CN108165248A

CN108165248A - 基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系及其制备方法

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Publication number: CN108165248A
Application number: CN201810180153.7A
Authority: CN
Inventors: 张超; 李兆敏; 吴明轩; 刘建林; 吕广忠; 武守亚
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2018-06-15
Anticipated expiration: 2038-03-05
Also published as: CN108165248B

Abstract

本发明公开了一种基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系及其制备方法，属于油气田开发工程技术领域。所述基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系由以下质量浓度百分比的组分制成：阴离子表面活性剂0.3‑1％，阳离子表面活性剂0.2‑1％，石墨颗粒0.5‑1％，溶剂补足至100％；所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。本发明强化泡沫体系制备工艺简单，可实现大规模快速制备，是适于油气井应用的泡沫体系，能显著提高采收率，环保。

Description

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系及其制备方法

技术领域

本发明涉及油气田开发工程技术领域，特别是指一种基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系及其制备方法。

背景技术

泡沫驱作为一种提高原油采收率的技术手段应用广泛，至今已经有近60年的应用历史。泡沫可以引起气相相对渗透率降低，延缓气体指进。泡沫质量是决定泡沫驱油效率的关键因素。然而泡沫作为一种热力学上不稳定的分散体系，这种不稳定性给泡沫的应用带来了巨大影响。国内外的学者们围绕如何提高泡沫稳定性进行了大量研究，也提出了许多方法。

研发新型的起泡剂是一种重要的方法。目前对起泡剂的研发主要集中在表面活性剂的合成或复配。之前研究发现适当的延长烷基链有助于增加泡沫的稳定性。由于表面活性剂自身化学特性的限制，虽然可以产生足够的起泡体积，但是其稳定性较差。为了增加气泡的稳定性，在起泡剂中加入聚丙烯酰胺、聚丙甲基纤维素、树脂等聚合物，通过提高基液的粘度，降低泡沫流动性，从而达到稳泡的效果。

中国专利文件ZL201210223060.0公开了一种油气田用添加纳米颗粒的复合泡沫体系及其制备方法。复合泡沫体系由阴离子表面活性剂，改性二氧化硅纳米颗粒，反离子盐及水组成。利用该复合泡沫体系产生的泡沫，比普通表面活性剂稳定的泡沫半衰期长，但是又比加入稳泡剂产生泡沫的起泡体积大。但是该体系中所用纳米颗粒制备过程复杂，造价昂贵，无法在油气田开发领域大规模应用。

中国专利文件ZL201510600689.6公开了一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系及其制备方法。该方法所用的新型无机微细颗粒为大气中捕集筛选到的粒径≤2.5μm的细颗粒物，能给与油茶皂甙和月桂酰基谷氨酸钠组成的表面活性剂复配形成稳定泡沫体系，并且该类微细颗粒来源广泛，多为燃煤电厂固体废弃物，将其应用于油田提高采收率可实现其资源化利用，但是该类微细颗粒受各批次煤炭种类、成分及燃烧程度的影响较为明显，成分组成较为复杂多变，使得其与表面活性剂复配协同稳定泡沫的效果难以控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、性能稳定、制备方法简单，且能显著提高采收率，环保的基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，由以下质量浓度百分比的组分制成：阴离子表面活性剂0.3-1％，阳离子表面活性剂0.2-1％，石墨颗粒0.5-1％，溶剂补足至100％；

其中：所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

进一步的，所述基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，由以下质量浓度百分比的组分制成：阴离子表面活性剂0.3-0.7％，阳离子表面活性剂0.2-0.5％，石墨颗粒0.5-1％，溶剂补足至100％。

进一步的，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠和/或脂肪醇醚硫酸钠；所述十二烷基硫酸钠和脂肪醇醚硫酸钠的质量比为1:1；所述溶剂为水。

进一步的，所述石墨颗粒为不大于200目的磷片石墨，润湿角为95°-105°。

石墨矿为我国优势矿藏，我国天然石墨储量巨大，占世界储量的46.7％。且石墨精粉价格便宜，仅为2000-3000元/吨，原料来源广泛，价格便宜，具有广泛的应用前景。

另一方面，本发明还提供上述基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法，包括：

步骤1：配置阴离子表面活性剂溶液，向溶液中加入石墨颗粒，进行超声分散；

步骤2：将步骤1得到的溶液进行离心，取上层石墨分散液；

步骤3：向石墨分散液中加入阳离子表面活性剂，磁力搅拌得到起泡液；

步骤4：采用Waring Blender方法对起泡液进行搅拌起泡，即得石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系。

其中，所述步骤1中，阴离子活性剂溶液的浓度为0.3～1wt.％；优选0.3～0.7wt.％。

其中，所述步骤1中，超声分散的条件为时间为1-3h；超声功率为500-1000W。

其中，所述步骤2中，离心条件为1500g离心15min；石墨分散液中的石墨薄片，片径小于5微米，厚度小于20nm；石墨分散液中石墨的浓度为0.5～1.0wt.％；优选1.0wt.％；本发明利用阴离子表面活性剂对石墨颗粒进行改性，在超声波空化作用下，促使石墨薄片在水溶液中充分分散，并且在分散过程中与阴离子表面活性剂的疏水基团在疏水键作用力的作用下相互吸附，改变石墨薄片表面的润湿性，使其从疏水(润湿角95°～105°)变为亲水(60°～70°)，易于分散在水溶液中，并且石墨薄片吸附阴离子表面活性剂分子后，由于阴离子表面活性剂分子的亲水端带负电且朝外，使得石墨薄片之间在静电斥力的作用下更易于稳定的分散在水溶液中。

其中，所述步骤3中，阳离子表面活性剂的浓度为0.2～1wt.％，优选0.2～0.5wt.％；该类表面活性剂的加入能够在静电引力的作用下，与石墨薄片表面吸附的阴离子表面活性剂相互吸附，进而调节石墨薄片的润湿性，从亲水(60°～70°)变为中性润湿(85°～95°)，此时石墨薄片可以紧密吸附在液膜的气液界面上，提高液膜的机械强度，同时液膜内部的石墨片层相互交错可以形成骨架，延缓液膜变薄，大幅提高泡沫体系的稳定性。优选的，磁力搅拌的条件为时间0.5-1h，温度为25℃-30℃。

其中，所述步骤4中，Waring Blender方法为8000rpm搅拌3分钟，气源为空气、氮气或二氧化碳气体。

本发明具有以下有益效果：

上述方案中，经过阴离子和阳离子表面活性剂双重改性后的石墨薄片，可以紧密吸附在液膜的气液界面上，提高液膜的机械强度，同时液膜内部的石墨片层相互交错可以形成骨架，延缓液膜变薄，大幅提高泡沫体系的稳定性；泡沫在地层中破灭后天然石墨对地层污染小，小颗粒的石墨薄片可吸附到地层孔隙表面，改变储层的润湿性，使原油更容易采出；本发明复合泡沫体系制备工艺简单，可实现大规模快速制备，是适于油气井应用的泡沫体系，能显著提高采收率，增产、环保。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有技术中成本高、且泡沫体系稳定性能差的问题，提供一种基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系及其制备方法。

实施例1

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，由以下质量浓度百分比的组分制成：十二烷基硫酸钠0.6％，十六烷基三甲基溴化铵0.4％，200目鳞片石墨颗粒1％，水补足至100％。

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法，包括：

步骤1：将配置质量浓度为0.6％的十二烷基硫酸钠水溶液500ml，向溶液中加200目鳞片石墨颗粒5g，超声功率为500W、分散2h；

步骤2：将步骤1得到的溶液1500g条件下离心15min，取上层石墨分散液100ml；

步骤3：向100ml石墨分散液中加入0.4g十六烷基三甲基溴化铵，磁力搅拌1h，静置，得到起泡液；

步骤4：采用Waring Blender方法以8000rpm的速度搅拌3分钟制备出稳定的空气泡沫。

实施例2

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法除采用Waring Blender方法搅拌过程中气源使用的为氮气，其他步骤与实施例1完全相同。

实施例3

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，由以下质量浓度百分比的组分制成：脂肪醇醚硫酸钠0.7％，十六烷基三甲基溴化铵0.5％，200目鳞片石墨颗粒1％，水补足至100％。

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法与实施例1相同。

实施例4

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法与实施例2相同。

实施例5

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，由以下质量浓度百分比的组分制成：脂肪醇醚硫酸钠0.35％，十二烷基硫酸钠0.35％，十六烷基三甲基溴化铵0.5％，200目鳞片石墨颗粒1％，水补足至100％。

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法，包括：

步骤1：将配置质量浓度为0.35％的十二烷基硫酸钠和0.35％脂肪醇醚硫酸钠水溶液(以1:1混合)500ml，向溶液中加200目鳞片石墨颗粒5g，超声功率为500W、分散2h；

步骤3：向100ml石墨分散液中加入0.5g十六烷基三甲基溴化铵，磁力搅拌1h，静置，得到起泡液；

实施例6

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法，除采用Waring Blender方法搅拌过程中气源使用的为氮气，其他步骤与实施例5完全相同。

由于篇幅所限，为了进一步说明本发明取得的有益效果，仅以实施例6为例，设置相关的对比例，进行性能验证。实施例及对比例中使用试剂及材料，如无特殊说明，均可通过商业途径得到。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

对比例1

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，由以下质量浓度百分比的组分制成：十六烷基三甲基溴化铵0.5％，200目鳞片石墨颗粒1％，水补足至100％。

基于石墨颗粒协同稳定的泡沫体系的制备方法，包括：

步骤1：向500ml水溶液中加200目鳞片石墨颗粒5g，超声功率为500W、分散2h；

步骤4：采用Waring Blender方法以8000rpm的速度搅拌3分钟，持续通入氮气，制备出稳定的泡沫。

对比例2

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，由以下质量浓度百分比的组分制成：脂肪醇醚硫酸钠0.35％，十二烷基硫酸钠0.35％，200目鳞片石墨颗粒1％，水补足至100％。

基于石墨颗粒协同稳定的泡沫体系的制备方法，包括：

步骤3：100ml石墨分散液磁力搅拌1h，静置，得到起泡液；

对比例3

基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，由以下质量浓度百分比的组分制成：脂肪醇醚硫酸钠0.35％，十二烷基硫酸钠0.35％，十六烷基三甲基溴化铵0.5％，水补足至100％。

泡沫体系的制备方法，包括：

步骤1：将配置质量浓度为0.35％的十二烷基硫酸钠和0.35％脂肪醇醚硫酸钠水溶液(以1:1混合)500ml，超声功率为500W、分散2h；

步骤2：将步骤1得到的溶液1500g条件下离心15min，取上清100ml；

步骤3：向100ml溶液中加入0.5g十六烷基三甲基溴化铵，磁力搅拌1h，静置，得到起泡液；

实施例及对比例中使用的原料为200目磷片石墨，各实施例产品的起泡性和稳定性评价采用常规实验室方法Waring Blender法测定。

Waring Blender搅拌法是常用的搅拌方法之一，常采用此方法测定起泡剂的起泡能力和形成泡沫的稳定性，搅拌法采用高速搅拌器测定起泡剂性能。将定量起泡剂溶液倒入量筒中，一定的速度搅拌一定的时间，记录停止搅拌时泡沫体积V₀(mL)和泡沫析出一半液体时的时间(成为半衰期)t_0.5(s)，用V₀表示气泡能力，用t_0.5表示泡沫稳定性。

取100ml起泡液采用Waring Blender方法以8000rpm的速度搅拌3分钟，搅拌完成后将泡沫倒入1000mL量筒中，在常温常压下记录泡沫的初始体积和泡沫中液体析出50mL所用的时间，可验证泡沫的稳定性。

上述实施例1-6及对比例1-3制备的泡沫体系的起泡体积及析液半衰期的性能数据见表1。

表1

由上述数据可知，实施例6制备出的泡沫体系，与对比例1-2仅使用单种表面活性剂及对比例3不配合使用石墨颗粒，制备出的泡沫体系性能相比，起泡体积及析液半衰期的性能得到显著提高。综上，本发明提供的基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，具有优异的起泡性能及半衰期时间长，气泡稳定性能好的特点。

需要说明的是，在油气田开发工程技术领域，现场在实验条件受限的前提下，可采用如下方法配制泡沫体系，将不大于100目的磷片石墨，润湿角优选为95°-105°，按上述浓度比例分散在阴离子表面活性剂中，配成石墨悬浊液；将悬浊液加入到研磨分散装置内，充分研磨石墨颗粒，形成石墨薄片，优选片径小于5微米，厚度小于20nm的石墨薄片；向制备好的分散液中加入阳离子表面活性剂搅拌均匀即可制得发泡液。本发明提供的复合泡沫体系制备工艺简单，可实现大规模快速制备，可在实现环保的同时还能显著提高采收率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，其特征在于，由以下质量浓度百分比的组分制成：阴离子表面活性剂0.3-1％，阳离子表面活性剂0.2-1％，石墨颗粒0.5-1％，溶剂补足至100％；

其中：所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

2.根据权利要求1所述的基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，其特征在于，由以下质量浓度百分比的组分制成：阴离子表面活性剂0.3-0.7％，阳离子表面活性剂0.2-0.5％，石墨颗粒0.5-1％，溶剂补足至100％。

3.根据权利要求1或2所述的基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠和/或脂肪醇醚硫酸钠；所述溶剂为水。

4.根据权利要求3所述的基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系，其特征在于，石墨颗粒为不大于200目的磷片石墨，润湿角为95°-105°。

5.权利要求1-4任一所述的基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法，其特征在于，包括：

步骤2：将步骤1得到的溶液进行离心，取上层石墨分散液；

6.根据权利要求5所述的基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，阴离子活性剂溶液的浓度为0.3～1wt.％。

7.根据权利要求5所述的基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，超声分散的条件为时间为1-3h；超声功率为500-1000W。

8.根据权利要求5所述的基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，离心条件为1500g离心15min；石墨分散液中的石墨薄片，片径小于5微米，厚度小于20nm；石墨分散液中石墨的浓度为0.5～1.0wt.％。

9.根据权利要求5所述的基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，阳离子表面活性剂的浓度为0.2～1wt.％；磁力搅拌的条件为时间0.5-1h，温度为25℃-30℃。

10.根据权利要求5所述的基于石墨颗粒协同稳定的强化泡沫体系的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，Waring Blender方法为8000rpm搅拌3分钟，气源为空气、氮气或二氧化碳气体。