CN107858140B - 一种耐酸型泡沫防窜剂及其制备方法 - Google Patents

一种耐酸型泡沫防窜剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐酸型泡沫防窜剂及其制备方法。以质量百分比计，所述耐酸型泡沫防窜剂包括以下组分：甜菜碱表面活性剂10‑25％、α‑烯烃磺酸盐20‑35％、非离子氟碳表面活性剂25‑35％，非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂1‑5％，余量为水。该耐酸型泡沫防窜剂能够用于二氧化碳驱气窜层的封堵，在二氧化碳驱过程中，地下酸度最强可以达到pH＝3的程度。

Description

一种耐酸型泡沫防窜剂及其制备方法
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，涉及一种耐酸型泡沫防窜剂及其制备方法。
背景技术
低渗、特低渗油藏的有效开发对我国原油稳产增产起着至关重要的作用。但是低渗透油藏由于储层吸水能力差，注入压力高，极易发生注不进的情况，水驱效果不佳，致使目前低渗透油藏的采收率平均只有20％左右，远低于中、高渗透油藏的采收率(水驱、化学驱可达到60％左右)。因此，气驱提高采收率技术的研究与应用将成为未来低渗、特低渗以及超低渗油田开发的重要课题。近年来，吉林油田、长庆油田以及大庆外围油田的低渗、特低渗以及敏感性储层，注水开发难度大或经济效益不明显，采用注CO2驱油的方式可获得较好的开发效果。
注CO2驱油提高采收率方法，不仅能维持地层压力，避免油藏衰竭开采，还能降低原油粘度，增大原油膨胀系数，更为重要的是气体流度比水高，更容易注入地层。但是由于CO2的粘度小，比水更容易发生粘性指进现象(气窜)，长时间的注入，气窜现象更加严重，导致气体波及体积下降，严重影响注气开发效果。因此，如何控制气体的粘性指进成为注气提高采收率的关键技术之一。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种耐酸型泡沫防窜剂及其制备方法。该耐酸型泡沫防窜剂能够用于二氧化碳驱气窜层的封堵，在二氧化碳驱过程中，地下酸度最强可以达到pH＝3的程度。
为了达到前述的发明目的，本发明提供一种耐酸型泡沫防窜剂，以质量百分比计，所述耐酸型泡沫防窜剂包括以下组分：甜菜碱表面活性剂10-25％、α-烯烃磺酸盐20-35％、非离子氟碳表面活性剂25-35％，非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂1-5％，余量为水。
根据本发明的具体实施例，优选地，所述甜菜碱表面活性剂由十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱和十八烷基二甲基甜菜碱按质量比为2:(1-2):(1-2)混合而成。
根据本发明的具体实施例，优选地，所述甜菜碱表面活性剂由十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱和十八烷基二甲基甜菜碱按质量比为2:1:1混合而成。
根据本发明的具体实施例，优选地，所述α-烯烃磺酸盐由碳链长度为C14的α-烯烃磺酸盐和碳链长度为C16的α-烯烃磺酸盐按质量比为3：2混合而成。
根据本发明的具体实施例，优选地，所述α-烯烃磺酸盐为浙江赞宇科技集团股份有限公司生产的α-烯烃磺酸钠。
根据本发明的具体实施例，优选地，所述非离子氟碳表面活性剂是由上海瀛正科技有限公司生产的Intechem-101045、Intechem-101042按质量比为1:1混合而成。
根据本发明的具体实施例，优选地，所述非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂的分子式为C3F7O(OCF2CF2)n(OCF2)m(CH2)pCOOR，其中，n为1-12的正整数，m为2-18的正整数，p为1-20的正整数，R为H或C1-C12烷基。
根据本发明的具体实施例，优选地，所述非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂为由上海瀛正科技有限公司生产的Intechem14007。
上述氟碳表面活性剂采用非离子氟碳表面活性剂和非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂，与常规的磺酸盐型阴离子全氟表面活性剂相比，结构不同，具有更好的耐酸性。
上述耐酸型泡沫防窜剂主要成份为甜菜碱表面活性剂、α-烯烃磺酸盐、非离子氟碳表面活性剂以及非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂。其中甜菜碱表面活性剂、α-烯烃磺酸盐、非离子氟碳表面活性剂的组合作为防窜泡沫剂的主要成分，能够充分发挥阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及两性表面活性剂的协同增效作用，大大增强防窜泡沫剂的发泡性能；同时，非离子型含氟聚合物性泡沫稳定剂Intechem14007能够显著提高泡沫体系的稳定性和有效成膜性。
本发明还提供上述耐酸型泡沫防窜剂的制备方法，其包括以下步骤：
在40-45℃温度下，将甜菜碱表面活性剂、α-烯烃磺酸盐和非离子氟碳表面活性剂溶解在水中，获得第一混合溶液；
在50-55℃温度下，将非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂溶解在水中，获得第二溶液；
在40-45℃温度下，将所述第一混合溶液与第二溶液混合搅拌，制得耐酸型泡沫防窜剂。
本发明还提供上述耐酸型泡沫防窜剂在二氧化碳驱气窜层中作为防窜封堵剂的应用。优选地，所述二氧化碳驱气窜层的pH值≤3。
与现有泡沫防窜剂相比，本发明的耐酸型泡沫防窜剂具有以下突出优点：
(1)本发明的耐酸型泡沫防窜剂利用阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及两性表面活性剂的协同增效作用，大大增强泡沫防窜剂的发泡性能；同时，为提高泡沫剂体系对苛刻油藏条件的耐受性，引入了非离子氟碳表面活性剂，从而使本发明的耐酸型泡沫防窜剂具有高表面活性、高热稳定性及高化学稳定性特点，从而提高了泡沫在高温、高酸性、高矿化度等恶劣环境下的稳定性。
(2)本发明的耐酸型泡沫防窜剂采用非离子型含氟聚合物类泡沫稳定剂Intechem14007作为新型高效氟碳表面活性剂，在较低使用浓度下即可获得高起泡性、泡沫稳定性以及有效成膜性。
(3)本发明的耐酸型泡沫防窜剂能够实现对低渗透油藏二氧化碳驱过程中气窜层的封堵，在低渗透油藏二氧化碳气驱防气窜中具有广阔的应用前景。
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，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明可实施范围的限定。
以下实施例中，甜菜碱均是指由十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱和十八烷基二甲基甜菜碱按质量比为2:1:1混合而成的复合甜菜碱表面活性剂；
α-烯烃磺酸盐均是指浙江赞宇科技集团股份有限公司生产的α-烯烃磺酸钠；
非离子氟碳表面活性剂均是指由上海瀛正科技有限公司生产的Intechem-101045、Intechem-101042按质量比为1:1混合而成的复合非离子型氟碳表面活性剂；
非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂均是指上海瀛正科技有限公司生产的Intechem14007。
实施例1：
本实施例提供一种耐酸型泡沫防窜剂，以所述耐酸型泡沫体系的总重量为基准，其原料组成包括：甜菜碱10％、α-烯烃磺酸盐30％、非离子氟碳表面活性剂30％，非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂1.5％，余量为水。
该耐酸型泡沫剂是通过以下方法制备得到的：将定量的水分成两份，以制得的耐酸型泡沫剂总质量计，先在一份水中加入10％甜菜碱、30％的α-烯烃磺酸盐以及30％的非离子氟碳表面活性剂，在40-45℃的环境中搅拌溶解，得到第一种溶液；然后取另一份水，在50-55℃的环境下加入1.5％的非离子型含氟聚合物类泡沫稳定剂Intechem14007，搅拌溶解，得到第二种溶液；在40-45℃的环境下将第一、第二两种溶液混合，充分搅拌混合均匀，得到成品耐酸型泡沫防窜剂。
对本实施例制得的耐酸型泡沫防窜剂进行发泡性能测试：
测试条件：pH值为3，矿化度5000mg/L。
测试方法：采用Waring Blender法测试耐酸型泡沫防窜剂的起始发泡体积倍数及泡沫半衰期，试验时，将100mL配制好的一定质量分数的高温发泡剂溶液倒入Waring搅拌器中，在6500r/min转速下搅拌1min，将泡沫倒入1000mL量筒中，读出起始泡沫体积及泡沫体积衰减一半时所用的时间，即为半衰期。测试结果如表1所示，表1为不同浓度下本实施例耐酸型泡沫防窜剂的起始发泡体积倍数和泡沫半衰期统计表。
表1
泡沫防窜剂质量分数 起始发泡体积倍数 泡沫半衰期/h
0.5％ 6.5 3.2
1.0％ 7.0 4.1
实施例2：
本实施例提供一种耐酸型泡沫防窜剂，以所述耐酸型泡沫体系的总重量为基准，其原料组成包括：甜菜碱20％、α-烯烃磺酸盐20％、非离子氟碳表面活性剂30％，非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂2.0％，余量为水。
该耐酸型泡沫剂是通过以下方法制备得到的：将定量的水分成两份，以制得的耐酸型泡沫剂总质量计，先在一份水中加入20％甜菜碱、20％的α-烯烃磺酸盐以及30％的非离子氟碳表面活性剂，在40-45℃的环境中搅拌溶解，得到第一种溶液；然后取另一份水，在50-55℃的环境下加入2.0％的非离子型含氟聚合物类泡沫稳定剂Intechem14007，搅拌溶解，得到第二种溶液；在40-45℃的环境下将第一、第二两种溶液混合，充分搅拌混合均匀，得到成品耐酸型泡沫防窜剂。
对本实施例制得的耐酸型泡沫防窜剂进行发泡性能测试：
测试条件，pH值为3，矿化度5000mg/L。测试方法与实施例1的测试方法相同。测试结果如表2所示，表2为不同浓度下本实施例耐酸型泡沫防窜剂的起始发泡体积倍数和泡沫半衰期统计表。
表2
泡沫防窜剂质量分数 起始发泡体积倍数 泡沫半衰期/h
0.5％ 6.3 3.4
1.0％ 6.9 4.4
实施例3：
本实施例提供一种耐酸型泡沫防窜剂，以所述耐酸型泡沫体系的总重量为基准，其原料组成包括：甜菜碱25％、α-烯烃磺酸盐20％、非离子氟碳表面活性剂25％，非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂3.0％，余量为水。
该耐酸型泡沫剂是通过以下方法制备得到的：将定量的水分成两份，以制得的耐酸型泡沫剂总质量计，先在一份水中加入25％甜菜碱、20％的α-烯烃磺酸盐以及25％的非离子氟碳表面活性剂，在40-45℃的环境中搅拌溶解，得到第一种溶液；然后取另一份水，在50-55℃的环境下加入3.0％的非离子型含氟聚合物类泡沫稳定剂Intechem14007，搅拌溶解，得到第二种溶液；在40-45℃的环境下将第一、第二两种溶液混合，充分搅拌混合均匀，得到成品耐酸型泡沫防窜剂。
对本实施例制得的耐酸型泡沫防窜剂进行发泡性能测试：
测试条件，pH值为3，矿化度5000mg/L。测试方法与实施例1的测试方法相同。测试结果如表3所示，表3为不同浓度下本实施例耐酸型泡沫防窜剂的起始发泡体积倍数和泡沫半衰期统计表。
表3
泡沫防窜剂质量分数 起始发泡体积倍数 泡沫半衰期/h
0.5％ 6.0 3.5
1.0％ 6.5 5.1
对比实验1：
本次对比实验将α-烯烃磺酸盐与实施例3制得的耐酸型泡沫防窜剂进行发泡性能测试：
测试条件，pH值为3，矿化度5000mg/L。测试方法与实施例1的测试方法相同。测试结果如表4所示，表4为α-烯烃磺酸盐含量为0.5wt％时，不同泡沫体系的起始发泡体积和泡沫半衰期统计表。
表4
泡沫体系 起始发泡体积倍数 泡沫半衰期/h
α-烯烃磺酸盐 4.1 1.1
实施例3 6.0 3.5
从表4的测试结果可以看出，在pH＝3的酸性条件下α-烯烃磺酸盐的起始发泡体积为4.1倍，泡沫半衰期1.1h；实施例3耐酸型泡沫防窜剂的起始发泡量达到6倍，泡沫半衰期为3.5h，这说明，本发明的耐酸型泡沫防窜剂起始发泡体积以及泡沫半衰期相较于α-烯烃磺酸盐都得到了明显提高。
对比实验2：
本次对比实验提供2种泡沫剂，泡沫剂1和泡沫剂2，其中，以泡沫剂1的总重量为基准，该泡沫剂1的原料组成包括：甜菜碱25％、α-烯烃磺酸盐20％，余量为水。以泡沫剂2的总重量为基准，该泡沫剂2的原料组成包括：甜菜碱25％、α-烯烃磺酸盐20％、氟碳表面活性剂25％，余量为水。
对泡沫剂1、泡沫剂2及实施例3制得的耐酸型泡沫防窜剂进行发泡性能测试：
测试条件，pH值为3，矿化度5000mg/L。测试方法与实施例1的测试方法相同。测试结果如表5所示，表5为泡沫剂含量为0.5wt％时，不同泡沫体系的起始发泡体积和泡沫半衰期统计表。
从表5的测试结果可以看出，泡沫剂1体系(甜菜碱+α-烯烃磺酸盐)的起始发泡体积为4.1倍，泡沫半衰期1.3h；加入非离子氟碳表面活性剂后，泡沫剂2的起始发泡体积为6.1倍，泡沫半衰期为2.7h；而在上述基础上引入非离子型含氟聚合物稳定剂后，实施例3耐酸型泡沫防窜剂的起始发泡量达到6倍，泡沫半衰期达到3.5h。这表明在pH＝3的酸性条件下加入非离子氟碳表面活性剂后，起始发泡体积和泡沫半衰期得到提高，进一步引入非离子型含氟聚合物稳定剂后，起始发泡体积变化不大，但泡沫半衰期得到进一步延长。
表5
泡沫体系 起始发泡体积倍数 泡沫半衰期/h
泡沫剂1 4.5 1.3
泡沫剂2 6.1 2.7
实施例3 6.0 3.5
对比实验3：
本次对比实验提供3种泡沫剂，泡沫剂A、泡沫剂B和泡沫剂C，其中，以泡沫剂A的总重量为基准，该泡沫剂A的原料组成包括：甜菜碱复配物10％、α-烯烃磺酸盐(南风化工集团股份有限公司提供的AOS)30％，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺1.5％，磺酸盐型全氟碳表面活性剂(上海瀛正科技有限公司提供的产品FC-15)30％，余量为水。该甜菜碱复配物由十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱和十六烷基二甲基甜菜碱按质量比为3:3:2复配而成；
以泡沫剂B的总重量为基准，该泡沫剂B的原料组成包括：甜菜碱复配物20％、α-烯烃磺酸盐(南风化工集团股份有限公司提供的AOS)20％，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺2.0％，磺酸盐型全氟碳表面活性剂(上海瀛正科技有限公司提供的产品FC-15)30％，余量为水。该甜菜碱复配物由十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱和十六烷基二甲基甜菜碱按质量比为3:3:2复配而成；
以泡沫剂C的总重量为基准，该泡沫剂C的原料组成包括：甜菜碱复配物25％、α-烯烃磺酸盐(南风化工集团股份有限公司提供的AOS)20％，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺3.0％，磺酸盐型全氟碳表面活性剂(上海瀛正科技有限公司提供的产品FC-15)25％，余量为水。该甜菜碱复配物由十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱和十六烷基二甲基甜菜碱按质量比为3:3:2复配而成；
对上述泡沫剂A、泡沫剂B和泡沫剂C进行发泡性能测试：
测试条件，pH值为3，矿化度5000mg/L。测试方法与实施例1的测试方法相同。测试结果如表6所示，表6为泡沫剂含量为0.5wt％时，不同泡沫体系的起始发泡体积和泡沫半衰期统计表。
表6
泡沫体系 起始发泡体积倍数 泡沫半衰期/h
泡沫剂A 4.0 2.0
泡沫剂B 3.9 1.8
泡沫剂C 4.1 1.9
实施例1 6.5 3.2
实施例2 6.3 3.4
实施例3 6.0 3.5
从表6的测试结果可以看出，与上述泡沫剂A、泡沫剂B和泡沫剂C相比，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺稳泡剂和磺酸盐型全氟碳表面活性剂FC-15的耐酸性远低于由Intechem-101045和Intechem-101042按质量比为1:1混合而成的复合非离子型氟碳表面活性剂与非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂Intechem14007的耐酸性。
综上所述，本发明提供的耐酸型泡沫防窜剂能够用于二氧化碳驱气窜层的封堵，在二氧化碳驱过程中，地下酸度最强可以达到pH＝3的程度。因此，本发明的耐酸型泡沫防窜剂具有高表面活性、高热稳定性及高化学稳定性特点，从而提高了泡沫在高温、高酸性、高矿化度等恶劣环境下的稳定性。

Claims (5)

1.一种耐酸型泡沫防窜剂，其特征在于：以质量百分比计，所述耐酸型泡沫防窜剂包括以下组分：甜菜碱表面活性剂10-25%、α-烯烃磺酸盐20-35%、非离子氟碳表面活性剂25-35%，非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂1-5%，余量为水；
其特征在于：所述非离子型含氟聚合物泡沫稳定剂的分子式为C3F7O(OCF2CF2)n(OCF2)m(CH2)pCOOR，其中，n为1-12的正整数，m为2-18的正整数，p为1-20的正整数，R为H或C1-C12烷基；
所述甜菜碱表面活性剂由十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱和十八烷基二甲基甜菜碱按质量比为2:(1-2):(1-2)混合而成；
所述α-烯烃磺酸盐由碳链长度为C14的α-烯烃磺酸盐和碳链长度为C16的α-烯烃磺酸盐按质量比为3：2混合而成。
2.根据权利要求1所述的耐酸型泡沫防窜剂，其特征在于：所述甜菜碱表面活性剂由十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱和十八烷基二甲基甜菜碱按质量比为2:1:1混合而成。
3.权利要求1或2所述耐酸型泡沫防窜剂的制备方法，其包括以下步骤：
在40-45℃温度下，将甜菜碱表面活性剂、α-烯烃磺酸盐和非离子氟碳表面活性剂溶解在水中，获得第一混合溶液；
在50-55℃温度下，将含非离子型氟聚合物泡沫稳定剂溶解在水中，获得第二溶液；
在40-45℃温度下，将所述第一混合溶液与第二溶液混合搅拌，制得耐酸型泡沫防窜剂。
4.权利要求1或2所述耐酸型泡沫防窜剂在二氧化碳驱气窜层中作为防窜封堵剂的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述二氧化碳驱气窜层的pH值≤3。
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