；在注入CO2发泡时，与钙、镁离子不会发生化学反应产生白色沉淀碳酸钙或氢氧化镁。
Description
技术领域
本发明属于化学驱油领域，具体涉及一种自组装超微泡沫驱油剂及其制备方法与应用。
背景技术
低渗透油藏在我国分布广泛，该类油藏普遍具有“低孔、低渗、低产”的特征，采用常规的注水、注气方法能改善低渗透油藏的开发效果，但是在开发中后期易出现“注不进”、水窜或气窜，注入流体波及效率低，导致低渗透油藏动用程度低，采收率低。目前。常用的方法有：聚合物驱、碱水驱、泡沫驱，碱水驱会降低体系的粘弹性，同时增加采出液的处理难度；聚合物驱对注入空隙较小的油田并不适合。
超微泡沫驱通过改善流度比，降低油水界面张力提高洗油效率和增加地层能量，同时能降低启动压力和注水压力，提高混合流体的渗流能力，从而提高低渗透油藏的采收率。超微泡沫具有调剖和驱油作用的主要原因在于泡沫在多孔介质内的渗流特性，即超微泡沫堵大不堵小及堵水不堵油的作用，导致超微泡沫在高、低渗透呈均匀推进。同时，超微泡沫还具有一定的降低界面张力的作用，因而泡沫具有提高采收率的作用。在一般情况下水驱后可提高采收率30%以上，聚驱后可提高采收率10~20%。由于针对是延长特渗油藏，由于孔径过小，聚合物驱注入不进去，水驱效果不佳，顾考虑采用泡沫驱。
泡沫驱能显著地改善流度比，发泡剂通过大幅度降低O/W界面张力、改变岩石表面润湿性来提高洗油效率，同时也能给整个区块补充能量，从而提高开发速度和采收率。泡沫体系的流度控制能力比聚合物更强，流动前缘也更趋稳定，体积波及系数更高，而且泡沫洗油能力较强，能节约表面活性剂用量，同时具有较好的泡沫性能和超低界面张力，降低无效水循环，且不含有强碱或弱碱，避免腐蚀结垢，提高经济效益。
目前，虽然已经研制出一些泡沫驱油剂，但是仍然存在一些问题，例如，在盐水中粘度低、泡沫尺寸大、强度差、不稳定等。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种自组装超微泡沫驱油剂及其制备方法及其应用，所述超微泡沫的各组分可以形成蠕虫状胶束，增加了体系的粘度，具有无碱、无腐蚀的特点，产生的泡沫细小均匀、尺寸小于20μm。
一种自组装超微泡沫驱油剂，由如下重量百分比的组分组成：
2[N-亚甲基-N-二甲基 (1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵：0.2-0.3%，
N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠：0.2-0.3%，
阴离子表面活性剂：0.1-0.35%，
三乙醇胺：0.02-0.07%，
尿素：0.02-0.07%，
螯合剂：0.04-0.14%，
无机盐：5-7%，
余量为水，
其中，所述2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵的结构式为：
，n=12；
所述N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠的结构式为
，R=C12H25。
所述2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵和N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠都为两性Gemini表面活性剂。
所述2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵为现有技术中的表面活性剂，其制备方法见文章（Ming Zhou，etc，Synthesis of three geminibetaine surfactants and their surface active properties，Journal of the TaiwanInstitute of Chemical Engineers，2017。）。
所述N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠为现有技术中的表面活性剂，其制备方法见文章（Ming Zhou，etc，Synthesis and performanceof a series of dual hydroxyl sulfobetaine surfactants，Journal of DispersionScience and Technology，2017。）。
优选地，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠（SDS）。
优选地，所述螯合剂为EDTA。
优选地，所述无机盐为氯化钠、氯化镁、硫酸钠、硫酸氢钠、碳酸钠、氯化钾、氯化钙中的任意一种或几种。当所述无机盐为氯化钠、氯化镁、硫酸钠、硫酸氢钠、碳酸钠、氯化钾、氯化钙中的任意几种时，任意几种的组分为任意比例混合。
上述自组装超微泡沫驱油剂的制备方法为：
（1）将水加热至70℃，加入无机盐，加入2[N-亚甲基-N-二甲基 (1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵，搅拌溶解后，再加入N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N-(2-羟基)丙磺酸钠，搅拌溶解；
（2）向步骤（1）得到的混合溶液中依次加入阴离子表面活性剂、三乙醇胺、尿素和螯合剂，搅拌溶解。
上述自组装超微泡沫驱油剂在低渗油藏中的应用。
上述自组装超微泡沫驱油剂在低渗油藏中的应用，所述应用为：在低渗油藏中，加入自组装超微泡沫驱油剂，通入CO2，在恒定转速10000r/min下，搅拌60s。
上述自组装超微泡沫驱油剂在低渗油藏中的应用，所述应用为：将自组装超微泡沫驱油剂通过填砂管制备泡沫进行驱油，具体操作为：将自组装超微泡沫驱油剂加入活塞容器中；所述活塞容器的下端与双缸泵相连，活塞容器的上端通过三通阀与所述填砂管的入口端相连，氮气/CO2高压气瓶通过三通阀与填砂管的入口端连接；所述填砂管的出口端依次与皂泡流量计、泡沫试管相连；首先用氮气高压气瓶测试填砂管的渗透率，然后用CO2高压气瓶调节，调节CO2高压气瓶的出口压力为1MPa，双缸泵的输出流量为1mL/min，即可制备得到微泡沫用于低渗油藏；其中，所述填砂管内填充80-100目的石英砂，所述双缸泵为ISCO恒压恒流双缸泵。
本发明所述的泡沫驱油剂体系配方中，表面活性剂浓度低，在反离子作用等条件下能够形成蠕虫状胶束，这种类型胶束的轮廓长度可以从几十个纳米甚至到几十个微米。在溶液中，当蠕虫状胶束达到一定的长度和密度时，胶束之间开始互相缠绕交叠，形成具有粘弹性的网络结构。与现有高分子溶液不同的是，高分子是由化学键连在一起的长链分子结构，而蠕虫状胶束则是由单体在非共价键作用下聚集形成的分子有序组合体。表面活性剂分子形成的蠕虫状胶束与单体间存在着解离和重组的过程，因此，整个体系是一个动态的、平衡的网络结构。由于蠕虫状胶束的形成能有效地阻止碳酸钙晶核的生成和晶体的长大，钙、镁离子挤压蠕虫状胶束导致双电层变薄，蠕虫状胶束的流体力学减小，尺度减小，产生的超微泡沫细小、均匀，且稳定性能好，发泡之后产生直径在1~20um大小的超微泡沫。
本发明的优点：
（1）本发明所述的泡沫驱油剂，两性Gemini表面活性剂2[N-亚甲基-N-二甲基 (1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵和N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠与SDS在盐水中能够自组装形成蠕虫状胶束，具有一定的粘度，通入CO2，经过发泡，产生的泡沫丰富、细腻，直径尺寸在1-20μm之间，且半衰期较长；在注入CO2发泡时，与钙离子和镁离子不会发生化学反应产生白色沉淀碳酸钙或氢氧化镁；
（2）本发明所述超微泡沫驱油剂不含碱，聚合物，避免了碱在应用中带来的降低体系的粘弹性、增加注入工艺及采出液处理难度、增加成本等问题，同时避免使用聚合物难以满足孔隙较小的油田这一缺陷；
（3）发泡后的超微泡沫通过改善流度比，能降低油水界面张力，提高洗油效率和增加地层能量，同时能降低启动压力和注水压力，提高混合流体的渗流能力，从而提高特低渗透油藏的采收率。
具体实施方式
实施例1
1. 一种自组装超微泡沫驱油剂，包含如下重量百分比的组分：
2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵：0.2%，
N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠：0.2%，
阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠（SDS）：0.1%，
三乙醇胺：0.03%，
尿素：0.03%，
螯合剂为EDTA：0.14%，
无机盐：5%，
余量为水，总量为100%，
其中，所述2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵的结构式为：
，n=12；
所述N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠的结构式为
，R=C12H25。
所述2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵和N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠都为两性Gemini表面活性剂；
所述2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵为现有技术中的表面活性剂，其制备方法见文章（Ming Zhou，etc，Synthesis of three gemini betainesurfactants and their surface active properties，Journal of the TaiwanInstitute of Chemical Engineers，2017。）；
所述N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠为现有技术中的表面活性剂，其制备方法见文章（Ming Zhou，etc，Synthesis and performance of aseries of dual hydroxyl sulfobetaine surfactants，Journal of DispersionScience and Technology，2017。）；
所述无机盐为氯化钠、氯化镁、硫酸钠、硫酸氢钠，其中，氯化钠、氯化镁、硫酸钠、硫酸氢钠之间为任意比例。
实施例2
1. 一种自组装超微泡沫驱油剂，包含如下重量百分比的组分：
2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵：0.25%，
N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠：0.25%，
阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠（SDS）：0.2%，
三乙醇胺：0.02%，
尿素：0.02%，
螯合剂为EDTA：0.04%，
无机盐：6%，
余量为水，总量为100%，
其中，所述2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵、N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠的结构式、制备方法同实施例1；
所述无机盐为氯化钠、碳酸钠、氯化钾、氯化钙，其中，氯化钠、碳酸钠、氯化钾、氯化钙之间为任意比例。
实施例3
1. 一种自组装超微泡沫驱油剂，包含如下重量百分比的组分：
2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵：0.3%，
N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠：0.3%，
阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠（SDS）：0.35%，
三乙醇胺：0.07%，
尿素：0.07%，
螯合剂为EDTA：0.10%，
无机盐：7%，
余量为水，总量为100%，
其中，所述2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵、N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N-(2-羟基)丙磺酸钠的结构式、制备方法同实施例1；
所述无机盐为氯化钠、氯化镁、硫酸钠、硫酸氢钠、碳酸钠、氯化钾、氯化钙，其中，氯化钠、氯化镁、硫酸钠、硫酸氢钠、碳酸钠、氯化钾、氯化钙之间为任意比例。
一. 制备方法、应用及性能检测
1. 将实施例1-3所述的自组装超微泡沫分别按照以下制备方法制备：
（1）将水加热至70℃，加入无机盐，加入2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵，搅拌溶解后，再加入N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N-(2-羟基)丙磺酸钠，搅拌溶解；
（2）向步骤（1）得到的混合溶液中依次加入阴离子表面活性剂、三乙醇胺、尿素和螯合剂，搅拌溶解；
2. 应用及性能检测
（1）在70℃和模拟地层水矿化度的条件下（地层水矿化度的具体阳离子和阴离子浓度如表1所示），通入CO2，加入上述制备的泡沫驱油剂，在恒定转速10000r/min下，搅拌60s。
表1模拟地层水矿化度
搅拌60s，立即进行检测，具体检测如下：
读取初始泡沫体积V0，并开始计时；记录消掉一半泡沫时所需的时间t1/2，即为泡沫半衰期，最后检测泡沫综合指数FCI，通过流变仪测定其粘度，如表2所示。
表2 泡沫驱油剂的粘度、起泡性和半衰期的影响
（2）将上述制备的自组装超微泡沫驱油剂加入活塞容器中；所述活塞容器的下端与双缸泵相连，活塞容器的上端通过三通阀与所述填砂管的入口端相连，氮气/CO2高压气瓶通过三通阀与填砂管的入口端连接；所述填砂管的出口端依次与皂泡流量计、泡沫试管相连；首先用氮气高压气瓶测试填砂管的渗透率（K），然后用CO2高压气瓶调节，调节CO2高压气瓶的出口压力为1MPa，双缸泵的输出流量为1mL/min，即可制备得到微泡沫用于低渗油藏；其中，所述填砂管内填充80-100目的石英砂，所述双缸泵为ISCO恒压恒流双缸泵。
实施例1、2、3在试验时，渗透率K分别检测为21mD、78 mD、142 mD。
用小针管进行取样，制作微泡沫薄片，收集微泡沫并用显微镜观察微泡沫的形态。
用IS图片处理软件对超微泡沫微观图片进行分析，在视野内选取200多个起泡，计算超微泡沫平均直径及变异因数（用于描述起泡的均匀程度），其中变异因数越低，表明形成的泡沫越均匀。采用如下计算公式：
式中： 为超微泡沫的平均直径； 为第i个起泡的直径； 为第i个起泡；
式中：CV为超微泡沫的变异因数；为超微泡沫的标准差值。
计算实施例1、2、3的泡沫平均直径分别为5um、8 um、20um；实施例1、2、3的超微泡沫的变异因数分别为：0.15、0.094、0.0375 。
Claims (8)
1.一种自组装超微泡沫驱油剂，由如下重量百分比的组分组成：
2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵：0.2-0.3%，
N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠：0.2-0.3%，
阴离子表面活性剂：0.1-0.35%，
三乙醇胺：0.02-0.07%，
尿素：0.02-0.07%，
螯合剂：0.04-0.14%，
无机盐：5-7%，
余量为水，
其中，所述2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵的结构式为：
，n=12；
所述N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N- (2-羟基)丙磺酸钠的结构式为
，R=C12H25。
2.根据权利要求1所述的自组装超微泡沫驱油剂，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠。
3.根据权利要求1所述的自组装超微泡沫驱油剂，其特征在于：所述螯合剂为EDTA。
4.根据权利要求1所述的自组装超微泡沫驱油剂，其特征在于：所述无机盐为氯化钠、氯化镁、硫酸钠、硫酸氢钠、碳酸钠、氯化钾、氯化钙中的任意一种或几种。
5.权利要求1所述自组装超微泡沫驱油剂的制备方法，所述制备方法为：
（1）将水加热至70℃，加入无机盐，加入2[N-亚甲基-N-二甲基(1-十二烷基-1-甲酸钠)-次甲基]溴化铵，搅拌溶解后，再加入N-(1-十二烷氧基醚-2-羟基)丙烷-N-二甲基-N-(2-羟基)丙磺酸钠，搅拌溶解；
（2）向步骤（1）得到的混合溶液中依次加入阴离子表面活性剂、三乙醇胺、尿素和螯合剂，搅拌溶解。
6.权利要求1所述的自组装超微泡沫驱油剂在低渗油藏中的应用。
7.根据权利要求6所述的自组装超微泡沫驱油剂在低渗油藏中的应用，其特征在于：所述应用为：在低渗油藏中，加入自组装超微泡沫驱油剂，通入CO2，在恒定转速10000r/min下，搅拌60s。
8.根据权利要求6所述的自组装超微泡沫驱油剂在低渗油藏中的应用，其特征在于：所述应用为：将自组装超微泡沫驱油剂通过填砂管制备泡沫进行驱油，具体操作为：将自组装超微泡沫驱油剂加入活塞容器中；所述活塞容器的下端与双缸泵相连，活塞容器的上端通过三通阀与所述填砂管的入口端相连，氮气/CO2高压气瓶通过三通阀与填砂管的入口端连接；所述填砂管的出口端依次与皂泡流量计、泡沫试管相连；首先用氮气高压气瓶测试填砂管的渗透率，然后用CO2高压气瓶调节，调节CO2高压气瓶的出口压力为1MPa，双缸泵的输出流量为1mL/min，即可制备得到微泡沫用于低渗油藏；其中，所述填砂管内填充80-100目的石英砂，所述双缸泵为ISCO恒压恒流双缸泵。
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