CN111088005A - 增强驱油用表面活性剂组合物注入性能的方法及组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

增强驱油用表面活性剂组合物注入性能的方法及组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种增强驱油用表面活性剂组合物注入性能的方法及组合物及其制备方法和应用，主要解决现有表面活性剂组合物在溶液配制过程中容易形成絮凝、沉淀、液晶等影响其注入性能的问题。本发明通过采用一种驱油用表面活性剂组合物，包括阳离子表面活性剂、阴离子‑非离子表面活性剂和油性组分；其中，所述的阳离子表面活性剂与阴离子‑非离子表面活性剂的摩尔比为1:0.01～1:100，所述阳离子表面活性剂与阴离子‑非离子表面活性剂总的质量与油性组分的质量比为1:(0.1～10)的技术方案，较好地解决了该问题，可用于油田提高采收率的现场应用中。

Description

增强驱油用表面活性剂组合物注入性能的方法及组合物及其 制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种增强驱油用表面活性剂组合物注入性能的方法及组合物及其制备方法和应用。
背景技术
随着世界能源需求的增加，石油的合理开发利用已引起人们的极大重视，对石油的开采量及开采效率的要求也越来越高。实现油气资源的高效开采，对于提高原油产量不仅具有现实意义，更具有重要的战略意义。常规的采油方法(一次和二次法)一般仅采出原油地质储量的1/3，还有约2/3的原油未能采出，因此在能源日趋紧张的情况下，提高采油率已成为石油开采研究的重大课题。三次采油技术则是一种有效的提高采油率的方法。
三次采油，是对比一次采油、二次采油而言的。通俗地讲，在石油开采初期，只是利用地层的天然能量开采石油，称为一次采油，其采收率仅为10％左右。通过向地层补充能量来开采石油的方法，如注水、注气等，称为二次采油。目前世界上已有大量油田采用二次采油方法，但采收率一般也只能达到25％到40％左右。三次采油是利用物理、化学和生物等手段，继续开采地下剩余的石油，以此提高原油采收率的方法。在石油开采中应用表面活性剂采油的研究起始于二十世纪三十年代初，发展至今，已经在油田是提高采收率的一个重要手段，在理论和实践上都有了很大的进展。目前，基本形成了以下几种注入体系：活性水驱，泡沫驱油，低界面张力体系驱油等。
使用表面活性剂能提高原油采收率的主要机理是：在油田进入高含水期后，剩余油以不连续的油膜被圈闭在油藏岩石的孔隙中，作用于油珠上的两个主要力是粘滞力和毛细管力，如果选用合适的表面活性剂体系，降低油水间的界面张力，使储油层油水间的界面张力从20～30mN/m降至较低或超低值(10-3～10-4mN/m)，便能减少使剩余油移动时油珠变形所带来的阻力，从而大幅提高驱油效率。
目前，国内外三次采油表面活性剂应用的最多的还是石油磺酸盐，重烷基苯磺酸盐等炼油副产物改性的表面活性剂，这类表面活性剂的特点是取材广泛、价格低廉。但是，这类表面活性剂也存在着性能不够稳定，耐盐特别耐二价阳离子性能较差等一系列问题，不能适用于高温、高矿化度的油田区块。因此开发新型的表面活性剂对于我国三次采油产业具有极为重要的意义。目前，在普通油藏(一、二类油藏)中已经有表面活性剂被成功应用(CN1458219A)，但是对于高温、高矿化度的油藏来说，对一、二类油藏来说效果较好的表面活性剂则不能有效降低界面张力，并表现为化学结构易变，严重的色谱分离等等，不能胜任。
目前三次采油用表面活性剂大多采用多元复配体系，由于表面活性剂体系，以及表面活性剂和聚合物体系过于复杂，在溶液配制阶段容易出现絮凝和沉淀，给现场注入带来困难，特别是低渗油藏，会造成不可逆转的地层伤害。为此，发明了一种表面活性剂组合，克服了阴、阳离子表面活性剂复配时溶液浑浊和容易出现絮凝、沉淀等缺点，增强了阴阳复配表面活性剂的注入性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是解决现有技术中含表面活性剂溶液，特别是含阴阳复配表面活性剂溶液的驱油剂在配制过程中形成浑浊、沉淀、絮凝、液晶等，降低了溶液的注入性能得技术难题。提供一种注入性能改善的驱油用表面活性剂组合物，该驱油用表面活性剂组合物不会形成浑浊、沉淀、絮凝、液晶等，具有注入性能好的优点。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的注入性能改善的驱油用表面活性剂组合物的制备方法。
本发明所要解决的技术问题之三是提供一种与解决技术问题之一相对应的注入性能改善的驱油用表面活性剂组合物的应用。
本发明所要解决的技术问题之四是解决现有技术中阴阳复配表面活性剂溶液在配制过程中形成浑浊、沉淀、絮凝、液晶等，降低了溶液的注入性能得技术难题。提供一种一种提高驱油用表面活性剂组合物注入性能的方法，通过在阴阳复配表面活性剂时加入油性组分的方法，解决了该问题，具有注入性能好的优点。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种驱油用表面活性剂组合物，包括阳离子表面活性剂、阴离子-非离子表面活性剂和油性组分；其中，所述的阳离子表面活性剂与阴离子-非离子表面活性剂的摩尔比为1:0.01～1:100，所述阳离子表面活性剂与阴离子-非离子表面活性剂总的质量与油性组分的质量比为1:(0.1～10)。
上述技术方案中，所述阳离子表面活性剂选自季铵盐或季胺碱中的至少一种。
上述技术方案中，所述阴离子-非离子表面活性剂分子通式为：
Figure BDA0001837991790000031
其中M为碱金属、碱土金属或铵根离子中的任意一种，R为H、C1～C20的烷基、芳基、COOM或SO3M中的任意一种，R′为C1～C10的烷基，n为0～15中的任意一个整数， m为0～15中的任意一个整数，乙氧基聚合度X为0.1～100中的任意一个整数或小数； M为阳离子或阳离子基团，进一步优选自Na+、K+、Mg2+、Ca2+或NH4 +中的任意种。
上述技术方案中，所述阳离子表面活性剂优选方案选自四烷基氯化铵或四烷基氢氧化铵中的至少一种；所述阴离子-非离子表面活性剂中阳离子M优选方案选自Na、K、Mg、Ca或NH4 +中的任意一种；所述取代基R优选方案为H、C5～C15的烷基、芳基、COOM 或SO3M中的任意一种；所述间隔基R′优选方案为C1～C5的烷基；所述m、n优选方案为0～10中的任意一个整数；乙氧基聚合度X优选方案为1～20中的任意一个整数或小数；所述阳离子表面活性剂与阴离子-非离子表面活性剂的摩尔比优选方案为1∶0.1～1∶10。
上述技术方案中，所述油性组分优选为烃油、合成脂肪酸酯、动植物油、硅油中的一种或两种以上。其中烃油优选为碳原子数8-30的直链烷烃、支链烷烃、环烷烃、带侧链的环烷烃、烯烃、聚烯烃中的一种或两种以上。
上述技术方案中，所述组合物还优选包括驱油用聚合物；其中，所述阳离子表面活性剂与阴离子-非离子表面活性剂总的质量与聚合物、油性组分的质量比为1:(0.1～10):(0.1～10)。
上述技术方案中，所述驱油用聚合物并无特殊限定，可以是本领域常用的各类驱油用聚合物，例如但不限定优选为聚丙烯酰胺、黄原胶等。
为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种上述解决技术问题之一所述技术方案中任一所述的驱油用表面活性剂组合物的制备方法，包括以下步骤：
将所需量的所述阳离子表面活性剂、阴离子-非离子表面活性剂和油性组分以及任选的所述聚合物与水混合均匀，静置，获得无分相、无沉淀的透明溶液，得到所述的驱油用表面活性剂组合物。
上述技术方案中，所述水没有特殊要求，可以是淡水或盐水，也可以是油田现场水，优选将所述阳离子表面活性剂、阴离子-非离子表面活性剂和油性组分以及任选的所述聚合物溶于0-300000矿化度的水中，所述阳离子表面活性剂、阴离子-非离子表面活性剂总的质量百分浓度<10％,充分混合均匀后在0-150℃静置，获得无沉淀、无絮凝、无液晶的透明溶液，即为所述的驱油用表面活性剂组合物。
为解决上述技术问题之三，本发明采用的技术方案如下：一种上述解决技术问题之一所述技术方案中任一所述的驱油用表面活性剂组合物的应用方法。
上述技术方案中，所述应用方法并无特殊限定，本领域技术人员可以根据现有采用工艺将所述的驱油用表面活性剂组合物加以应用。
为解决上述技术问题之四，本发明采用的技术方案如下：一种提高驱油用表面活性剂组合物注入性能的方法，包括向所述表面活性剂组合物中加入所述表面活性剂组分0.1～10 倍质量份的油性组分的步骤。
上述技术方案中，所述油性组分优选为烃油、合成脂肪酸酯、动植物油、硅油中的一种或两种以上；所述驱油用表面活性剂组合物中的表面活性剂组分包括阳离子表面活性剂与阴离子-非离子表面活性剂，阳离子表面活性剂与阴离子-非离子表面活性剂摩尔比为1: 0.01～1:100；还可以包含聚合物组分；例如上述解决技术问题之一所述技术方案中任一所述的驱油用表面活性剂组合物以及其中的各组分。
本发明通过所述组成的驱油用表面活性剂组合物以及所述提高驱油用表面活性剂组合物注入性能的方法，很好的解决了现有技术中存在的阴阳复配表面活性剂溶液在配制过程中形成浑浊、沉淀、絮凝、液晶等问题，大大提高了驱油用表面活性剂组合物的注入性能。
采用本发明的技术方案，得到的驱油用表面活性剂组合物，在配制过程和使用中不会形成浑浊、沉淀、絮凝、液晶，注入性能大大提高，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施方式
【实施例1】
将壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基三甲基氯化铵按摩尔比7:3配制成0.5％的表面活性剂溶液，溶液矿化度3％，将正十八烷加入上述溶液，阴阳离子表面活性剂和正十八烷按质量比5：(0～1)，75℃下溶液性能如下表1：
表1
比例 浑浊度 分层 沉淀 液晶
5：0 浑浊 无 无 无
5：0.2 清澈 无 无 无
5：0.5 清澈 无 无 无
5：1 清澈 无 沉淀 无
【实施例2】
将壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基三甲基氯化铵按摩尔比65:35配制成1％的表面活性剂溶液，溶液矿化度3％，将正十六烷加入上述溶液，阴阳离子表面活性剂和正十六烷质量比5：(0～1)，75℃溶液性能如下表2：
表2
比例 浑浊度 分层 沉淀 液晶
5：0 浑浊 无 无 无
5：0.2 清澈 无 无 无
5：0.5 清澈 分层 沉淀 无
5：1 清澈 分层 沉淀 无
【实施例3】
将十二烷基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十八烷基三甲基氯化铵按摩尔比65:35配制成0.5％的表面活性剂溶液，溶液矿化度3.5％,将环己烷加入上述溶液，阴阳离子表面活性剂和环己烷质量比5：(0～1)，65℃溶液性能如下表3：
表3
比例 浑浊度 分层 沉淀 液晶
5：0 浑浊 无 无 无
5：0.2 清澈 无 无 无
5：0.5 清澈 分层 无 无
5：1 清澈 分层 沉淀 无
【实施例4】
将异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基苄基二甲基氯化铵按摩尔比68:32配置成0.5％的表面活性剂溶液，溶液矿化度1.5％,将正十八烷加入上述溶液，阴阳离子表面活性剂和正十八烷质量比5：(0～1)，溶液粒径如下表4：
表4
比例 PDI 平均粒径
5：0 0.312 247
5：0.2 0.234 192
【实施例5】
将壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基三甲基氯化铵按摩尔比65:35配置成0.1％的表面活性剂溶液，将正十八烷加入溶液，阴阳离子表面活性剂和正十八烷质量比5：(0～0.2)，油水界面张力如下表5：
表5
比例 IFT(mN/m)
5：0 7.1×10<sup>-3</sup>mN/m
5：0.2 6.3×10<sup>-3</sup>mN/m
【实施例6】
将壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基三甲基氯化铵按摩尔比65:35配置成0.5％的表面活性剂溶液，溶液矿化度3.5％,将正十八烷加入溶液，阴阳离子表面活性剂和正十八烷质量比5：(0～0.2)，该表面活性剂组合与原油按体积比1：1混合，60℃下平衡14天，观察相态得增溶参数如下表6：
表6
比例 增溶参数
5：0 8
5：0.2 10
【实施例7】
将壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基三甲基氯化铵按摩尔比65:35配置成0.5％的表面活性剂溶液，溶液矿化度3.5％,将正十八烷加入溶液，阴阳离子表面活性剂和正十八烷质量比5：(0～0.2)。岩心伤害结果如下表7：
表7
比例 岩心伤害率％
5：0 33.4
5：0.2 11.2
【实施例8】
将十二烷基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十八烷基三甲基氯化铵按摩尔比65:35配制成0.5％的表面活性剂溶液，溶液矿化度1％,将环己烷加入上述溶液，阴阳离子表面活性剂和环己烷质量比5：0.2，95℃平衡后用上述溶液进行吸附损耗测量：将溶液与石英砂按3:1混合， 95℃、震荡频率170次/分条件下吸附24小时，将溶液离心测量剩余表面活性剂含量，得到吸附量为1.65mg/g。
【实施例9】
将壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基三甲基氯化铵、聚合物Flopaam3330S和正十八烷按一定比例配制成溶液，阴阳离子表面活性剂、聚合物、正十八烷按质量比5：1:(0～1)，溶液矿化度3％,75℃溶液性能如下表8：
表8
比例 浑浊度 分层 沉淀 液晶
5：1：0 较浑浊 分层 沉淀 无
5：1：0.2 清澈 分层 无 无
5：1：0.5 清澈 无 无 无
5：1：1 清澈 无 无 无
【实施例10】
将壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基三甲基氯化铵、聚合物Flopaam3330S和正十六烷按一定比例配制成溶液，阴阳离子表面活性剂、聚合物、烷烃按质量比5：1:(0～1)，溶液性能如下表9：
表9
比例 浑浊度 分层 沉淀 液晶
5：1：0 较浑浊 分层 沉淀 无
5：1：0.2 清澈 无 无 无
5：1：0.5 清澈 分层 沉淀 无
5：1：1 清澈 分层 沉淀 无
【实施例11】
将十二烷基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基三甲基氯化铵、聚合物Flopaam1630S和正十六烷按一定比例配制成溶液，阴阳离子表面活性剂(摩尔比55:45)、聚合物、烷烃按质量比5：1:(0～1)，矿化度10000mg/l，100℃溶液性能如下表10：
表10
比例 浑浊度 分层 沉淀 液晶
5：1：0 较浑浊 分层 沉淀 无
5：1：0.2 清澈 分层 沉淀 无
5：1：0.5 清澈 无 无 无
5：1：1 清澈 无 无 无
【实施例12】
将十二烷基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十八烷基三甲基氯化铵、聚合物ZL-Ⅱ和正十六烷按一定比例配制成溶液，阴阳离子表面活性剂(摩尔比6:4)、聚合物、烷烃按质量比5：1:(0～1)，矿化度8000mg/l，碳酸钠0.3％，75℃溶液性能如下表11：
表11
比例 浑浊度 分层 沉淀 液晶
5：1：0 浑浊 无 沉淀 无
5：1：0.2 浑浊 无 沉淀 无
5：1：0.5 清澈 无 无 无
5：1：1 清澈 分层 无 无
【实施例13】
将壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基三甲基氯化铵、聚合物Flopaam3330S和正十八烷按一定比例配制成溶液，阴阳离子表面活性剂(摩尔比65:35)、聚合物、正十八烷按质量比5：1:(0～0.5)，溶液矿化度3.5％，溶液粒径如下表12：
表12
比例 PDI 平均粒径
5：1：0 0.56 346
5：1：0.5 0.172 203
【实施例14】
将壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基三甲基氯化铵、聚合物Flopaam3330S和正十八烷按一定比例配制成溶液，阴阳离子表面活性剂(摩尔比7:3)、聚合物、正十八烷按质量比5：1:(0～0.5)，60℃油水界面张力如下表13：
表13
比例 IFT(mN/m)
5：1：0 6.54×10<sup>-3</sup>mN/m
5：1：0.5 5.13×10<sup>-3</sup>mN/m
【实施例15】
将壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基三甲基氯化铵、聚合物Flopaam3330S和正十八烷按一定比例配制成溶液，阴阳离子表面活性剂(摩尔比7:3)、聚合物、烷烃按质量比5：1:(0～0.5).该表面活性剂组合与原油按体积比1：1混合，观察相态得增溶参数如下表14：
表14
比例 增溶参数
5：1：0 10
5：1：0.5 10
【实施例16】
将壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐、十六烷基三甲基氯化铵、聚合物Flopaam3330S和正十八烷按一定比例配制成溶液，阴阳离子表面活性剂(摩尔比7:3)、聚合物、烷烃按质量比5：1:(0～0.5)，矿化度3.5％。岩心伤害结果如下表15：
表15
比例 岩心伤害率％
5：1：0 37.6
5：1：0.5 10.2

Claims (10)

1.一种驱油用表面活性剂组合物，包括阳离子表面活性剂、阴离子-非离子表面活性剂和油性组分；其中，所述的阳离子表面活性剂与阴离子-非离子表面活性剂的摩尔比为1:0.01～1:100，所述阳离子表面活性剂与阴离子-非离子表面活性剂总的质量与油性组分的质量比为1:(0.1～10)。
2.根据权利要求1所述驱油用表面活性剂组合物，其特征在于所述阳离子表面活性剂选自季铵盐或季胺碱中的至少一种。
3.根据权利要求1所述驱油用表面活性剂组合物，其特征在于所述的阴离子-非离子表面活性剂分子通式为：
CH3(CH2)nCH(CH2)m(OCH2CH2)xR'SO3M CH3(CH2)nCH(CH2)m(OCH2CH2)xR'COOM
Figure FDA0001837991780000011
其中，R为H、C1～C20的烷基、芳基、COOM、SO3M中的任意种，R′为C1～C10的烷基，n为0～10中的任意一个整数，m为0～10中的任意一个整数，乙氧基聚合度x为0.1～100中的任意一个整数或小数；M为阳离子或阳离子基团，进一步优选自Na+、K+、Mg2+、Ca2+或NH4 +中的任意种。
4.根据权利要求1所述驱油用表面活性剂组合物，其特征在于所述油性组分为烃油、合成脂肪酸酯、动植物油、硅油中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述驱油用表面活性剂组合物，其特征在于所述组合物还包括驱油用聚合物；其中，所述阳离子表面活性剂与阴离子-非离子表面活性剂总的质量与聚合物、油性组分的质量比为1:(0.1～10):(0.1～10)。
6.根据权利要求5所述驱油用表面活性剂组合物，其特征在于所述驱油用聚合物为聚丙烯酰胺、黄原胶中的至少一种。
7.一种权利要求1～6任一所述的驱油用表面活性剂组合物的制备方法，包括以下步骤：
将所需量的所述阳离子表面活性剂、阴离子-非离子表面活性剂和油性组分以及任选的所述聚合物与水混合均匀，静置，获得无分相、无沉淀的透明溶液，得到所述的驱油用表面活性剂组合物。
8.一种权利要求1～6任一所述的驱油用表面活性剂组合物的应用方法。
9.一种提高驱油用表面活性剂组合物注入性能的方法，其特征在于向所述表面活性剂组合物中加入所述表面活性剂组分0.1～10倍质量份的油性组分。
10.根据权利要求9所述的提高驱油用表面活性剂组合物注入性能的方法，其特征在于所述油性组分为烃油、合成脂肪酸酯、动植物油、硅油中的一种或两种以上；所述驱油用表面活性剂组合物中的表面活性剂组分包括阳离子表面活性剂与阴离子-非离子表面活性剂，阳离子表面活性剂与阴离子-非离子表面活性剂摩尔比为1:0.01～1:100。
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