CN108485634B - 一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物及制备方法和应用。以该复合有机碱强化聚合物驱油组合物的总重量为100wt％计，包括：0.30wt％‑0.40wt％的有机高分子聚合物、0.15wt％‑0.40wt％的复合有机碱、0.05wt％‑0.10wt％份的低分子醇和余量的水。该复合有机碱强化聚合物驱油组合物中聚合物用量少，成本较低；可显著降低油水界面张力；具有较好的原油乳化作用；驱油效率高，可提高水驱后原油采收率达23.5％；该复合有机碱强化聚合物驱油组合物的耐钙镁离子性能好，可有效减缓无机碱导致的地层结垢不利影响，在石油开采的三次采油过程中具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于油田化学技术领域，涉及一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物及制备方法和应用。
背景技术
聚合物驱是目前水驱后老油田挖潜增产的一项重要措施，在我国大庆油田、胜利油田等得到推广应用并取得了显著提高原油采收率效果。聚合物驱油主要是依靠水油流度控制提高注入水的波及体积，依靠聚合物分子的粘弹性提高洗油效率。但是聚合物溶液与原油的界面性能不理想，难以使油水界面张力维持较低水平，故其提高洗油效率能力有限。
为进一步提高聚合物驱油功效，陆续研发了聚合物/表面活性剂、聚合物/碱、聚合物/表面活性剂/碱等驱油体系并经行了矿场实践。其中，聚合物/碱驱油体系可利用无机碱与原油发生皂化反应及乳化原油来提高聚合物驱替效果。但是，常用无机碱如氢氧化钠、碳酸钠等的缺点是与地层水的配伍性不好，导致油水井和地层易结垢，因此在各油田的应用受到极大限制。为避免无机碱导致的不利影响，无碱驱油体系成为研究重点之一。常规无机碱驱油剂成本较高，而通过将有机碱和无机强碱通过复合取代无机强碱进行驱替，通常需要加入高浓度表面活性剂来维持界面性能，且由于无机弱碱的存在，当地层水硬度较高时仍无法消除无机垢的生成。
为此，采用价格合理的有机碱取代无机碱，在不外加表面活性剂条件下与聚合物组成驱油体系，使之具有较好的驱油性能，可有效降低成本，强化聚合物功效，是本领域重点研究方向之一。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物及其制备方法；该制备方法简单，原料成本低。本发明的目的还在于提供该复合有机碱强化聚合物驱油组合物作为驱油剂在油田三次采油过程中的应用；其与常规聚合物驱油体系和无机碱强化聚合物驱油体系相比，该驱油体系的驱油效率高，耐钙镁离子性能好，不易导致地层及管柱结垢。
本发明的目的通过以下技术方案得以实现：
一方面，本发明提供一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物，以该复合有机碱强化聚合物驱油组合物的总重量为100wt％计，包括：
有机高分子聚合物 0.30wt％-0.40wt％，
复合有机碱 0.15wt％-0.40wt％，
低分子醇 0.05wt％-0.10wt％，
和余量的水。
上述的复合有机碱强化聚合物驱油组合物中，优选地，所述有机高分子聚合物为部分水解的聚丙烯酰胺。
上述的复合有机碱强化聚合物驱油组合物中，优选地，所述部分水解的聚丙烯酰胺的相对分子质量为1300-1500万，水解度为22-28mol％。
上述的复合有机碱强化聚合物驱油组合物中，优选地，所述复合有机碱为异丙醇胺和乙醇胺的复配混合物；其中，以该驱油组合物的总重量为100wt％计，所述复合有机碱包括0.05wt％-0.20wt％的异丙醇胺和0.10wt％-0.20wt％的乙醇胺。
在本发明中，有机碱异丙醇胺和乙醇胺主要起到三个方面的作用：(1)异丙醇胺和乙醇胺分子中的氨基氮原子上带有孤对电子，溶于水中时使溶液呈碱性，可与原油中的石油酸发生皂化反应，此反应与无机碱相似；(2)异丙醇胺和乙醇胺分子可在油水界面吸附，降低油水界面张力；(3)异丙醇胺和乙醇胺分子具有较强的水溶性和较弱的油溶性，可通过水相扩散至油相中，促进原油的乳化。
在本发明中，有机碱异丙醇胺和乙醇胺均可与原油中的石油酸发生皂化反应，但根据前期实验证明，异丙醇胺的反应速率慢、乙醇胺的反应速率快。二者复配使用时，可通过与石油酸的异步反应生产更多的表面活性物质石油酸盐，起到更强的降低表面张力作用。
上述的复合有机碱强化聚合物驱油组合物中，优选地，所述低分子醇包括乙醇、丙醇、丙三醇和正丁醇中的一种或几种的组合。
在本发明中，低分子醇主要起调节聚合物分子链的展布形态，增强有机碱小分子在聚合物分子线团内部的渗透性，从而减缓驱替过程中的色谱分离现象。
上述的复合有机碱强化聚合物驱油组合物中，优选地，所述水为油田现场用自来水。
另一方面，本发明还提供上述复合有机碱强化聚合物驱油组合物的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一，按照比例将有机高分子聚合物溶于部分水中配制成聚合物母液，并于常温下进行熟化；
步骤二，按照比例将复合有机碱和低分子醇溶于剩余的水中配制成混合液，向混合液中加入聚合物母液，搅拌均匀并静置后得到复合有机碱强化聚合物驱油组合物。
上述的制备方法中，优选地，在步骤一中，所述部分水解的聚丙烯酰胺聚合物母液的质量浓度为1.0wt％-3.0wt％。
上述的制备方法中，优选地，常温熟化的时间为12-24h。
上述的制备方法中，优选地，在步骤二中，静置时间为1-3h。
再一方面，本发明还提供上述复合有机碱强化聚合物驱油组合物作为驱油剂在油田三次采油过程中的应用。
本发明提供的一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物主要具有以下有益效果：
(1)能够降低油水界面张力至10-2mL/m数量级，对原油具有较好的乳化作用；
(2)能够在水驱基础上提高原油采收率20％以上，与常规聚合物驱油体系相比提高采收率7％以上；
(3)在取得相同水驱后采收率条件下，与常规聚合物驱油体系相比，本发明的一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物能够降低聚合物用量50％以上；
(4)能够在钠离子浓度30000mg/L、钙离子浓度800mg/L、镁离子浓度500mg/L的条件下保持驱油效率16％以上，且无垢生成，可有效减缓无机碱导致的地层结垢不利影响；
(5)制备方法简单，易于推广应用。
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的可实施范围的限定。
实施例中所述的聚合物为部分水解聚丙烯酰胺，为油田常用工业产品，所述的异丙醇胺和乙醇胺，以及低分子醇均为市售产品，纯度级别为化学纯。
实施例中所述的清水为油田现场易于取得的自来水。
实施例中所述的盐水包括浓度为0-30000mg/L的钠离子、浓度为0-800mg/L的钙离子、浓度为0-500mg/L的镁离子中的一种或两种或三种的组合。
实施例中所述的界面张力的测试实验仪器为Texas 500型界面张力仪，测试温度60℃，所述的原油为胜利油田脱水原油(60℃，7.341/s剪切条件下317mPa.s)。
实施例中所述的原油乳化测试测试步骤均为：
(1)将加热到60℃的脱水原油和实验浓度的驱油组合物水溶液按体积比1:1混合，置于乳化机中搅拌10min制备乳状液，搅拌速率3000rpm；
(2)用量筒量取一定体积均匀乳状液，静置于60℃的恒温循环水浴中，观察并计量乳状液下层的脱出水量随时间的变化，根据公式(1)计算不同时刻乳状液的脱水率。相同时刻脱水率越高，表示乳状液稳定性越低，乳化效果越差。
q＝Vt/V×100％ (1)
式中q——计算时间内乳状液的脱水率，％；
Vt——计算时间内乳状液下层的脱水量，mL；
V——制备乳状液时加入水的总量，mL。
以下实施例中涉及的岩心驱替测试，所使用的岩心均为填砂管模拟岩心(直径2.5cm、长度30cm)，测试温度60℃，注入速率0.5mL/min，测试步骤均为：
(1)使用60-80目及100-120目石英砂分别充填到填砂管制得模拟岩心；
(2)抽真空后饱和实验设定离子浓度的盐水，测得各岩心的孔隙体积V和初始水测渗透率K0；
(3)向模拟岩心中饱和原油，直至岩心出口端无水产出，计算各岩心的原始含油饱和度，老化24h；
(4)使用实验设定离子浓度的盐水进行水驱，至岩心出口处无油产出，计算各岩心的水驱原油采收率；
(5)将实施例中新制得的驱油体系溶液或对比驱油体系注入到模拟岩心中，注入量为0.5倍的岩心孔隙体积；
(6)后续盐水驱至岩心出口端无油产出，计量注入驱油体系后的原油采出量，计算采收率提高幅度。
实施例1
1、驱油体系1的配制：
本实施例提供一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物，以该复合有机碱强化聚合物驱油组合物的总重量为100wt％计，包括：0.3wt％的部分水解的聚丙烯酰胺、0.05wt％的异丙醇胺、0.15wt％的乙醇胺、0.05wt％的正丁醇和余量的清水；其中，所述部分水解聚丙烯酰胺的相对分子质量为1300万，水解度为25-28mol％。
本实施例还提供上述复合有机碱强化聚合物驱油组合物的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一，将上述部分水解的聚丙烯酰胺溶于部分清水中配制成质量浓度为2.0wt％的聚合物母液，并于常温下熟化12h；
步骤二，以驱油组合物的总重量为基准，将异丙醇胺0.05wt％、乙醇胺0.15wt％和正丁醇0.05wt％溶于85体积份的清水中，搅拌均匀，得到混合液；
步骤三，将15体积份的聚合物母液和加入到步骤二的混合液中，搅拌均匀，常温静置1h，即得到该复合有机碱强化聚合物驱油组合物，命名为驱油体系1。
本实施例还提供驱油体系1作为驱油剂在油田三次采油过程中的应用。
2、对比体系1的配制：
使用了质量浓度为0.30wt％的聚合物溶液作为对比体系1，所用聚合物类型与驱油体系1相同。
3、降低油水界面张力及原油乳化性能测试：
驱油体系1可将油水界面张力值最低降至6.98×10-1mN/m，平衡值约为3.53mN/m，显示出了较好降低油水界面张力性能，而对比体系1的油水界面张力均在30mN/m以上，没有显示出降低油水界面张力的性能。
驱油体系1乳化后形成乳状液静置30min后脱水率约为72％，稳定性明显优于对比体系1的89％，显示出该体系较好的原油乳化性能。
4、提高原油采收率性能测试：
本实施例中使用的填砂管模拟岩心的基本参数以及根据上述的岩心驱替测试步骤得到的驱替参数如表1所示。使用的盐水为钠离子浓度20000mg/L、钙离子浓度500mg/L、镁离子浓度200mg/L的盐水。
表1填砂管岩心及驱油体系的岩心驱替基本参数
由表1可看出，驱油体系1水驱后的提高采收率幅度为21.23％，与对比体系1相比水驱后采收率幅度高出7.08％，总采收率幅度高出9.43％，具有较好的提高原油采收率性能。
实施例2
1、驱油体系2的配制：
本实施例提供一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物，以该复合有机碱强化聚合物驱油组合物的总重量为100wt％计，包括：0.30wt％的部分水解的聚丙烯酰胺、0.10wt％的异丙醇胺、0.20wt％的乙醇胺、0.08wt％的正丁醇和余量的清水；其中，所述部分水解聚丙烯酰胺的相对分子质量为1500万，水解度为22-27mol％。
本实施例还提供上述复合有机碱强化聚合物驱油组合物的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一，将上述部分水解的聚丙烯酰胺溶于部分清水中配制成质量浓度为2.0wt％的聚合物母液，并于常温下熟化12h；
步骤二，以驱油组合物的总重量为基准，将异丙醇胺0.10wt％、乙醇胺0.20wt％和正丁醇0.08wt％溶于85体积份的清水中，搅拌均匀，得到混合液；
步骤三，将15体积份的聚合物母液和加入到步骤二的混合液中，搅拌均匀，常温静置1h，即得到该复合有机碱强化聚合物驱油组合物，命名为驱油体系2。
本实施例还提供驱油体系2作为驱油剂在油田三次采油过程中的应用。
2、对比体系2的配制：
使用了质量浓度为0.30wt％的聚合物溶液作为对比体系2，所用聚合物类型与驱油体系2相同。
3、降低油水界面张力及原油乳化性能测试：
驱油体系2可将油水界面张力值最低降至5.57×10-2mN/m，平衡值约为1.12mN/m，显示出了较好降低油水界面张力性能，而对比体系2的油水界面张力均在35mN/m以上，没有显示出降低油水界面张力的性能。
驱油体系2乳化后形成乳状液静置30min后脱水率约为58％，稳定性明显优于对比体系2的86％，显示出该体系较好的原油乳化性能。
4、提高原油采收率性能测试：
本实施例中使用的填砂管模拟岩心的基本参数以及根据上述的岩心驱替测试步骤得到的驱替参数如表2所示。使用的盐水为钠离子浓度20000mg/L、钙离子浓度500mg/L、镁离子浓度200mg/L的盐水。
表2填砂管岩心及驱油体系的岩心驱替基本参数
由表2可看出，驱油体系2水驱后的提高采收率幅度为24.81％，与对比体系2相比水驱后采收率幅度高出9.39％，总采收率幅度高出8.15％，具有较好的提高原油采收率性能。
实施例3
1、驱油体系3的配制：
本实施例提供一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物，以该复合有机碱强化聚合物驱油组合物的总重量为100wt％计，包括：0.40wt％的部分水解的聚丙烯酰胺、0.20wt％的异丙醇胺、0.10wt％的乙醇胺、0.10wt％的正丁醇和余量的清水；其中，所述部分水解聚丙烯酰胺的相对分子质量为1300万，水解度为25-28mol％。
本实施例还提供上述复合有机碱强化聚合物驱油组合物的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一，将上述部分水解的聚丙烯酰胺溶于部分清水中配制成质量浓度为2.0wt％的聚合物母液，并于常温下熟化12h；
步骤二，以驱油组合物的总重量为基准，将异丙醇胺0.20wt％、乙醇胺0.10wt％和正丁醇0.10wt％溶于80体积份的清水中，搅拌均匀，得到混合液；
步骤三，将20体积份的聚合物母液和加入到步骤二的混合液中，搅拌均匀，常温静置1h，即得到该复合有机碱强化聚合物驱油组合物，命名为驱油体系3。
本实施例还提供驱油体系3作为驱油剂在油田三次采油过程中的应用。
2、对比体系3的配制：
使用了质量浓度为0.40wt％的聚合物溶液作为对比体系3，所用聚合物类型与驱油体系3相同。
3、降低油水界面张力及原油乳化性能测试：
驱油体系3可将油水界面张力值最低降至9.49×10-2mN/m，平衡值约为2.01mN/m，显示出了较好降低油水界面张力性能，而对比体系3的油水界面张力均在35mN/m以上，没有显示出降低油水界面张力的性能。
驱油体系3乳化后形成乳状液静置30min后脱水率约为52％，稳定性明显优于对比体系3的84％，显示出该体系较好的原油乳化性能。
4、提高原油采收率性能测试：
本实施例中使用的填砂管模拟岩心的基本参数以及根据上述的岩心驱替测试步骤得到的驱替参数如表3所示。使用的盐水为钠离子浓度20000mg/L、钙离子浓度500mg/L、镁离子浓度200mg/L的盐水。
表3填砂管岩心及驱油体系的岩心驱替基本参数
由表3可看出，驱油体系3水驱后的提高采收率幅度为24.81％，与对比体系3相比水驱后采收率幅度高出9.59％，总采收率幅度高出8.84％，具有较好的提高原油采收率性能。
实施例4
1、驱油体系4的配制：
本实施例提供一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物，以该复合有机碱强化聚合物驱油组合物的总重量为100wt％计，包括：0.30wt％的部分水解的聚丙烯酰胺、0.15wt％的异丙醇胺、0.15wt％的乙醇胺、0.10wt％的正丁醇和余量的清水；其中，所述部分水解聚丙烯酰胺的相对分子质量为1300万，水解度为25-28mol％。
本实施例还提供上述复合有机碱强化聚合物驱油组合物的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一，将上述部分水解的聚丙烯酰胺溶于部分清水中配制成质量浓度为2.0wt％的聚合物母液，并于常温下熟化12h；
步骤二，以驱油组合物的总重量为基准，将异丙醇胺0.15wt％、乙醇胺0.15wt％和正丁醇0.10wt％溶于85体积份的清水中，搅拌均匀，得到混合液；
步骤三，将15体积份的聚合物母液和加入到步骤二的混合液中，搅拌均匀，常温静置1h，即得到该复合有机碱强化聚合物驱油组合物，命名为驱油体系4。
本实施例还提供驱油体系4作为驱油剂在油田三次采油过程中的应用。
2、对比体系4的配制：
使用了质量浓度分别为0.30wt％、0.40wt％、0.50wt％和0.60wt％的聚合物溶液作为对比体系4，所用聚合物类型与驱油体系4相同。
3、降低聚合物用量评价测试：
本实施例中采用岩心驱替方式，以对比体系4取得和驱油体系4相同水驱后提高采收率幅度为基准，考察与加入复合有机碱强化的驱油体系4相比，对比体系4中聚合物用量的增幅，以此评价驱油体系的降低聚合物用量程度。
使用的填砂管模拟岩心的基本参数以及根据上述的岩心驱替测试步骤得到的驱替参数如表4和表5所示。使用的盐水为钠离子浓度20000mg/L、钙离子浓度500mg/L、镁离子浓度200mg/L的盐水。
表4填砂管岩心及驱油体系4的岩心驱替基本参数
表5填砂管岩心及对比体系4的岩心驱替基本参数
对比表4和表5数据可知，与加入复合有机碱强化的驱油体系4相比，对比体系4中聚合物用量的用量达到0.60wt％时水驱后提高原油采收率幅度与驱油体系4相同，表明加入复合有机碱强化的驱油体系聚合物用量降低50％以上。
实施例5
1、驱油体系5的配制：
本实施例提供一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物，以该复合有机碱强化聚合物驱油组合物的总重量为100wt％计，包括：0.40wt％的部分水解的聚丙烯酰胺、0.15wt％的异丙醇胺、0.10wt％的乙醇胺、0.08wt％的正丁醇和余量的清水；其中，所述部分水解聚丙烯酰胺的相对分子质量为1500万，水解度为22-27mol％。
本实施例还提供上述复合有机碱强化聚合物驱油组合物的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一，将上述部分水解的聚丙烯酰胺溶于部分清水中配制成质量浓度为2.0wt％的聚合物母液，并于常温下熟化12h；
步骤二，以驱油组合物的总重量为基准，将异丙醇胺0.15wt％、乙醇胺0.10wt％和正丁醇0.08wt％溶于80体积份的清水中，搅拌均匀，得到混合液；
步骤三，将20体积份的聚合物母液和加入到步骤二的混合液中，搅拌均匀，常温静置1h，即得到该复合有机碱强化聚合物驱油组合物，命名为驱油体系5。
本实施例还提供驱油体系5作为驱油剂在油田三次采油过程中的应用。
2、对比体系5的配制：
使用常规无机碱强化聚合物驱油体系作为对比体系5，以对比体系5的总重量为100wt％计，其原料组成为：部分水解聚丙烯酰胺0.40wt％、氢氧化钠0.15wt％、碳酸氢钠0.10wt％，余量为清水。其中，所述的聚合物类型与驱油体系5相同。
该对比体系5的制备方法为：
(1)使用清水配制质量浓度为2.0wt％的聚合物母液，常温下熟化12h；
(2)以所述驱油体系的总重量为基准，将氢氧化钠0.15wt％、碳酸氢钠0.10wt％溶于80体积份的清水中，搅拌均匀；
(3)将20体积份的聚合物母液和加入到步骤(2)得到的溶液中，搅拌均匀，常温静置1h，即得到了新制得的对比体系5溶液。
3、耐钙镁离子性能评价实验：
本实施例中，分别使用驱油体系5和对比体系5进行岩心驱替实验。使用的填砂管模拟岩心的基本参数以及根据上述的岩心驱替测试步骤得到的驱替参数如表6和表7所示。实验中使用了盐水1和盐水2，盐水1的组成为钠离子浓度20000mg/L、钙离子浓度500mg/L、镁离子浓度200mg/L；盐水2的组成为钠离子浓度30000mg/L+钙离子浓度800mg/L+镁离子浓度500mg/L。对比二者水驱后提高采收率幅度，以此评价驱油体系的耐钙镁离子性能。
表6使用盐水1时填砂管岩心及驱油体系的岩心驱替基本参数
表7使用盐水2时填砂管岩心及驱油体系的岩心驱替基本参数
由表6和表7可知，当地层水中钙镁离子浓度较高时，对比体系5的驱油效率低于驱油体系5。这主要是由于无机碱可与钙镁离子反应生成沉淀，丧失了作为碱剂的功效；而有机碱小分子不与钙镁离子发生沉淀生成，防止无机垢生成，保证了驱油效率，显示了本发明的驱油体系的应用益处。
综上所述，本发明提供的一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物的油水界面及乳化性能好，驱油效率高，聚合物用量少，耐钙镁离子能力强，可有效缓解无机碱导致的结垢问题。该驱油组合物能够有效扩大聚合物驱在油田尤其是高硬度地层水油田三次采油中的适用范围，具有较好的应用前景，并能够取得较好经济效益。
Claims (4)
1.一种复合有机碱强化聚合物驱油组合物，其特征在于，以该复合有机碱强化聚合物驱油组合物的总重量为100wt％计，包括：
有机高分子聚合物 0.30wt％-0.40wt％，
复合有机碱 0.15wt％-0.40wt％，
低分子醇 0.05wt％-0.10wt％，
和余量的水；
所述有机高分子聚合物为部分水解的聚丙烯酰胺；
所述部分水解的聚丙烯酰胺的相对分子质量为1300-1500万，水解度为22-28mol％；
以该驱油组合物的总重量为100wt％计，所述复合有机碱包括0.05wt％-0.20wt％的异丙醇胺和0.10wt％-0.20wt％的乙醇胺；
所述低分子醇包括乙醇、丙醇、丙三醇和正丁醇中的一种或几种的组合；
该复合有机碱强化聚合物驱油组合物通过如下制备方法制备获得：
步骤一，按照比例将有机高分子聚合物溶于部分水中配制成聚合物母液，并于常温下进行熟化；
步骤二，按照比例将复合有机碱和低分子醇溶于剩余的水中配制成混合液，向混合液中加入聚合物母液，搅拌均匀并静置后得到复合有机碱强化聚合物驱油组合物；
在步骤一中，所述部分水解的聚丙烯酰胺聚合物母液的质量浓度为1.0wt％-3.0wt％；常温熟化的时间为12-24h；
在步骤二中，静置时间为1-3h。
2.根据权利要求1所述的复合有机碱强化聚合物驱油组合物，其特征在于：所述水为油田现场用自来水。
3.权利要求1或2所述复合有机碱强化聚合物驱油组合物的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一，按照比例将有机高分子聚合物溶于部分水中配制成聚合物母液，并于常温下进行熟化；
步骤二，按照比例将复合有机碱和低分子醇溶于剩余的水中配制成混合液，向混合液中加入聚合物母液，搅拌均匀并静置后得到复合有机碱强化聚合物驱油组合物；
在步骤一中，所述部分水解的聚丙烯酰胺聚合物母液的质量浓度为1.0wt％-3.0wt％；常温熟化的时间为12-24h；
在步骤二中，静置时间为1-3h。
4.权利要求1或2所述复合有机碱强化聚合物驱油组合物作为驱油剂在油田三次采油过程中的应用。
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