CN110591681B - 一种空气泡沫驱用发泡体系及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气泡沫驱用发泡体系，各组分及其重量百分比为：表面活性剂30％～50％、稳定剂2％～13％、脱氧助剂20％～25％、余量为水。本发明的空气泡沫驱用发泡体系，适用于温度在40～80℃的油藏，具有较强的发泡性能、稳泡性能和除氧能力。还公开了其制备方法，在制备过程中就加入了稳定剂，在施工时无需添加额外的稳定剂，无需在井口增加除氧装置对空气进行脱氧，与空气交替或一起注入地层后，具有较强的封堵性能，并能大大降低氧气窜入油井的风险，实现空气泡沫驱安全、高效及低成本运行。
Description
技术领域
本发明属于油田开发技术领域，特别涉及一种空气泡沫驱用发泡体系及其制备方法和应用。
背景技术
空气泡沫驱是以空气和发泡剂按一定比例在地面或油层混合形成泡沫作为驱油手段的一种提高采收率技术。该技术将空气驱和泡沫驱有机结合起来, 既能显著提高波及效率，又可提高洗油效率，是一种具有广阔应用前景的提高原油采收率技术。
发泡体系(又叫泡沫体系)是空气泡沫驱技术的核心，发泡体系通常由表面活性剂、稳定剂和水组成。目前，已公知的发泡体系配方主要有以下几种：专利文献201210191135.1公开了一种适用于油田调剖和驱油的泡沫体系，发泡体系配方中表面活性剂为烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、烷基多苷、双烷基酰胺聚氧乙烯醚等，稳定剂为硬脂肪酸铵、十二烷基二甲基氧化铵、聚乙二醇等，增稠剂为聚表剂、丙烯酰胺、纤维素等，无机盐为氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠等，余量为水；专利文献200910163127.4公开了一种发泡体系由十二烷基苯磺酸钠、改性胍胶、羟乙基纤维素和十二醇组成；专利文献201210223060.0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，所述泡沫体系由十二烷基硫酸钠、改性二氧化硅纳米颗粒、反离子盐和水组成；专利文献 98813947.2公开了一种泡沫复合驱油方法，发泡体系由表面活性剂、聚合物和碱组成。
公知的发泡体系，虽具有较好的发泡及稳泡性能，但在空气泡沫驱实际应用过程中，还存在以下两方面问题：一是常用的发泡体系稳泡能力较弱，通常泡沫稳定时间不超过500秒，在现场施工配制泡沫液时需加入高分子聚合物类稳定剂方能满足方案设计要求，增加了施工难度。二是泡沫虽具有一定的封堵作用，但是封堵能力有限，油藏依然面临气窜风险，气窜会导致空气中的氧气进入油井，造成爆炸隐患。面对这一问题，在空气泡沫驱应用过程中通常需要配备大功率除氧装置来将空气中氧气含量降低到安全范围，大大增加了施工成本。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种空气泡沫驱用发泡体系，除具备常规发泡体系所具备的发泡能力外，还具备较强的稳泡性能，现场应用过程中无需再添加额外的稳定剂，减少施工难度和体系成本。
本发明的目的之二在于提供一种空气泡沫驱用发泡体系的制备方法，制备工艺简单，易操作，生产成本低。
本发明的目的之三在于提供所述空气泡沫驱用发泡体系的应用，适合温度在40～80℃的油藏，能够有效的封堵油藏高渗通道。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种空气泡沫驱用发泡体系，以重量百分比计，包括以下组分：
表面活性剂 30％～50％；
稳定剂 2％～13％；
脱氧助剂 20％～25％，
所述脱氧助剂包括丙酮和盐酸羟胺；
余量为水。
进一步，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和α-烯基磺酸钠中的一种或两种。
进一步，所述稳定剂为硅树脂聚醚乳液和改性硅树脂聚醚乳液中的一种或两种。
进一步，所述表面活性剂和稳定剂的质量比为15:(1～4)。
进一步，丙酮与盐酸羟胺的质量比为0.85:1～1：1。
进一步，所述水为自来水。
本发明还公开了所述的空气泡沫驱用发泡体系的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将水和丙酮混合，搅拌均匀，得到丙酮溶液；
步骤2、将盐酸羟胺、稳定剂和表面活性剂加入到丙酮溶液中，在温度不高于35℃的条件下搅拌均匀，最终生成均匀粘稠状物或膏状物，即空气泡沫驱用发泡体系。
本发明还公开了所述的空气泡沫驱用发泡体系在油田提高原油采收率中的应用，其适用于温度在40～80℃的油藏。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的空气泡沫驱用发泡体系，包含了表面活性剂、稳定剂和脱氧助剂，除具备常规发泡剂所具有的发泡能力外，还具有较好的稳泡性能和除氧功能。一方面，本发明在配方中添加了与表面活性剂等配伍性好的稳定剂，使得发泡体系稳泡性能大幅度提高，现场施工时无需再额外添加稳定剂，减少了稳泡剂单独采购、运输和现场添加等环节，缩减了施工程序和操作难度。另一方面，空气泡沫驱现场施工时，为了减少氧气窜入油井引起的爆炸风险，通常会配置除氧设备，这导致现场施工成本大幅度提高；而本发明在配方中添加了能够生成一种高效除氧剂的脱氧助剂，其在未进入油藏时保持稳定状态，当进入油藏后，会在油藏条件下快速反应生成一种高效除氧物质，快速消耗进入油藏中的氧气，无需在施工时增加除氧装置，大大降低了操作成本。基于上述几点，保证了本发明的空气泡沫驱用发泡体系，与空气交替或一起注入地层后，具有较强的封堵性能，并能大大降低氧气窜入油井的风险，实现空气泡沫驱安全、高效及低成本运行。
进一步，选用的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和α-烯基磺酸钠中的一种或两种，主要原因是这两种表面活性剂价格低，具备较好发泡能力和抗硬水能力。
进一步，油田泡沫驱施工中传统的稳定剂一般是指高分子聚合物或者羧甲基纤维素等，这些物质在水中的溶解度低，通常水中浓度大于0.4％时就已经成为粘稠的流动性很差的状态，而现场实际应用过程中，表面活性剂加量一般是0.2％-0.5％左右，稳定剂加量一般是0.01-0.1％左右。常用的发泡剂商品一般要求商品浓度即表活剂含量大于30％，如果按此比例，如果在制品发泡剂商品过程中把常规的稳定剂合成到配方中，稳定剂加量需大于7.5％，这个浓度下常规的高分子聚合物及羧甲基纤维素类根本配制不成水溶液，因此，常规稳定剂不能与表活剂一起合成到发泡剂商品中去。而本发明所用的稳定剂为硅树脂聚醚乳液和改性硅树脂聚醚乳液，其与发泡剂等能以任意比例混溶，工艺上能得到均一且流动性好的发泡剂体系成品，能够二者合成为一种发泡剂商品，便于现场应用。
进一步，稳定剂的加入在提高稳泡作用的同时，对发泡能力具有一定的负面影响，因此，在配方研制过程中，需要确定一个合理的比例范围。通过大量实验表明，当表面活性剂与稳定性比例大于15:1后，达不到现场应用所要求的稳泡效果，而当比例小于15:4后，体系的发泡能力又会大幅度减弱。当二者比例在15:(1～4)这样一个范围时，方能满足现场应用要求。
进一步，脱氧剂种类较多，有硫脲、脱氧酶、抗坏血酸、丙酮肟等，但是如果在制备发泡体系的过程中直接添加成品的脱氧剂，会导致发泡剂体系在生产、储存及运输过程中就与氧气发生反应而失去除氧功能。因此，通过大量的实验对比，发现丙酮和盐酸羟胺加入发泡剂体系后，在常温下不会发生任何反应及消耗，在生产、运输和储层过程中组分稳定，当进入目标油藏后(温度在 40℃以上)，二者会快速发生反应生成一种高效除氧物质丙酮肟，生成的丙酮肟溶于地层水或泡沫液中，能快速消耗进入地层中的氧气，达到除氧目的。而其他物质生成产脱氧剂如硫脲、抗坏血酸等条件较为苛刻，不易实现，丙酮和盐酸羟胺价格便宜，两者反应生成产脱氧剂条件简单易行且可控。
本发明还公开了空气泡沫驱用发泡体系的制备方法，首先制得丙酮溶液，然后将盐酸羟胺、稳定剂和表面活性剂再与丙酮溶液混合，加入的顺序没有限制，同时加入或分别加入均可。首先溶解丙酮是因为丙酮能够作为溶剂，保证加入的其余材料很好地溶解，提高溶解率。由于盐酸羟胺和丙酮在高于40℃下会发生反应生成丙酮肟，因此控制反应温度在35℃以内。该制备方法的工艺条件要求低，易操作。
本发明还公开了空气泡沫驱用发泡体系的应用，适用于温度在40～80℃的油藏，将所述空气泡沫驱用发泡体系按现场施工方案要求配制成一定浓度水溶液后与空气交替或一起注入地层，发泡率大于480％，半衰期大于820s， 3天后氧气含量能控制在9.2％以下。能够大大降低氧气窜入油井风险的同时，起到较强的封堵油藏高渗通道，提高原油采收率，改善波及效率，并在应用过程中无需配备除氧装置就能利用体系自身产生的除氧物质大幅度消耗进入油藏中的氧气，从而实现空气泡沫驱安全、高效及低成本运行。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明的一种空气泡沫驱用发泡体系，是由表面活性剂、稳定剂、脱氧助剂和水等四种主要成分组成。各成分按重量百分比为：
表面活性剂：30％～50％；
稳定剂：2％～13％；
脱氧助剂：20％～25％；
余量为水，各组分重量百分比之和为百分之百。
所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和α-烯基磺酸钠中的一种或两种。
所述稳定剂为硅树脂聚醚乳液和改性硅树脂聚醚乳液中的一种或两种，其中表面活性剂和稳定剂的质量比为15:(1～4)。
油田泡沫驱施工中传统的稳定剂一般是指高分子聚合物或者羧甲基纤维素等，这些物质在水中的溶解度低，通常水中浓度大于0.4％时就已经成为粘稠的流动性很差的状态，而现场实际应用过程中，表面活性剂加量一般是 0.2％-0.5％左右，稳定剂加量一般是0.01-0.1％左右。常用的发泡剂商品一般要求商品浓度即表活剂含量大于30％，如果按此比例，如果在制品发泡剂商品过程中把常规的稳定剂合成到配方中，稳定剂加量需大于7.5％，这个浓度下常规的高分子聚合物及羧甲基纤维素类根本配制不成水溶液，因此，常规稳定剂不能与表活剂一起合成到发泡剂商品中去。而本发明所用的稳定剂为硅树脂聚醚乳液或/和改性硅树脂聚醚乳液，其与发泡剂等能以任意比例混溶，工艺上能得到均一且流动性好的发泡剂体系成品，能够二者合成为一种发泡剂商品，便于现场应用。
此外，稳定剂的加入在提高稳泡作用的同时，对发泡能力具有一定的负面影响，因此，在配方研制过程中，需要确定一个合理的比例范围。通过大量实验表明，当表面活性剂与稳定性比例大于15:1后，达不到现场应用所要求的稳泡效果，而当比例小于15:4后，体系的发泡能力又会大幅度减弱。当二者比例在15:(1～4)这样一个范围时，方能满足现场应用要求。
所述脱氧助剂为丙酮和盐酸羟胺，其中丙酮与盐酸羟胺的质量比为 0.85:1～1：1。在这个配比范围内，反应的经济技术性更合理。
所述水选用自来水。
将上述空气泡沫驱用发泡体系，用油田现场配泡沫液用水稀释成质量浓度为0.1％～1％的液体后，与空气交替或一起注入地层，用于提高原油采收率。
本发明的空气泡沫驱用发泡体系，适用于水驱波及效率低且温度在40～80℃的油藏。在温度为40～80℃的油藏条件下，本发明的发泡体系能够自发生产一种高效除氧物质丙酮肟，生成的丙酮肟溶于油藏中的水或泡沫液中，快速消耗进入油藏中的氧气，降低氧气窜入油井而引起的爆炸风险。
选择水驱波及效率低且温度为40～80℃的油藏作为本发明的适用条件，具体原因有4点：1、空气泡沫驱的作用是扩大波及效率，提高原油采收率，其主要作用对象就是水驱波及效率低的油藏，如果水驱波及效果好，没有必要开展空气泡沫驱。2、选择温度高于40℃的油藏，是因为通过室内模拟发现，在油藏的高压环境下，只有当温度高于40℃时，两个脱氧助剂丙酮和盐酸羟胺才能发生反应生成具有脱氧功能的物质丙酮肟。3、选用的表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠在温度高于80℃的油藏中水解速度较快，如果在油藏温度高于80℃的条件下应用，模拟实验表明，发泡剂体系的性能会大打折扣。4、温度高于80℃的油藏，原油低温反应速度较快，低温反应是一个消耗氧气的过程，因此，对于高温油藏，空气泡沫驱时无需再进行除氧。基于上述4点，确定了本发明的适用范围。
以下实施例所用到的设备为：大小为5方的带温控和搅拌功能的反应釜。
实施例1
一种空气泡沫驱用发泡体系，各组分的重量百分比为：
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(碳数为12)：10％；
α-烯基磺酸钠(碳数为14):25％；
硅树脂聚醚乳液：5％；
丙酮：10％；
盐酸羟胺：10％；
余量为自来水，各组分重量百分比之和为百分之百。
本实施例的空气泡沫驱用发泡体系的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将量好的水和丙酮分别加入反应釜，搅拌均匀；
步骤2、将量好的盐酸羟胺缓慢加入步骤1配制好的溶液中，边加入边搅拌，搅拌1小时至盐酸羟胺完全溶解，保持反应釜温度30℃；
步骤3、将量好的硅树脂聚醚乳液缓慢加入步骤2配制好的溶液中，边加入边搅拌，搅拌1.5小时至溶液充分混合均匀，保持反应釜温度30℃；
步骤4、将量好的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和α-烯基磺酸钠缓慢慢加入步骤3配制好的溶液中，边加入边搅拌，保持反应釜温度30℃，搅拌3小时至溶液充分混合均匀，最终制得浅黄色粘稠状物，即空气泡沫驱用发泡体系。
实施例2
一种空气泡沫驱用发泡体系，各组分重量百分比为：
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(碳数为14)：20％；
α-烯基磺酸钠(碳数为16):15％；
改性硅树脂聚醚乳液：7％；
丙酮：12％；
盐酸羟胺：13％；
余量为自来水，各组分重量百分比之和为百分之百。
本实施例的空气泡沫驱用发泡体系的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将量好的水和丙酮分别加入反应釜，搅拌均匀；
步骤2、将量好的盐酸羟胺缓慢加入步骤1配制好的溶液中，边加入边搅拌，搅拌0.5小时至盐酸羟胺完全溶解，保持反应釜温度32℃；
步骤3、将量好的改性硅树脂聚醚乳液缓慢加入步骤2配制好的溶液中，边加入边搅拌，搅拌1小时至溶液充分混合均匀，保持反应釜温度32℃；
步骤4、将量好的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(碳数为14)和α-烯基磺酸钠(碳数为16)缓慢加入步骤3配制好的溶液中，边加入边搅拌，保持反应釜温度32℃，搅拌4小时左右至溶液充分混合均匀，最终制得浅黄色膏状物，即空气泡沫驱用发泡体系。
实施例3
一种空气泡沫驱用发泡体系，各组分的重量百分比为：
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：30％；
硅树脂聚醚乳液：2％；
丙酮：11％；
盐酸羟胺：12％；
余量为自来水，各组分重量百分比之和为百分之百。
本实施例的空气泡沫驱用发泡体系的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将量好的水和丙酮分别加入反应釜，搅拌均匀；
步骤2、将量好的硅树脂聚醚乳液缓慢加入步骤1配制好的溶液中，边加入边搅拌，搅拌1.5小时至溶液充分混合均匀，保持反应釜温度30℃；
步骤3、将量好的盐酸羟胺缓慢加入步骤2配制好的溶液中，边加入边搅拌，搅拌1小时至盐酸羟胺完全溶解，保持反应釜温度30℃；
步骤4、将量好的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠缓慢慢加入步骤3配制好的溶液中，边加入边搅拌，保持反应釜温度30℃，搅拌3小时至溶液充分混合均匀，最终制得乳白色膏状物，即空气泡沫驱用发泡体系。
实施例4
一种空气泡沫驱用发泡体系，各组分的重量百分比为：
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：50％；
改性硅树脂聚醚乳液：8％；
丙酮：10％；
盐酸羟胺：10％；
余量为自来水，各组分重量百分比之和为百分之百。
本实施例的空气泡沫驱用发泡体系的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将量好的水和丙酮分别加入反应釜，搅拌均匀；
步骤2、将量好的改性硅树脂聚醚乳液缓慢加入步骤1配制好的溶液中，边加入边搅拌，搅拌1.5小时至溶液充分混合均匀，保持反应釜温度30℃；
步骤3、将量好的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠缓慢加入步骤2配制好的溶液中，边加入边搅拌，保持反应釜温度30℃，搅拌3小时至溶液充分混合均匀；
步骤4、将量好的盐酸羟胺缓慢加入步骤3配制好的溶液中，边加入边搅拌，搅拌1小时至盐酸羟胺完全溶解，保持反应釜温度30℃，最终制得乳白色膏状物，即空气泡沫驱用发泡体系。
实施例5
一种空气泡沫驱用发泡体系，各组分的重量百分比为：
α-烯基磺酸钠：50％；
硅树脂聚醚乳液：13％；
丙酮：10％；
盐酸羟胺：10％；
余量为自来水，各组分重量百分比之和为百分之百。
本实施例的空气泡沫驱用发泡体系的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将量好的水和丙酮分别加入反应釜，搅拌均匀；
步骤2、将量好的盐酸羟胺缓慢加入步骤1配制好的溶液中，边加入边搅拌，搅拌1小时至盐酸羟胺完全溶解，保持反应釜温度30℃；
步骤3、将量好的硅树脂聚醚乳液缓慢加入步骤2配制好的溶液中，边加入边搅拌，搅拌1.5小时至溶液充分混合均匀，保持反应釜温度30℃；
步骤4、将量好的α-烯基磺酸钠缓慢加入步骤3配制好的溶液中，边加入边搅拌，保持反应釜温度30℃，搅拌3小时至溶液充分混合均匀，最终制得浅黄色粘稠状物，即空气泡沫驱用发泡体系。
对比例1：在实施例1的基础上，不添加盐酸羟胺，各组分的重量百分比为：
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：10％；
α-烯基磺酸钠：25％；
硅树脂聚醚乳液：5％；
丙酮：10％；
余量为自来水，各组分重量百分比之和为百分之百。
对比例1的制备方法与实施例1的制备方法相比，没有步骤2。
各实施例的应用效果是：
将实施例1～5和对比例1分别制得的发泡体系，以发泡剂体系中表活剂含量为有效成分含量，用长庆油田五里湾一区注入水配制成有效成分为0.4％的溶液，在温度为50℃，气液比为1:1的条件下开展体系的发泡性能、稳泡性能 (半衰期)和除氧性能评价，评价结果见表1。
表1各实施例应用效果评价结果
从评价结果来看，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5 制得的空气泡沫驱用发泡体系，具有较好的发泡及稳泡性能和耗氧能力，发泡率大于460％，半衰期大于750s，3天后氧气含量保持在9.3％以下。而对比例 1中由于未添加关键成分盐酸羟胺，导致体系在油藏环境下不能产生有效的除氧物质，虽然也具有较好的发泡及稳泡性能，但是氧气消耗幅度较小，3天后氧气含量为20.4％，与空气中氧气含量21％接近，不能起到较好的除氧作用。
通过上述实施例可知，本发明的泡沫驱用发泡体系不仅具有较强的发泡和稳泡性能，还具有较强的除氧功能。在实施后，能够较强的封堵油藏高渗通道，大大降低氧气窜入油井的风险，实现空气泡沫驱安全、高效及低成本运行。
Claims (4)
1.一种空气泡沫驱用发泡体系，其特征在于，以重量百分比计，包括以下组分：
表面活性剂 30%～50%；
稳定剂 2%～13%；
脱氧助剂 20%～25%；
余量为水；
所述稳定剂为硅树脂聚醚乳液，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和α-烯基磺酸钠中的一种或两种；所述表面活性剂和稳定剂的质量比为15:（1～4）；
所述脱氧助剂包括丙酮和盐酸羟胺，丙酮与盐酸羟胺的质量比为0.85:1～1：1。
2.根据权利要求1所述的空气泡沫驱用发泡体系，其特征在于，所述水为自来水。
3.权利要求1～2任意一项所述的空气泡沫驱用发泡体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将水和丙酮混合，搅拌均匀，得到丙酮溶液；
步骤2、将盐酸羟胺、稳定剂和表面活性剂加入到丙酮溶液中，在温度不高于35℃的条件下搅拌均匀，最终生成均匀粘稠状物或膏状物，即空气泡沫驱用发泡体系。
4.权利要求1～2任意一项所述的空气泡沫驱用发泡体系在油田原油采收中的应用，其特征在于，所述空气泡沫驱用发泡体系适用于温度在40～80℃的油藏。
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