CN112159650A - 稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂及其制备方法和应用，属于油田化学领域。本发明提供的稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂，以质量百分比计，包括重烷基苯磺酸钠15%‑20%、长链烷基苯磺酸钠20%‑30%、脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷30%‑40%和低碳醇10%，其余为水。本该稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂可有效用于地层水矿化度0‑100000mg/L、钙镁离子浓度＜2000mg/L的稠油油藏蒸汽化学驱中，其在耐温350℃后，仍能保持较高的发泡性能和降粘性能，在氮气的作用下，能有效的抑制蒸汽的“汽窜”和“超覆”，辅助蒸汽对稠油降粘驱油，从而大幅度提高原油的采收率。
Description
技术领域
本发明属于油田化学领域，尤其涉及一种稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前，稠油开发的主要方式是注蒸汽热采，蒸汽驱采油是稠油油藏经过蒸汽吞吐采油之后，为进一步提高采收率而采取的一项热采方法。蒸汽驱采油是通过注入井连续不断地往油层中注入高干度的蒸汽，蒸汽不断地加热油层，从而大大降低地层原油的粘度。注入的蒸汽在地层中变为热的流体，将原油驱赶到生产井的周围，从而被采到地面上来。
蒸汽在低残余油饱和带的无效窜流严重影响了蒸汽驱的开发效果，因此，蒸汽驱遇到的最大问题是如何抑制蒸汽的“汽窜”和“超覆”，扩大蒸汽的波及体积。目前，国内外的矿场实践证明，在蒸汽中伴注氮气及高温泡沫体系可提高注入蒸汽的波及效率和驱替效率。通过加入高温起泡剂和氮气，在地层孔道中产生泡沫，高强度的泡沫膜使气相的渗流能力急剧降低，封堵高渗透层或大孔道，增加了驱替体积，提高了波及面积，改善油藏开发效果。
同时，在单纯蒸汽驱过程中，从注汽井注入的蒸汽，随着在地层的推进，逐渐冷凝为热水，而热水的驱油效率较蒸汽明显降低，导致大量原油残留地下无法采出，也影响整个蒸汽驱的采收率。专利CN106978156A提供了一种高温降粘起泡剂，该起泡剂提供的高温降粘起泡剂既有较好的发泡性能，又有较好的降粘驱油效果。该专利中提到该高温降粘起泡剂在250℃高温下，发泡体积为600mL，半衰期160min，阻力因子16.4，但因蒸汽热采使用的超临界锅炉产生的高压蒸汽井口温度高达350℃，耐温250℃的高温起泡剂远远不够。因此，研发一种具有降粘功能的高温起泡剂非常有必要。
发明内容
本发明提供了一种稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂，该起泡剂具有耐350℃高温、抗盐能力达到100000mg/L，起泡能力强，降粘率95%以上等特点，不仅制备工艺简单，而且成本低廉、绿色环保。
为了达到上述目的，本发明提供了一种稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂，以质量百分比计，包括重烷基苯磺酸钠15%-20%、长链烷基苯磺酸钠20%-30%、脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷30%-40%和低碳醇10%，其余为水。
上述耐高温降粘起泡剂主要由重烷基苯磺酸钠、长链烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷复配而成。重烷基苯磺酸钠和长链烷基苯磺酸钠属于阴离子表面活性剂，耐高温能力强，可在350℃高温下不分解，具有一定的降粘能力，与脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷复配后，可有效增强脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷的耐高温能力和起泡能力，从而获得最佳的降粘起泡功能。
可以理解的是，上述所使用的重烷基苯磺酸钠是十二烷基苯精馏副产物重烷基苯经磺化、中和后制备得到的产物。本发明所使用的重烷基苯磺酸钠为商购产品，其CAS号为68411-30-3，化学式为RSO3Na，其中R为具有10-13个碳的烷基。
作为优选，所述长链烷基苯磺酸钠的分子式为R1-(C6H4)-SO3Na，其中，R1为具有20-24个碳的烷基。可以理解的是，R1可以为具有20、21、22、23、24个碳的烷基。
作为优选，所述脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷的分子式为(C6H11O5)m(CH2CH2O)nOR2，其中，R2为具有12-14个碳的烷基，m为2或3，n为3或4。可以理解的是，R2可以为具有12、13、14个碳的烷基。
作为优选，所述低碳醇为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或几种。
作为优选，所述耐高温降粘驱油剂与矿化度0-100000mg/L、钙镁离子浓度＜2000mg/L的水相配伍时，于200℃下测定的起泡体积≥220mL，半衰期≥35s，阻力因子≥22；耐温350℃、12h后，于200℃下测定的起泡体积≥215mL，半衰期≥34s。
作为优选，将耐高温降粘起泡剂用矿化度0-100000mg/L、钙镁离子浓度＜2000mg/L的水相配成质量浓度0.5%的溶液，于60℃下测定的降粘率＞96.5%，耐温350℃、12h后于60℃下测定的降粘率＞96.1%。
本发明提供了一种根据上述任一项技术方案所述的稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂的制备方法，包括以下步骤：
将制备耐高温降粘起泡剂所需水量加入到反应釜中，于温度50-60℃下依次加入长链烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷，搅拌混匀；
再加入低碳醇，充分搅拌均匀后，最后加入重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂。
本发明提供了一种根据上述任一项技术方案所述的稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂在地层水矿化度0-100000mg/L、钙镁离子浓度＜2000mg/L的稠油油藏蒸汽化学驱中的应用。
作为优选，所述耐高温降粘起泡剂的使用浓度为0.5%。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明提供了一种耐高温降粘起泡剂，该起泡剂主要由重烷基苯磺酸钠、长链烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷复配而成。重烷基苯磺酸钠和长链烷基苯磺酸钠属于阴离子表面活性剂，耐高温能力强，在350℃高温下不分解，具有一定的降粘能力，与脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷复配后，增强了脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷的耐高温能力和起泡能力，获得最佳的降粘起泡功能。
2、本发明提供的耐高温降粘起泡剂主要应用于蒸汽化学驱，一剂双效，降低了使用成本。在耐350℃高温后，降粘率达到95%以上，在氮气的作用下，能有效的在地层产生泡沫，从而抑制了蒸汽的“汽窜”和“超覆”，能充分的发挥出蒸汽化学驱对稠油的驱替作用，提高了原油采收率。
3、本发明提供的耐高温降粘起泡剂生产工艺简单、原料易购，从生产到使用对环境和人员均无害，符合绿色环保要求。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
将下述实施例和对比例制备所得产品配成0.5%浓度进行性能测试，测试条件和测试方法如下：
测试条件：
测试仪器：高温高压泡沫扫描仪，博勒飞DV3T流变仪，岩心驱替流程，高温高压反应釜、恒温水浴锅；
测试用原油：胜利油田某区块脱水原油（60℃粘度为1860mpa.s）；
测试用水：胜利油田某区块注入水，矿化度100000mg/L，钙镁离子浓度2000mg/L。
测试方法：
发泡体积和半衰期测试:
1、用胜利油田某区块注入水将蒸汽驱用高温起泡剂配制成0.5%的溶液，取200.0mL配制好的溶液放置于高温高压泡沫扫描仪样品容器中，进样100mL到样品腔中，设置温度200℃，充入氮气至2MPa，恒温30min，加热至所需温度。
2、调节气体质量流量计控制器以200cm3/min的速度注入氮气，当泡沫体积达到200mL时停止注入氮气，记录泡沫的最大体积作为初始值，然后记录泡沫在体积降为初始值一半时所对应的时间，即为泡沫半衰期。
降粘率测试：采用胜利油田某区块注入水将耐高温降粘驱油剂配成质量浓度0.5%的溶液，在60℃下按照Q/SH10202193-2018中6.4的方法测试。
耐温性测试：
用胜利油田某区块注入水配置0.5%蒸汽驱用高温起泡剂水溶液500mL，放入高压容器中，冲入氮气将空气排出，关闭高压容器阀门，升温至350℃，恒温12h，冷却取出，在200℃下测定蒸汽驱用高温起泡剂起泡体积和泡沫半衰期，同时按照降粘率测试方法测试耐温后降粘率。
阻力因子：按照Q/SH1020 2372—2020中4.2.7的方法测试。
实施例1
将150kg的水加入到反应釜内，控制温度60℃，加入300kg长链烷基苯磺酸钠（R1=20）和300kg脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷（R2=12，m=2，n=4），搅拌溶解均匀，再加入100kg甲醇，充分搅拌均匀后，最后加入150kg重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到耐高温降粘起泡剂。
实施例2
将140kg的水加入到反应釜内，控制温度58℃，加入280kg长链烷基苯磺酸钠（R1=21）和320kg脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷（R2=13，m=3，n=3），搅拌溶解均匀，再加入100kg乙醇，充分搅拌均匀后，最后加入160kg重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到耐高温降粘起泡剂。
实施例3
将130kg的水加入到反应釜内，控制温度56℃，加入260kg长链烷基苯磺酸钠（R1=22）和340kg脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷（R2=14，m=2，n=3），搅拌溶解均匀，再加入100kg异丙醇，充分搅拌均匀后，最后加入170kg重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到耐高温降粘起泡剂。
实施例4
将120kg的水加入到反应釜内，控制温度54℃，加入240kg长链烷基苯磺酸钠（R1=23）和360kg脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷（R2=13，m=3，n=4），搅拌溶解均匀，再加入50kg甲醇和50kg乙醇，充分搅拌均匀后，最后加入180kg重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到耐高温降粘起泡剂。
实施例5
将110kg的水加入到反应釜内，控制温度52℃，加入220kg长链烷基苯磺酸钠（R1=24）和380kg脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷（R2=14，m=2，n=4），搅拌溶解均匀，再加入50kg甲醇和50kg异丙醇，充分搅拌均匀后，最后加入190kg重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到耐高温降粘起泡剂。
实施例6
将100kg的水加入到反应釜内，控制温度50℃，加入200kg长链烷基苯磺酸钠（R1=20）和400kg脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷（R2=12，m=3，n=3），搅拌溶解均匀，再加入50kg乙醇和50kg异丙醇，充分搅拌均匀后，最后加入200kg重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到耐高温降粘起泡剂。
对比例1
将450kg的水加入到反应釜内，控制温度60℃，加入300kg脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷（R2=12，m=2，n=4），搅拌溶解均匀，再加入100kg甲醇，充分搅拌均匀后，最后加入150kg重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到耐高温降粘起泡剂。
对比例1为去掉实施例1配方中的长链烷基苯磺酸钠所得到的耐高温降粘起泡剂，其中，长链烷基苯磺酸钠的量用水补齐，泡沫性能、阻力因子、耐温性能、降粘性能都不达标。
对比例2
将450kg的水加入到反应釜内，控制温度60℃，加入300kg长链烷基苯磺酸钠（R1=20）和300kg脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷（R2=12，m=2，n=4），搅拌溶解均匀，再加入100kg甲醇，充分搅拌均匀后，最后加入150kg重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到耐高温降粘起泡剂。
对比例2为去掉实施例1配方中的脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷所得到的耐高温降粘起泡剂，其中，脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷的量用水补齐，泡沫性能、阻力因子、耐温性能、降粘性能都不达标。
对比例3
将300kg的水加入到反应釜内，控制温度60℃，加入300kg长链烷基苯磺酸钠（R1=20）和300kg脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷（R2=12，m=2，n=4），搅拌溶解均匀，再加入100kg甲醇，充分搅拌均匀后，最后加入150kg重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到耐高温降粘起泡剂。
对比例3为去掉实施例1配方中的重烷基苯磺酸钠所得到的耐高温降粘起泡剂，其中，重烷基苯磺酸钠的量用水补齐，泡沫性能、阻力因子、耐温性能、降粘性能都不达标。
对比例4
将50kg的水加入到反应釜内，控制温度60℃，加入400kg长链烷基苯磺酸钠（R1=20）和300kg脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷（R2=12，m=2，n=4），搅拌溶解均匀，再加入100kg甲醇，充分搅拌均匀后，最后加入150kg重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到耐高温降粘起泡剂。
对比例4为实施例1配方中的长链烷基苯磺酸钠超出了20%-30%的范围，即加入了400kg长链烷基苯磺酸钠（40%）所得到的耐高温降粘起泡剂，多加的长链烷基苯磺酸钠的量从水中去除，泡沫性能、阻力因子、耐温性能、降粘性能都不达标。
对比例5
将200kg的水加入到反应釜内，控制温度60℃，加入300kg长链烷基苯磺酸钠（R1=20）和250kg脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷（R2=12，m=2，n=4），搅拌溶解均匀，再加入100kg甲醇，充分搅拌均匀后，最后加入150kg重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到耐高温降粘起泡剂。
对比例5为实施例1配方中的脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷偏离了30%-40%的范围，即加入了250kg长链烷基苯磺酸钠（25%）所得到的耐高温降粘起泡剂，少加的脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷的量用水补齐，泡沫性能、阻力因子、耐温性能、降粘性能都不达标。
对比例6
将200kg的水加入到反应釜内，控制温度60℃，加入300kg长链烷基苯磺酸（R1=20）和300kg脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷（R2=12，m=2，n=4），搅拌溶解均匀，再加入100kg甲醇，充分搅拌均匀后，最后加入100kg重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到耐高温降粘起泡剂。
对比例6为实施例1配方中的重烷基苯磺酸钠偏离了15%-20%的范围，即加入了100kg重烷基苯磺酸钠（10%）所得到的耐高温降粘起泡剂，少加的重烷基苯磺酸钠的量用水补齐，泡沫性能、阻力因子、耐温性能、降粘性能都不达标。
性能测试
将上述实施例1-6和对比例1-6中得到的耐高温降粘起泡剂分别按照上述测试方法进行泡沫性能、阻力因子、降粘率和耐温性能的测试，测试结果如表1-3所示。其中，耐温前，与矿化度0-100000mg/L、钙镁离子浓度＜2000mg/L的水相配伍时，下述各参数的标准为：于200℃下测定的起泡体积≥200 mL，泡沫半衰期≥20s，于60℃下测定的降粘率＞95%；耐温后，与矿化度0-100000mg/L、钙镁离子浓度＜2000mg/L的水相配伍时，下述各参数的标准为：于200℃下测定的起泡体积≥180 mL，泡沫半衰期≥18s，于60℃下测定的降粘率＞95%。
表1耐高温降粘起泡剂耐温前性能
表2阻力因子
表3耐高温降粘起泡剂耐温后性能
由上述表1-3可见，本申请所提供的配方在重烷基苯磺酸钠、长链烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷及其配比的协同作用下，可使所得到的降粘起泡剂在耐温350℃后，仍能保持较高的发泡性能和降粘性能，在氮气的作用下，能有效的抑制蒸汽的“汽窜”和“超覆”，辅助蒸汽对稠油降粘驱油，从而大幅度提高原油的采收率。
Claims (9)
1.稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂，其特征在于，以质量百分比计，包括重烷基苯磺酸钠15%-20%、长链烷基苯磺酸钠20%-30%、脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷30%-40%和低碳醇10%，其余为水。
2.根据权利要求1所述的耐高温降粘起泡剂，其特征在于，所述长链烷基苯磺酸钠的分子式为R1-(C6H4)-SO3Na，其中，R1为具有20-24个碳的烷基。
3.根据权利要求1所述的耐高温降粘起泡剂，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷的分子式为(C6H11O5)m(CH2CH2O)nOR2，其中，R2为具有12-14个碳的烷基，m为2或3，n为3或4。
4.根据权利要求1所述的耐高温降粘起泡剂，其特征在于，所述低碳醇为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的耐高温降粘起泡剂，其特征在于，所述耐高温降粘驱油剂与矿化度0-100000mg/L、钙镁离子浓度＜2000mg/L的水相配伍时，于200℃下测定的起泡体积≥220mL，半衰期≥35s，阻力因子≥22；耐温350℃、12h后，于200℃下测定的起泡体积≥215mL，半衰期≥34s。
6.根据权利要求1所述的耐高温降粘起泡剂，其特征在于，将耐高温降粘起泡剂用矿化度0-100000mg/L、钙镁离子浓度＜2000mg/L的水相配成质量浓度0.5%的溶液，于60℃下测定的降粘率＞96.5%，耐温350℃、12h后于60℃下测定的降粘率＞96.1%。
7.根据权利要求1-6任一项所述的稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将制备耐高温降粘起泡剂所需水量加入到反应釜中，于温度50-60℃下依次加入长链烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷，搅拌混匀；
再加入低碳醇，充分搅拌均匀后，最后加入重烷基苯磺酸钠，搅拌混匀，得到稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂。
8.根据权利要求1-7任一项所述的稠油蒸汽化学驱用耐高温降粘起泡剂在地层水矿化度0-100000mg/L、钙镁离子浓度＜2000mg/L的稠油油藏蒸汽化学驱中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，所述耐高温降粘起泡剂的使用浓度为0.5%。
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