CN107674664A - 强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系及其制备和应用 - Google Patents

强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系及其制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系，包括：1.0％～5.0％的分散石墨颗粒、0.2％～0.6％分散剂和0.1％～0.5％润湿改变剂，所述各组分为质量百分比，其余量为去离子水，上述各组分质量百分比之和为100％。同时提供了这种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系的制备方法和应用方法。采用本发明的强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系，能提高注入阶段流度调控能力和洗油效率，同时也能改善后续水驱阶段的注入压力，能够最大限度的提高复合驱油体系的驱油效果。

Description

强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系及 其制备和应用
技术领域
本发明属于油田化学领域，具体地，涉及一种用于提高原油采收率的改性石墨颗粒非均相复合驱替体系制备及其应用。
技术背景
注水开发是我国油田开采的主要方式，但油田的长期注水开发导致地层的非均质性加剧，使油田开发中后期含水上升速度加快，水驱低效或无效循环，导致地层中残留的大量剩余油无法动用。因此如何提高剩余油的深部挖潜是中后期注水开发油田增产稳产的关键。提高驱油剂的波及体积和洗油效率是目前油田控水稳油的两个途径，以聚合物、聚合物/表面活性剂的二元复合驱、聚合物/表面活性剂/碱的三元复合驱为主的化学驱技术是实现剩余油深部挖潜的重要技术手段，在现场实施中得到了成功应用。聚合物驱以及以聚合物为基础建立的复合驱油体系中聚合物的主要作用是增加驱替液的黏度，改变水油流度比，以扩大波及体积，实现原油采收率的提高。聚合物二元复合驱油体系中表面活性剂的加入可以降低油水界面张力，改变岩石表面的润湿性，有利于原油从岩石表面剥离出来，提高洗油效率，并协同聚合物的流度改变能力，大幅度的提高原油采收率。对于聚合物三元复合驱油体系，碱的加入进一步强化其驱油效果。加入的碱可以与石油酸反应产生表面活性剂，协同加入的表面活性剂提高复合驱油体系的洗油效率。此外碱的加入也会形成乳化原油，提高驱替介质的粘度，进一步强化聚合物的流度调控能力。矿场应用结果表明聚合物驱油技术及以聚合物为基础建立的复合驱油技术可以提高原油采收率10％以上。但上述技术在现场实施过程中也暴露了一些问题，以聚合物及以聚合物为基础建立的复合驱油体系中聚合物受注入设备剪切和地层多孔介质剪切及地层理化性质影响较大，导致聚合物的粘度大幅度下降，流度控制能力减弱。尤其在后续水驱阶段，注入压力下降较快，驱油剂容易发生指近窜入油井，极大了限制了驱油剂的驱油作用，降低了驱油剂的使用价值，难以获得长期有效的开发效果。
发明内容
本发明的目的是为了改善聚合物驱或复合驱中的聚合物流度控制能力较弱，提高后续水驱阶段的注入压力，研发一种能够水基分散，环境友好、长期稳定性、质地柔软，具有自润滑性质的改性石墨颗粒体系，以强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的流度控制能力，进而提高驱油剂的波及体积和洗油效率，达到长期有效的水驱效果。
本发明提供一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系，以及其制备方法和其应用方法。
本发明依靠改性石墨颗粒体系自身的封堵特点，及与聚合物/二元/三元复合驱油体系的协同效应，既能提高注入阶段流度调控能力和洗油效率，同时也能改善后续水驱阶段的注入压力，能够最大限度的提高复合驱油体系的驱油效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系，包括：分散石墨颗粒、分散剂和润湿改变剂，重量组份如下：
分散石墨颗粒：1.0％～5.0％；
分散剂：0.2％～0.6％；
润湿改变剂：0.1％～0.5％；
其余量为去离子水，各组分质量分数之和为100％。
进一步的，本发明的改性石墨颗粒体系中，分散石墨颗粒的初始粒径为10μm～150μm。
进一步的，本发明的改性石墨颗粒体系中，分散剂为聚乙烯吡络烷酮系列的一种或几种的混合物，分子量为8000～32000mg/mol。通过加入聚乙烯吡络烷酮可提高分散石墨颗粒的悬浮稳定性能。
进一步的，本发明的改性石墨颗粒体系中，润湿改变剂为烷基苯基聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，其结构式为:
式(1)中，R为C8，C9的烷基；n为乙氧基团的加合数，n为9或10的整数。通过加入润湿改变剂可提高分散石墨颗粒的润湿改变能力，进一步增强改性后分散石墨颗粒的分散能力。
本发明还提供上述的一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系的制备方法，包括如下步骤：
室温下(20±5℃)，在去离子水中先加入分散石墨颗粒，搅拌10分钟待其分散后；将分散好的分散石墨颗粒置于超声设备中，超声分散1～5小时，然后静置1～4小时，取上清液；将取得的分散石墨上清液加入分散剂，超声分散1～3小时后加入聚醚型非离子表面活性剂，40～50℃温度下搅拌1～6小时。由此，即得到粒径分布200nm～100μm、分散良好的本发明的这种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系。
本发明还提供上述的一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系的应用方法，包括如下步骤：
在配液水中先加入聚合物，搅拌60～80分钟待其充分溶解后；再加入表面活性剂或碱的一种或该两者的组合，搅拌5～10分钟待其充分溶解；最后加入改性石墨颗粒，搅拌5～10分钟待其充分分散，从而得到一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒驱油体系。
具体说，上述改性石墨颗粒体系为采用本发明的上述制备方法制备的改性石墨颗粒体系，粒径分布150nm～100μm，质量分数0.05％～0.1％；
具体说，上述聚合物为阴离子聚合物，分子量为1400万mg/mol～1800万mg/mol，水解度20％～30％，质量分数0.1％～0.25％；
本发明所述的，驱油用表面活性剂为烷基苯磺酸盐或石油磺酸盐的一种或组合。
具体说，上述的碱为碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠的一种或组合，质量分数0.4％～0.6％；
具体说，配液水为清水或经过处理的油田回注污水。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒为水基分散，具有质地柔软、自润滑性、环境友好、稳定性好、与聚合物/表面活性剂/碱具有良好配伍性的特点，能够强化聚合物/二元/三元复合驱油过程中的流度控制能力和洗油能力。
(2)一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒制备工艺简单，粒径分布纳米、微米级别，可根据储层油藏条件注入相匹配的改性石墨颗粒体系，能够满足多种类非均质油藏的使用，且制备所需的分散石墨颗粒、分散剂、润湿改变剂来源广，价格便宜。
(3)本发明采用的改性石墨颗粒与聚合物/表面活性剂/碱具有良好的协同效应，形成的复合驱油体系具有较高的界面活性，可使油水界面张力降低到10-2mN/m数量级，显著提高驱油剂的洗油效率。
(4)本发明采用的改性石墨颗粒质地柔软，具有自润滑特点，易于进入地层深部，提高对储层深部调控能力，能够最大限度提高后续注入的强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒驱油体系波及能力和洗油能力。
(5)本发明采用的改性石墨颗粒体系依靠颗粒直接封堵或架桥封堵的特点，能够强化复合驱油体系驱油过程中的流度控制能力，此外，也能够使后续注入压力保持较高的水平，强化后续流体的的流度控制能力。
(6)本发明的强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒驱油体系配制工艺简单，便于大规模的现场施工，并通过设置三个驱油段塞，能够最大限度的提高复合驱油体系的驱油效果。
附图说明
图1是实施例1中强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒改性前后的分散效果图；
图2是实施例3改性石墨颗粒强化聚合物三元复合驱油体系的驱油效果图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明的改性石墨颗粒体系中，所述的分散石墨颗粒、分散剂、润湿改变剂均可由市场购买到。
实施例1:
一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系，包括：分散石墨颗粒，质量分数为1.5％；分散剂，质量分数为0.5％；润湿改变剂，质量分数为0.5％；余量去离子水，质量分数为97％，各组分质量分数之和为100％。
室温下(20±5℃)，在98g去离子水中先加入2g初始粒径15μm的分散石墨颗粒，搅拌10分钟待其分散后；将分散好的分散石墨颗粒置于超声设备中，超声分散3小时，然后静置4小时，取上清液，得80g浓度为1.5％的分散石墨颗粒溶液；将上述制得80g的分散石墨颗粒溶液加入0.4g的分散剂超声分散2小时；将上述步骤得到的分散溶液加入0.4g的润湿改变剂，40℃搅拌6小时，从而得到粒径200nm的强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系。
本实施例还提供了改性石墨颗粒强化聚合物驱油体系的应用方法：
室温下(20±5℃)，在99.7g配液清水中边搅拌加入0.2g阴离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解；然后加入0.1g的改性石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得改性石墨颗粒强化聚合物驱油体系，其中该复合驱油体系中聚合物的质量分数为0.2％，改性石墨颗粒的质量分数为0.1％。
采用上述的复合驱油体系进行驱油。模拟油，50℃下粘度6.2mPa·s，地层模拟水，矿化度为5300mg/L；温度：50℃；岩心基本参数：长×直径＝20cm×2.5cm，渗透率0.65μm；注入0.5PV的强化聚合物/改性石墨颗粒复合驱油体系；驱油结果：水驱采收率为41.7％，改性石墨颗粒强化聚合物驱油后最终采收率达到56.5％，提高原油采收率14.8％。
实施例2：
利用实施例1制备的改性石墨颗粒。
本实施例还提供了改性石墨颗粒强化聚合物二元驱油体系的应用方法：
室温下(20±5℃)，在99.6g配液清水中边搅拌加入0.2g阴离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解；然后加入0.1g的表面活性剂，搅拌10分钟待其充分溶解；最后加入0.1g的改性石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得改性石墨颗粒强化聚合物二元驱油体系，其中该复合驱油体系中聚合物的质量分数为0.2％，表面活性剂的质量分数为0.1％，改性石墨颗粒的质量分数为0.1％。
采用上述的复合驱油体系进行驱油。模拟油，50℃下粘度6.2mPa·s，地层模拟水，矿化度为5300mg/L；温度：50℃；岩心基本参数：长×直径＝20cm×2.5cm，渗透率0.68μm；注入0.5PV的改性石墨颗粒强化聚合物二元驱油体系；驱油结果：水驱采收率为42.4％，改性石墨颗粒强化聚合物二元驱后最终采收率达到61.9％，提高原油采收率19.5％。
实施例3：
利用实施例1制备的改性石墨颗粒。
本实施例还提供了改性石墨颗粒强化聚合物三元复合驱油体系的应用方法：
室温下(20±5℃)，在99.2g配液清水中边搅拌加入0.2g阴离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解；然后加入0.1g的表面活性剂，搅拌10分钟待其充分溶解；其次加入0.4g的碳酸氢钠，搅拌10分钟待其充分溶解；最后加入0.1g的改性石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得改性石墨颗粒强化聚合物三元复合驱油体系，其中该复合驱油体系中聚合物的质量分数为0.2％，表面活性剂的质量分数为0.1％，碳酸氢钠的质量分数0.4％，改性石墨颗粒的质量分数为0.1％。
实施例4：
一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系，包括：分散石墨颗粒，质量分数为2.0％；分散剂，质量分数为0.4％；润湿改变剂，质量分数为0.3％；余量去离子水，质量分数为97.3％，各组分质量分数之和为100％。
室温下(20±5℃)，在97g去离子水中先加入3g初始粒径15μm的分散石墨颗粒，搅拌10分钟待其分散后；将分散好的分散石墨颗粒置于超声设备中，超声分散2小时，然后静置2小时，取上清液，得80g浓度为2％的分散石墨颗粒溶液；将上述制得80g的分散石墨颗粒溶液加入0.32g的分散剂超声分散2小时；将上述步骤得到的分散溶液加入0.24g的润湿改变剂，40℃搅拌3小时，从而得到粒径500nm的强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系。
本实施例还提供了改性石墨颗粒强化聚合物驱油体系的应用方法：
室温下(20±5℃)，在99.77g配液清水中边搅拌加入0.15g阴离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解；然后加入0.08g的改性石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得改性石墨颗粒强化聚合物驱油体系，其中该复合驱油体系中聚合物的质量分数为0.15％，改性石墨颗粒的质量分数为0.08％。
采用上述的复合驱油体系进行驱油。模拟油，50℃下粘度6.2mPa·s，地层模拟水，矿化度为5300mg/L；温度：50℃；岩心基本参数：长×直径＝20cm×2.5cm，渗透率0.95μm；注入0.5PV的强化改性石墨颗粒聚合物驱油体系；驱油结果：水驱采收率为44.52％，改性石墨颗粒强化聚合物驱后最终采收率达到61.38％，提高原油采收率16.86％。
实施例5：
利用实施例4制备的改性石墨颗粒。
本实施例还提供了改性石墨颗粒强化聚合物二元复合驱油体系的应用方法：
室温下(20±5℃)，在99.62g配液清水中边搅拌加入0.15g阴离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解；然后加入0.15g的表面活性剂，搅拌10分钟待其充分溶解；最后加入0.08g的改性石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得改性石墨颗粒强化聚合物二元复合驱油体系，其中该复合驱油体系中聚合物的质量分数为0.15％，表面活性剂的质量分数为0.15％，改性石墨颗粒的质量分数为0.08％。
采用上述的复合驱油体系进行驱油。模拟油，50℃下粘度6.2mPa·s，地层模拟水，矿化度为5300mg/L；温度：50℃；岩心基本参数：长×直径＝20cm×2.5cm，渗透率1.15μm；注入0.5PV的改性石墨颗粒强化聚合物三元复合驱油体系；驱油结果：水驱采收率为43.72％，改性石墨颗粒强化聚合物二元复合驱后最终采收率达到66.58％，提高原油采收率22.86％。
实施例6：
利用实施例4制备的改性石墨颗粒。
本实施例还提供了改性石墨颗粒强化聚合物三元复合驱油体系的应用方法：
室温下(20±5℃)，在99.2g配液清水中边搅拌加入0.2g阴离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解；然后加入0.1g的表面活性剂，搅拌10分钟待其充分溶解；其次加入0.4g的碳酸氢钠，搅拌10分钟待其充分溶解；最后加入0.1g的改性石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得改性石墨颗粒强化聚合物三元复合驱油体系，其中该复合驱油体系中聚合物的质量分数为0.15％，表面活性剂的质量分数为0.15％，碳酸氢钠的质量分数0.4％，改性石墨颗粒的质量分数为0.08％。
采用上述的复合驱油体系进行驱油。模拟油，50℃下粘度6.2mPa·s，地层模拟水，矿化度为5300mg/L；温度：50℃；岩心基本参数：长×直径＝20cm×2.5cm，渗透率1.08μm；注入0.5PV的改性石墨颗粒强化聚合物三元复合驱油体系；驱油结果：水驱采收率为45.67％，改性石墨颗粒强化聚合物三元复合驱后最终采收率达到72.49％，提高原油采收率26.82％。
实施例7：
一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系，包括：分散石墨颗粒，质量分数为2.0％；分散剂，质量分数为0.3％；润湿改变剂，质量分数为0.2％；余量去离子水，质量分数为97.5％，各组分质量分数之和为100％。
室温下(20±5℃)，在97g去离子水中先加入3g初始粒径100μm的分散石墨颗粒，搅拌10分钟待其分散后；将分散好的分散石墨颗粒置于超声设备中，超声分散1小时，然后静置2小时，取上清液，得80g浓度为2％的分散石墨颗粒溶液；将上述制得80g的分散石墨颗粒溶液加入0.24g的分散剂超声分散1小时；将上述步骤得到的分散溶液加入0.16g的润湿改变剂，40℃搅拌2小时，从而得到粒径60μm的强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系。
本实施例还提供了改性石墨颗粒强化聚合物驱油体系的应用方法：
室温下(20±5℃)，在99.74g配液清水中边搅拌加入0.2g阴离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解；然后加入0.06g的改性石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得改性石墨颗粒强化聚合物驱油体系，其中该复合驱油体系中聚合物的质量分数为0.2％，改性石墨颗粒的质量分数为0.06％。
采用上述的复合驱油体系进行驱油。模拟油，50℃下粘度6.2mPa·s，地层模拟水，矿化度为5300mg/L；温度：50℃；岩心基本参数：长×直径＝20cm×2.5cm，渗透率2.36μm；注入0.5PV的强化聚合物/改性石墨颗粒复合驱油体系；驱油结果：水驱采收率为43.17％，改性石墨颗粒强化聚合物驱后最终采收率达到59.75％，提高原油采收率14.62％。
实施例8：
利用实施例7制备的改性石墨颗粒。
本实施例还提供了改性石墨颗粒强化聚合物二元复合驱油体系的应用方法：
室温下(20±5℃)，在99.59g配液清水中边搅拌加入0.2g阴离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解；然后加入0.15g的表面活性剂，搅拌10分钟待其充分溶解；最后加入0.06g的改性石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得强化聚合物/改性石墨颗粒复合驱油体系，其中该复合驱油体系中聚合物的质量分数为0.2％，表面活性剂的质量分数为0.15％，改性石墨颗粒的质量分数为0.06％。
采用上述的复合驱油体系进行驱油。模拟油，50℃下粘度6.2mPa·s，地层模拟水，矿化度为5300mg/L；温度：50℃；岩心基本参数：长×直径＝20cm×2.5cm，渗透率2.46μm；注入0.5PV的改性石墨颗粒强化聚合物二元复合驱油体系；驱油结果：水驱采收率为46.59％，改性石墨颗粒强化聚合物二元复合驱后最终采收率达到68.47％，提高原油采收率21.88％。
实施例9：
利用实施例7制备的改性石墨颗粒。
本实施例还提供了改性石墨颗粒强化聚合物三元复合驱油体系的应用方法：
室温下(20±5℃)，在99.09g配液清水中边搅拌加入0.2g阴离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解；然后加入0.15g的表面活性剂，搅拌10分钟待其充分溶解；其次加入0.5g的碳酸氢钠，搅拌10分钟待其充分溶解；最后加入0.06g的改性石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得改性石墨颗粒强化聚合物三元复合驱油体系，其中该复合驱油体系中聚合物的质量分数为0.2％，表面活性剂的质量分数为0.15％，碳酸氢钠的质量分数0.5％，改性石墨颗粒的质量分数为0.06％。
采用上述的复合驱油体系进行驱油。模拟油，50℃下粘度6.2mPa·s，地层模拟水，矿化度为5300mg/L；温度：50℃；岩心基本参数：长×直径＝20cm×2.5cm，渗透率2.29μm；注入0.5PV的改性石墨颗粒强化聚合物三元复合驱油体系；驱油结果：水驱采收率为44.51％，改性石墨颗粒强化聚合物三元复合驱后最终采收率达到69.84％，提高原油采收率25.33％。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系，包括：1.0％～5.0％的分散石墨颗粒、0.2％～0.6％分散剂和0.1％～0.5％润湿改变剂，所述各组分为质量百分比，其余量为去离子水，上述各组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的改性石墨颗粒体系，其特征在于，所述分散石墨颗粒的初始粒径为10μm～150μm。
3.根据权利要求1所述的改性石墨颗粒体系，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡络烷酮系列的一种或几种的混合物，分子量为8000～32000mg/mol。
4.根据权利要求1所述的改性石墨颗粒体系，其特征在于，所述润湿改变剂为烷基苯基聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，其结构如下式(1)所示:
式(1)中，R为C8或C9的烷基；n为9或10。
5.权利要求1所述的一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系的制备方法，包括如下步骤：
第一步，室温下，在去离子水中先加入分散石墨颗粒，搅拌分散；
第二步，将分散好的石墨颗粒置于超声设备中，超声分散，静置，然后取上清液；
第三步，将取得的分散石墨上清液加入分散剂，超声分散；
第四步，加入润湿改变剂，在高于室温的温度下搅拌，制得所述强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系。
6.根据权利要求5所述的改性石墨颗粒体系制备方法，其特征在于，所述：
第一步的搅拌分散时间为10分钟；
第二步的超声分散时间为1～5小时，静置时间为1～4小时；
第三步的超声分散时间为1～3小时；
第四步加入的润湿改变剂为权利要求4所述的烷基苯基聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，搅拌温度为40～50℃，搅拌时间为1～6小时。
7.权利要求1所述的一种强化聚合物/二元/三元复合驱油体系的改性石墨颗粒体系的应用方法，包括如下步骤：
第一步，在配液水中先加入聚合物，搅拌60～80分钟待其充分溶解后；
第二步，加入表面活性剂或碱的一种或该两者的组合，搅拌5～10分钟待其充分溶解；
第三步，加入所述的改性石墨颗粒体系，搅拌5～10分钟待其充分分散。
8.根据权利要求7所述的改性石墨颗粒体系应用方法，其特征在于，所述：
第一步中：所用的配液水为清水或经过处理的油田回注污水；
所用的聚合物为阴离子聚合物，分子量为1400万～1800万mg/mol，水解度20％～30％，其质量分数为0.1％～0.25％；
第二步中所用的碱选自碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠的一种或任意两种组合，其总质量分数为0.4％～0.6％；
第三步中所用的改性石墨颗粒体系为依据权利要求5的方法所制备的改性石墨颗粒体系，其粒径分布150nm～100μm，其质量分数0.05％～0.1％。
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