CN111088017B

CN111088017B - 一种基于低聚剂的多效驱油体系及其应用

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Publication number: CN111088017B
Application number: CN202010008562.6A
Authority: CN
Inventors: 孙焕泉; 秦冰; 张宗檩; 乔富林; 曹绪龙; 江建林; 祝仰文; 高敏; 石静; 于群
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp; Exploration and Development Research Institute of Sinopec Shengli Oilfield Co
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp; Exploration and Development Research Institute of Sinopec Shengli Oilfield Co
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2022-01-11
Anticipated expiration: 2040-01-03
Also published as: CN111088017A

Abstract

本发明公开了一种基于低聚剂的多效驱油体系，由乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂、润湿剂和水组成。乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂占0.01%～0.2%，润湿剂占0.05%～0.5%，余量为水。本发明所述新型乙氧基型低聚表面活性剂如式所示，为实验室自制。本发明所述润湿剂选自支链或支链烷基醇聚氧乙烯醚。本发明的多效驱油体系兼具润湿反转和稠油降粘作用，能够有效降低稠油的粘度，大幅降低稠油在岩石空隙中的粘滞力；而且，能够使油湿油藏实现润湿反转，提高原油剥离效率，在多效协同作用下可有效提高水驱稠油采收率。

Description

一种基于低聚剂的多效驱油体系及其应用

技术领域

本发明涉及一种多效驱油体系，具体涉及一种含有特定乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂和润湿剂组成的驱油体系，以及该驱油体系在水驱稠油油藏开采技术中的应用，属于石油开采技术领域。

背景技术

水驱稠油是稠油开采的关键技术之一，其开采成本相比蒸汽热采技术更低，经济效益更好，因此应用前景非常好。由于稠油具有粘度高、密度大、流动性差等特点，如何有效降低稠油的粘度是水驱稠油的关键问题之一。

目前，乳化降粘法能够较好地降低稠油粘度，提高稠油采收率。乳化降粘法的关键在于稠油乳化降粘剂的筛选。针对不同油田区块的稠油，研究者筛选得到了多种分子结构的稠油乳化降粘剂，同时也发现了很多新型稠油降粘剂分子，低聚表面活性剂就是一种高效低耗的新型降粘剂。CN106032466A公开了一种含有低聚表面活性剂的稠油乳化降粘剂，其组成包括非离子型表面活性剂、阴离子型低聚表面活性剂、醇和水，该降粘剂对超特稠油和沥青含量高的稠油具有较好的降粘效果，适用于矿化度50000mg/L，但钙镁离子浓度不大于2000mg/L 的矿化水。另一方面，该降粘剂使用浓度低、成本低，使用时无需加碱。

另外，润湿反转是提高水驱稠油采收率的一种有效措施。润湿性是岩石最重要的参数，它影响油水在岩石孔道中的分布、毛细压力特征、水驱替油的流动性质和残余油饱和度及分布。一般来说，对水湿性储层来说，水占据岩石小孔，而油位于大孔中，对油湿性储层则相反。实验和研究表明，一次采油、二次采油和三次采油效率由岩石基质总的润湿性控制，水湿性储层的采收率高于油湿性储层。润湿性反转不仅解决油水液相问题，还解决固相(岩石) 问题。地层润湿性反转(油湿变水湿)后既提高返排速度，又可提高采油速率，进而提高整体采收效益。

润湿剂的加入能够将岩石基质由油湿转变为水湿，从而实现地层岩石表面润湿反转，提高原油剥离效率。CN 101892040 B公开了一种润湿剂，该润湿剂在二元驱过程中使得亲油油层转变为强水湿油层，可大幅提高采收率10.47％。

因此，研发兼具降粘和润湿反转功能的多功能驱油体系是提高水驱稠油采收率的重要方向。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种多效驱油体系，是基于乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂和润湿剂的驱油体系，其兼具润湿反转和稠油降粘多重功能，能够有效提高水驱稠油采收率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种基于低聚剂的多效驱油体系，所述多效驱油体系由以下成分及其质量百分比组成：乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂0.01％～0.2％，润湿剂0.05％～0.5％，余量为水。

优选地，所述乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂，选自式I、式II、式III所示结构之一；

式中n表示烷基链碳原子数，n为8～16；X为卤素原子；R₁为聚乙氧基(CH₂CH₂O)_mH，其中m为分子内每个R₁基团中所含乙氧基数目的平均值。

进一步优选地，烷基链碳原子数n为10～14，乙氧基数目m为3～10。

进一步优选地，式I、式II、式III所示乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂，烷基链碳原子数n均为12，乙氧基数目m为3，X为Br。具体地，式I所示结构式命名为C₃H₆-2C₁₂EO₃，式II所示结构式命名为C₃H₅-3C₁₂EO₃，式III所示结构式命名为C₅H₈-4C₁₂EO₃。

优选地，所述润湿剂为烷基醇聚氧乙烯醚，所述润湿剂的烷基尾链可以为直链或支链烷基链，其链长为6～20，优选为10～16；所述烷基醇聚氧乙烯基醚的聚合度可以为1～30，优选为3～10。

进一步优选地，所述润湿剂可以选自工业润湿剂JFC-S、XP-80及E1310中的一种。

本发明提供以上所述的多效驱油体系的制备方法，所述方法包括以下步骤：将水与乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂混合，搅拌至完全溶解，然后加入润湿剂，搅拌均匀，即得。在制备过程中，搅拌温度为15～30℃，搅拌速度为200～400rpm。

本发明还提供以上所述的多效驱油体系在提高水驱稠油油藏采收率中的应用。

本发明的表面活性剂驱油体系，兼具润湿反转和降低稠油粘度双重作用。采用本发明的表面活性剂驱油体系，能够实现储层岩石表面的润湿反转，提高稠油的剥离效率；同时，体系中的低聚表面活性剂能够起到降低稠油粘度的效果，使得本发明的表面活性剂驱油体系能够有效提高水驱稠油采收率。

本发明所引述的所有文献，它们的全部内容通过引用并入本文，并且如果这些文献所表达的含义与本发明不一致时，以本发明的表述为准。此外，本发明使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。

下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。

制备例1制备乙氧基季铵盐型二聚表面活性剂C₃H₆-2C₁₂EO₃

(1)将称量好的原料十二胺18.5g(100毫摩尔)加入装有搅拌装置的反应釜中，边通氮气边加热至150℃，40分钟后加入环氧乙烷26.4g(600毫摩尔)，温度维持在150℃，控制压力<0.80MPa，搅拌反应1小时，反应结束后用氮气吹扫体系，冷却后中和、脱水，得中间体十二烷基聚氧乙烯醚叔胺44克，产率98％。

(2)称取中间体十二烷基聚氧乙烯醚叔胺22.5克(50毫摩尔)和1,3-二溴丙烷4克(20 毫摩尔)。将称量好的原料加入至带有回流和搅拌装置的反应器中，加入800克异丙醇，回流反应3天后，停止反应，减压蒸除溶剂，经重结晶后，得到10.7克纯的产物C₃H₆-2C₁₂EO₃，产率49％；其结构式如下式所示：

制备例2制备乙氧基季铵盐型三聚表面活性剂C₃H₅-3C₁₂EO₃

(1)中间体十二烷基聚氧乙烯醚叔胺的制备同实施例1。

(2)称取中间体十二烷基聚氧乙烯醚叔胺22.5克(50毫摩尔)和1,2,3-三溴丙烷4.18 克(15毫摩尔)。将称量好的原料加入至带有回流和搅拌装置的反应器中，加入800克异丙醇，回流反应3天后，停止反应，减压蒸除溶剂，经重结晶后，得到8.5克纯的产物C₃H₅-3C₁₂EO₃，产率35％；其结构式如下式所示：

制备例3制备乙氧基季铵盐型四聚表面活性剂C₅H₈-4C₁₂EO₃

(1)中间体十二烷基聚氧乙烯醚叔胺的制备同实施例1。

(2)称取中间体十二烷基聚氧乙烯醚叔胺22.5克(50毫摩尔)和四溴季戊四醇3.84克 (10毫摩尔)。将称量好的原料加入至带有回流和搅拌装置的反应器中，加入800克异丙醇，回流反应3天后，停止反应，减压蒸除溶剂，经重结晶后，得到4.36克纯的产物C₅H₈-4C₁₂EO₃，产率20％；其结构式如下式所示：

实施例1一种基于低聚剂的多效表面活性剂驱油体系

所述多效表面活性剂驱油剂体系的组分及其质量百分比为：0.05％乙氧基季铵盐型二聚表面活性剂C₃H₆-2C₁₂EO₃，0.1％润湿剂JFC-S，余量为水。

所述多效表面活性剂驱油剂体系的制备方法为：

按上述质量百分比，将量水与乙氧基季铵盐型二聚表面活性剂C₃H₆-2C₁₂EO₃混合，使 C₃H₆-2C₁₂EO₃完全溶解，配制得到0.05％的C₃H₆-2C₁₂EO₃水溶液。然后再向溶液中加入润湿剂JFC-S，机械搅拌1～5h至完全均匀，配制成多效表面活性剂驱油剂体系。制备过程中的水均选择矿化水，矿化度为20 000mg/L。机械搅拌条件为25℃，搅拌转速为300rpm。

实施例2一种基于低聚剂的多效表面活性剂驱油体系

所述多效表面活性剂驱油剂体系的组分及其质量百分比组成为：0.01％乙氧基季铵盐型二聚表面活性剂C₃H₆-2C₁₂EO₃，0.5％润湿剂JFC-S，余量为水。

所述多效表面活性剂驱油剂体系的制备方法同实施例1。

实施例3一种基于低聚剂的多效表面活性剂驱油体系

所述多效表面活性剂驱油剂体系的组分及其质量百分比组成为：0.2％乙氧基季铵盐型二聚表面活性剂C₃H₆-2C₁₂EO₃，0.05％润湿剂JFC-S，余量为水。

所述多效表面活性剂驱油剂体系的制备方法同实施例1。

实施例4一种基于低聚剂的多效表面活性剂驱油体系

所述多效表面活性剂驱油剂体系的组分及其质量百分比组成为：0.08％乙氧基季铵盐型三聚表面活性剂C₃H₅-3C₁₂EO₃，0.2％润湿剂JFC-S，余量为水。

所述多效表面活性剂驱油剂体系的制备方法同实施例1。

实施例5一种基于低聚剂的多效表面活性剂驱油体系

所述多效表面活性剂驱油剂体系的组分及其质量百分比组成为：0.1％乙氧基季铵盐型四聚表面活性剂C₅H₈-4C₁₂EO₃，0.2％润湿剂JFC-S，余量为水。

所述多效表面活性剂驱油剂体系的制备方法同实施例1。

实施例6一种基于低聚剂的多效表面活性剂驱油体系

所述多效表面活性剂驱油剂体系的组分及其质量百分比组成为：0.05％乙氧基季铵盐型二聚表面活性剂C₃H₆-2C₁₂EO₃，0.08％润湿剂XP-80，余量为水。

所述多效表面活性剂驱油剂体系的制备方法同实施例1。

实施例7一种基于低聚剂的多效表面活性剂驱油体系

所述多效表面活性剂驱油剂体系的组分及其质量百分比组成为：0.05％乙氧基季铵盐型二聚表面活性剂C₃H₆-2C₁₂EO₃，0.05％润湿剂E-1310，余量为水。

所述多效表面活性剂驱油剂体系的制备方法同实施例1。

对比例1

按照实施例1的方法制备表面活性剂驱油剂，不同的是，驱油剂中不含润湿剂JFC-S。

对比例2

按照实施例1的方法制备表面活性剂驱油剂，不同的是，将乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂C₃H₆-2C₁₂EO₃替换为商购的单链阳离子季铵盐表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)制得复合表面活性剂驱油剂。

测试例1

依据标准SY/T 5153-2007中的接触角法，测定了各实施例及对比例中室温下液滴在岩片表面的润湿角，如表1所示。实验用油为胜利油田稠油S(采用Haake VT550旋转粘度计测得其80℃粘度为465mPa·s)。

测试例2

对表1中的各实施例进行稠油降粘率的测定。试验用油为胜利油田稠油S(采用Haake VT550旋转粘度计测得其80℃粘度为465mPa·s)。

稠油降粘率的测定则依照中国发明专利申请CN 103048229 A中的测试方法进行，具体步骤如下：

(a)取稠油样品20克置于蒸馏烧瓶中；

(b)向蒸馏烧瓶中加入10克实施例中的驱油剂体系溶液；

(c)用玻璃棒充分搅拌，形成乳状液，在80℃下测其粘度；

(d)通过测定的粘度，用下式计算出稠油降粘率：

M＝[(η₁-η₂)/η₁]×100％

式中，η₁是指原油粘度(mPa·s)；

η₂是指原油乳状液粘度(mPa·s)；

M是降粘率。

各实施例的接触角及降粘率结果如表1所示。

表1实施例与对比例的接触角和降粘率结果

实施例1～7与对比例1的接触角结果表明，在本发明限定的加量范围内，润湿剂的加入能够明显提高驱油体系的润湿能力，将疏水表面翻转为水湿。而且，三种合成的乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂降黏性能均明显优于单链季铵盐表面活性剂DTAB。另外，表面活性剂体系的降黏性能基本不受润湿剂种类的影响。实施例1～3与对比例2的结果表明，向DTAB 和低聚表面活性剂中加入润湿剂均能够实现润湿反转，但DTAB体系的降粘率明显低于低聚表面活性剂体系。

基于此，本发明以各实施例中的表面活性剂驱油体系作为驱替液，进行了驱油实验，测试其提高稠油采收率的效果。

驱油试验步骤为：

(1)将人造岩心烘干至恒重，测量岩心尺寸及气测渗透率。以水饱和岩心，测定其孔隙体积。以胜利油田稠油S饱和岩心，记录饱和原油体积。

(2)在80℃温度下，注水驱油至采出液含水>99％，即孔隙中滞留的稠油无法驱出为止，注入已配制好的驱替液0.5PV，再次注水驱油至采出液含水>99％，计算在水驱基础上提高采收率的百分数。岩心气测渗透率采用东大石仪公司生产的渗透率测定仪测定，驱油试验采用东大石仪公司生产的模拟驱油评价装置进行。

表2实施例与对比例驱油试验结果

由表2可知，以本发明提供的多效驱油体系作为驱替液，可有效提高采收率20.1％-27.3％，优于对比例1的10.1％。这说明表面活性剂驱油体系中润湿剂的加入促进了对岩层表面油膜的剥离，与乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂降黏性能一起，在多重作用协同下提高了采收率。另外，实施例的采收率均高于对比例2，这说明乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂的效果要优于单链季铵盐表面活性剂。

给本领域技术人员提供上述实施例，以完全公开和描述如何实施和使用所主张的实施方案，而不是用于限制本文公开的范围。对于本领域技术人员而言显而易见的修饰将在所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种基于低聚剂的多效驱油体系，其特征在于：所述多效驱油体系由以下成分及其质量百分比组成：乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂0.01％～0.2％，润湿剂0.05％～0.5％，余量为水；

所述润湿剂选自工业润湿剂JFC-S、XP-80及E1310中的一种；

所述乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂，选自式I、式II、式III所示结构之一；

(I)

(II)

(III)

式中n表示烷基链碳原子数，n为8～16；X为卤素原子；R₁为聚乙氧基(CH₂CH₂O)_mH，其中m为分子内每个R₁基团中所含乙氧基数目的平均值；乙氧基数目m为3～10。

2.根据权利要求1所述的基于低聚剂的多效驱油体系，其特征在于：烷基链碳原子数n为10～14。

3.根据权利要求1或2所述的基于低聚剂的多效驱油体系，其特征在于：式I、式II、式III所示乙氧基季铵盐型低聚表面活性剂，烷基链碳原子数n均为12，乙氧基数目m为3，X为Br。

4.权利要求1～3任一项所述的基于低聚剂的多效驱油体系在提高水驱稠油油藏采收率中的应用。