CN110699057A - 片层纳米颗粒增效的耐温高强度泡沫体系及制备方法 - Google Patents

片层纳米颗粒增效的耐温高强度泡沫体系及制备方法 Download PDF

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刘岩
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Abstract

本发明涉及一种片层纳米颗粒增效的耐温高强度泡沫体系，所述泡沫体系由以下按照重量份计的组分构成：高温起泡剂0.1‑6份；片状纳米颗粒0.05‑3份；界面调节剂0.01‑3份；余量为水；其中上述组分的重量份之和为100。本发明还涉及所述耐温高强度泡沫体系的制备方法。

Description

片层纳米颗粒增效的耐温高强度泡沫体系及制备方法
技术领域
本发明涉及一种片层纳米颗粒增效的耐温高强度泡沫体系及制备方法。
背景技术
稠油油藏进入注蒸汽多轮次吞吐后期，开发效果变差；其表现为周期产油量低、油汽比低、综合含水高。注入蒸汽波及效率低是造成以上问题的主要原因。地层非均质性共同导致蒸汽汽窜严重，注入蒸汽从高渗透带窜流，富集剩余油的低渗透带始终没有得到有效动用，这导致多轮次吞吐后期产出液含水增加、效果变差。热采泡沫调剖工艺随着吞吐轮次的增加措施效果逐渐变差。变差原因为：一方面是含油饱和度下降存水增加，另一方面是亏空后水侵强度增大。泡沫强度低、有效期短等问题限制了泡沫体系的进一步应用。
目前，针对上述问题已经研发出许多泡沫体系。例如，中国专利CN 108659807 A公布了一种磁性纳米颗粒增效泡沫体系，该体系流动特性能够通过磁场调控，可以通过外加磁场的强度控制泡沫的稳定性，但该体系耐温上限为80℃，不适用于稠油热采。
因此，仍需研制耐温高强度的长效泡沫体系，通过可实现泡沫稳定性的大幅度提升，同时保留泡沫体系良好的发泡性能，有效解决吞吐后期泡沫有效期短、封堵强度弱的问题，提高多轮次蒸汽吞吐的开采效果，从而实现深部调驱，改善稠油开发经济效果。
发明内容
本发明提供了一种片层纳米颗粒增效的耐温高强度泡沫体系，所述泡沫体系由以下按照重量份计的组分构成：
高温起泡剂0.1-6份；片状纳米颗粒0.05-3份；界面调节剂0.01-3份；余量为水；
其中上述组分的重量份之和为100。
本发明另一方面提供了所述的泡沫体系的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将片状纳米颗粒分散于水中，制得分散的纳米颗粒溶液；
(3)在搅拌下，将高温起泡剂、界面调节剂依次或同时加入上述纳米颗粒溶液中，得到泡沫体系。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1.本发明中的起泡剂为磺酸钠类物质，在高温高压条件下起泡性能优异；稳泡剂为片层纳米颗粒，在气水界面膜上的解吸附能量势垒大，难以从界面膜上解析，界面膜不易破坏，因此泡沫稳定时间长，泡沫半衰期可达5分钟以上，显著延长泡沫的作用时间，有助于实现稠油油藏的深部调驱。
2.本发明所使用的稳泡剂为片状纳米颗粒氧化石墨烯、锂皂石或纳米蒙脱石，在低剂量条件下即可在气水界面上形成饱和吸附层，因此可大幅降低纳米颗粒强化泡沫中纳米粒子的使用量，进而降低药剂成本，有利于纳米颗粒强化泡沫在油田现场推广应用。
由此发明的泡沫体系，通过层状纳米颗粒添加，结合特定的起泡剂和界面调节剂实现了泡沫稳定性的大幅度提升，同时保留泡沫体系良好的发泡性能，有效解决吞吐后期泡沫有效期短、封堵强度弱的问题，提高多轮次蒸汽吞吐的开采效果，从而实现深部调驱，改善稠油开发经济效果。
附图说明
图1用于评价发明的泡沫体系的实验装置。
其中，1-气瓶，2-增压泵，3-高压储罐，4-气体质量流量计，5-平流泵，6-恒温箱，7-油罐，8-水罐，9-泡沫发生器，10-放空阀，11-填砂管，12-回压阀，13-产出液计量系统，14-手摇加压泵，15-泡沫液罐
具体实施方式
本发明提供了一种片层纳米颗粒增效的耐温高强度泡沫体系，所述泡沫体系由以下按照重量份计的组分构成：
高温起泡剂0.1-6份；片状纳米颗粒0.05-3份；界面调节剂0.01-3份；余量为水；
其中上述组分的重量份之和为100。
在一个优选的实施方案中，所述泡沫体系由以下按照重量份计的组分构成：
高温起泡剂0.2-3份，优选0.3-1份；片状纳米颗粒0.1份-2.8份，优选0.1份-2份；界面调节剂0.03份-1份，优选0.05份-0.5份；余量为水；
其中上述组分的重量份之和为100。
在一个优选的实施方案中，所述高温起泡剂为烷基苯磺酸钠、α-烯烃磺酸钠、或其混合物。
在一个优选的实施方案中，所述片状纳米颗粒为氧化石墨烯、锂皂石或纳米蒙脱石、或其混合物。
不囿于任何理论，本发明人已发现，选自氧化石墨烯、锂皂石或纳米蒙脱石、或其混合物的片状纳米颗粒，特别是纳米蒙脱石，或含纳米蒙脱石的混合物可显著延长泡沫的作用时间，其中在所述片状纳米颗粒中，锂皂石和氧化石墨烯的比表面积为300m2/g以上，优选350m2/g以上，例如360-500m2/g；纳米蒙脱石的比表面积为85m2/g以上，优选100m2/g以上，例如110-140m2/g。所述比表面积依据国家标准GB/T19587-2017《气体吸附BET法测定固态物质比表面积》进行测定。在一个优选的实施方案中，所述片状纳米颗粒优选纳米蒙脱石，或含纳米蒙脱石的混合物，其中纳米蒙脱石占80重量％以上，例如82-95重量％，例如82-92重量％，基于片状纳米颗粒总重量计。
在一个优选的实施方案中，所述界面调节剂为含磷界面调节剂，例如为氨基三甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸或多聚磷酸的碱金属盐，或其混合物。
在一个优选的实施方案中，所述界面调节剂为氨基三甲叉膦酸四钠、羟基乙叉二膦酸钾或多聚磷酸钠，或其混合物。
本发明还涉及所述的泡沫体系的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将片状纳米颗粒分散于水中，制得分散的纳米颗粒溶液；
(3)在搅拌下，将高温起泡剂、界面调节剂依次或同时加入上述纳米颗粒溶液中，得到泡沫体系。
在一个优选的实施方案中，步骤(1)中，分散首先采用高速搅拌机，然后采用超声波分散进行。
在一个优选的实施方案中，步骤(2)中，搅拌在8000rpm以上，例如10000rpm以上的转速下进行30秒以上，例如60秒以上。
在一个具体的实施方案中，所述泡沫体系如下制备：
将一定量的纳米颗粒置于50-80℃水中充分分散，利用高速搅拌机在10000rpm条件下搅拌数分钟，例如5分钟以上，然后将其置于与超声波分散器中分散数分钟，例如10分钟以上，最后制得一定质量分散的纳米颗粒溶液。将一定量的高温起泡剂、界面调节剂置于上述纳米颗粒溶液中，利用高速搅拌机在10000rpm条件下搅拌数秒，例如30秒以上即可得到起泡液。
本发明中，泡沫半衰期如下规定：
将20g起泡液注入高温高压泡沫仪(购自法国泰克利斯界面技术有限公司)中，泡沫仪温度设为150℃、压力为7MPa，以速度150ml/min注入氮气，氮气注入至泡沫体积不再增大时停止注入，此时泡沫高度记录为最大泡沫高度，泡沫高度降至最大泡沫高度一半所用的时间为泡沫半衰期。
本发明中的耐温高强度泡沫体系，其中耐温是指泡沫体系可用于至少120℃以上温度，优选140℃以上，例如150℃以上的环境中；其中高强度是指泡沫体系可用于至少3MPa以上，例如5MPa以上的环境中。
在本发明中，若无相反说明，则操作在常温、常压条件进行。
在本发明中，除非另外说明，否则所有份数、百分数均以质量计。
在本发明中，所用物质均为已知物质，可以购得或通过已知的方法合成。
在本发明中，所用装置或设备均为所述领域已知的常规装置或设备，均可购得。
实施例1：
将0.1g氧化石墨烯(其比表面积420m2/g)置于99.3g 60℃水中充分分散，利用高速搅拌机在10000rpm条件下搅拌5min，然后将其置于与超声波分散器中分散10min，形成纳米颗粒溶液。然后，将0.5g十二烷基苯磺酸钠和0.1g氨基三甲叉膦酸四钠同时加入上述纳米颗粒溶液中，利用高速搅拌机在10000rpm条件下搅拌1min即可得到起泡液。将20g起泡液注入高温高压泡沫仪中，泡沫仪温度设为150℃、压力为7MPa，以速度150ml/min注入氮气，最大泡沫高度为12.5cm，泡沫半衰期为5.2min。
实施例2：
将0.05g氧化石墨烯(其比表面积420m2/g)、0.15g锂皂石(其比表面积370m2/g)置于99.1g 60℃水中充分分散，利用高速搅拌机在10000rpm条件下搅拌5min，然后将其置于与超声波分散器中分散10min，形成纳米颗粒溶液。然后，将0.5g十二烷基苯磺酸钠、0.2g羟基乙叉二膦酸钾同时加入上述纳米颗粒溶液中，利用高速搅拌机在10000rpm条件下搅拌1min即可得到起泡液。将20g起泡液注入高温高压泡沫仪中，泡沫仪温度设为150℃、压力为7MPa，以速度150ml/min注入氮气，最大泡沫高度为12.9cm，泡沫半衰期为5.1min。
实施例3：
将2.5g纳米蒙脱石(其比表面积112m2/g)置于96.7g 60℃水中充分分散，利用高速搅拌机在10000rpm条件下搅拌5min，然后将其置于与超声波分散器中分散10min，形成纳米颗粒溶液。然后，将0.5g十二烷基苯磺酸钠、0.1g羟基乙叉二膦酸钾、0.2g多聚磷酸钠同时加入上述纳米颗粒溶液中，利用高速搅拌机在10000rpm条件下搅拌1min即可得到起泡液。将20g起泡液注入高温高压泡沫仪中，泡沫仪温度设为150℃、压力为7MPa，以速度150ml/min注入氮气，最大泡沫高度为11.6cm，泡沫半衰期为6.1min。
实施例4：
将1.5g纳米蒙脱石(其比表面积112m2/g)、0.3g锂皂石(其比表面积370m2/g)置于97.3g 60℃水中充分分散，利用高速搅拌机在10000rpm条件下搅拌5min，然后将其置于与超声波分散器中分散10min，形成纳米颗粒溶液。然后，将0.5gα-烯烃磺酸钠、0.25g羟基乙叉二膦酸钾、0.15g多聚磷酸钠同时加入上述纳米颗粒溶液中，利用高速搅拌机在10000rpm条件下搅拌1min即可得到起泡液。将20g起泡液注入高温高压泡沫仪中，泡沫仪温度设为150℃、压力为7MPa，以速度150ml/min注入氮气，最大泡沫高度为11.8cm，泡沫半衰期为5.3min。
实施例5：
将1g纳米蒙脱石(其比表面积112m2/g)、0.1g氧化石墨烯(其比表面积370m2/g)置于98.1g 60℃水中充分分散，利用高速搅拌机在10000rpm条件下搅拌5min，然后将其置于与超声波分散器中分散10min，形成纳米颗粒溶液。然后，将0.4gα-烯烃磺酸钠、0.2g羟基乙叉二膦酸钾、0.2g氨基三甲叉膦酸四钠同时加入上述纳米颗粒溶液中，利用高速搅拌机在10000rpm条件下搅拌1min即可得到起泡液。将20g起泡液注入高温高压泡沫仪中，泡沫仪温度设为150℃、压力为7MPa，以速度150ml/min注入氮气，最大泡沫高度为12.0cm，泡沫半衰期为5.5min。
实施例6：
以“实施例1-5”中获得的泡沫体系为研究对象，考察本发明所提供的泡沫体系的封堵、驱油能力。利用长度为500mm、内径为25mm的钢制填砂管模型进行泡沫的封堵、驱油能力评价，实验装置如图1所示，具体实验流程如下：将填砂管饱和水，饱和油建立束缚水饱和度，一次水驱至含水率达98％后转注0.5PV(裂缝模型孔隙体积)泡沫体系，然后再转后续水驱，驱替过程中回压设置为3MPa、温度为150℃。(具体的实验过程，参见SY/T 6955-2013:注蒸汽泡沫提高石油采收率室内评价方法)实验结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002218344810000061
以上实验结果表明：本发明提供的泡沫体系，特别是含纳米蒙脱石的泡沫体系的封堵、驱油能力优异，可显著提高稠油油藏热采采收率。

Claims (10)

1.一种片层纳米颗粒增效的耐温高强度泡沫体系，所述泡沫体系由以下按照重量份计的组分构成：
高温起泡剂0.1-6份；片状纳米颗粒0.05-3份；界面调节剂0.01-3份；余量为水；
其中上述组分的重量份之和为100。
2.根据权利要求1所述的泡沫体系，所述泡沫体系由以下按照重量份计的组分构成：
高温起泡剂0.2-3份，优选0.3-1份；片状纳米颗粒0.1份-2.8份，优选0.1份-2份；界面调节剂0.03份-1份，优选0.05份-0.5份；余量为水；
其中上述组分的重量份之和为100。
3.根据权利要求1或2所述的泡沫体系，其特征在于所述高温起泡剂为烷基苯磺酸钠、α-烯烃磺酸钠、或其混合物。
4.根据权利要求1所述的泡沫体系，其特征在于所述片状纳米颗粒为氧化石墨烯、锂皂石或纳米蒙脱石、或其混合物；
所述片状纳米颗粒优选纳米蒙脱石，或含纳米蒙脱石的混合物，其中纳米蒙脱石占80重量％以上，例如82-95重量％，基于片状纳米颗粒总重量计。
5.根据权利要求4所述的泡沫体系，其特征在于所述片状纳米颗粒中，锂皂石和氧化石墨烯的比表面积为300m2/g以上，优选350m2/g以上，例如360-500m2/g；
纳米蒙脱石的比表面积为85m2/g以上，优选100m2/g以上，例如110-140m2/g。
6.根据权利要求1所述的泡沫体系，其特征在于所述界面调节剂为含磷界面调节剂，例如为氨基三甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸或多聚磷酸的碱金属盐，或其混合物。
7.根据权利要求6所述的泡沫体系，其特征在于所述界面调节剂为氨基三甲叉膦酸四钠、羟基乙叉二膦酸钾或多聚磷酸钠，或其混合物。
8.根据权利要求1至7任一项所述的泡沫体系的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将片状纳米颗粒分散于水中，制得分散的纳米颗粒溶液；
(3)在搅拌下，将高温起泡剂、界面调节剂依次或同时加入上述纳米颗粒溶液中，得到泡沫体系。
9.根据权利要求8所述的泡沫体系，其中步骤(1)中，分散首先采用高速搅拌机，然后采用超声波分散进行。
10.根据权利要求8所述的泡沫体系，其中步骤(2)中，搅拌在8000rpm以上，例如10000rpm以上的转速下进行30秒以上，例如60秒以上。
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