CN112239663A

CN112239663A - 一种基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN112239663A
Application number: CN202011117868.1A
Authority: CN
Inventors: 裴海华; 单景玲; 刘冬鑫; 张贵才; 张菅; 蒋平
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2021-01-19
Anticipated expiration: 2040-10-19
Also published as: CN112239663B

Abstract

本发明提供了一种基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂及其制备方法与应用，所述的驱油剂包括以下质量百分比的原料组成：复配表面活性剂0.3％‑1％、纳米膨润土1％‑3％、苯乙烯焦油10％‑30％、余量为水，所述的复配表面活性剂包括非离子型表面活性剂和阴‑非离子型表面活性剂。本发明还提供了上述驱油剂的制备方法。本发明的驱油剂以含有混合芳烃成分的苯乙烯焦油为油相，大幅度降低乳状液驱替前沿稠油的黏度，不仅可以提高稠油水驱采收率20％以上，而且提升了苯乙烯焦油的经济附加值；同时本发明的水包油乳状液驱油剂具有良好的稳定性，可作为普通稠油化学驱冷采用高效驱油剂。

Description

一种基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂及其制备方法与应用，属于稠油冷采化学驱油剂技术领域。

背景技术

我国地下原油黏度小于1000mPa·s的普通稠油一般采用水驱开发，然而普通稠油水驱时，由于水油流度比过高，使得水驱指进现象严重，导致注入水的波及系数较低，采收率较低。据统计，我国采用注水开发普通稠油油藏的采收率比常规油田至少低10％，采收率一般小于25％。传统化学驱提高稠油采收率有两个基本途径：(1)通过加入聚合物增加驱替液黏度，从而提高波及系数；但是由于稠油黏度较高，所以需要较高浓度的聚合物溶液才能有效降低水油流度比，这将大大增加聚合物溶液的注入难度和使用成本，正是由于技术和经济因素限制了聚合物驱在稠油油藏中的应用；(2)通过表面活性剂或碱乳化降低稠油黏度，其原理是在表面活性剂或碱的作用下，稠油经过乳化分散形成O/W型乳状液，这些乳化液滴或被水相携带采出提高洗油效率，或在孔喉处发生捕集提高波及系数，但就地形成乳状液很难控制，且乳状液黏度低，因而对提高水驱稠油油藏波及系数能力有限。与上述方法相比，外部注入乳状液可以通过调节化学剂的比例进行很好的控制，且注乳状液不需要增加昂贵的地面设施，这些特征使得注乳状液成为稠油冷采的一种很有潜力的方法。

一般来说，根据相态的不同可以产生两种类型乳状液：油包水(W/O)乳状液和水包油(O/W)乳状液。从提高采收率机理方面讲，W/O乳状液依靠其高黏度来改善水油流度比，提高波及系数。例如：中国专利文件CN103881676A报道了一种油外相乳状液驱油剂，其组成包括乳化剂、原油和水，所述的乳化剂的体积含量为该驱油剂总体积的0.2-0.4％，原油的体积为该驱油剂总体积的30％，余量为水，所述原油为渣油或稠油。但是由于W/O乳状液黏度高、摩阻大，现场应用时存在注入难的问题；同时制备W/O乳状液往往使用较多的油相，导致其经济成本较高。另一种是水包油(O/W)乳状液，主要依靠乳化液滴在孔隙介质中产生贾敏效应来提高波及系数。关于水包油(O/W)乳状液驱油剂也有专利文献报道，例如：中国专利文件CN110129019A提供了一种用于三次采油的纳米驱油剂，包括如下重量份数的组成：油相3-6份、阴阳离子复配表面活性剂0.4-1.5份或阴离子表面活性剂1-5份、助表面活性剂0.02-0.2份和水88-98份。该纳米驱油剂的O/W乳状液虽然稳定性液较好，界面张力也能达到超低界面张力，但是制备的O/W乳状液体系黏度很低，驱替稠油时仍然存在严重指进现象，难以有效提高波及系数。

而采用溶剂油为油相制备的O/W乳状液驱，除具有提高波及系数作用外，还具有类似于混相驱的机理，其提高采收率幅度较大。苯乙烯焦油是乙苯脱氢制苯乙烯生产过程中产生的精馏残渣，其主要成份是苯乙烯、苯乙烯聚合物、衍生物、阻聚剂等，约占苯乙烯产量的1％，由于是精馏残渣，已无再利用价值。目前苯乙烯生产企业对苯乙烯焦油的处理，一部分送加热炉作燃料，但是作为燃料时，不易燃烧，且燃烧时易结焦或产生黑烟，造成环境污染，达不到目前环保气体排放的要求，一部份以废油的方式出厂外卖。而作为有机化工原料利用，转化为高附加值化工产品的相关研究和应用很少。因此，利用含有混合芳烃成分的苯乙烯焦油来制备驱替稠油用的O/W乳状液，可提升工业副产苯乙烯焦油的经济附加值，同时对我国水驱稠油油藏后期进一步提高采收率具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂及其制备方法与应用，本发明的水包油乳状液驱油剂可用于普通稠油油藏冷采化学驱提高采收率，同时提升工业副产苯乙烯焦油的经济附加值。

本发明的技术方案如下：

一种基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂，包括以下质量百分比的原料组成：复配表面活性剂0.3％-1％、纳米膨润土1％-3％、苯乙烯焦油10％-30％、余量为水；所述的复配表面活性剂包括非离子型表面活性剂和阴-非离子型表面活性剂。

根据本发明优选的，所述的复配表面活性剂中非离子型表面活性剂和阴-非离子型表面活性剂的质量比为0.5-3:1。

根据本发明优选的，所述的非离子型表面活性剂为异构十三醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚或聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯(Tween-20)。

根据本发明优选的，所述的阴-非离子型表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠或壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠。

根据本发明优选的，所述的纳米膨润土的粒径为20-50nm。

根据本发明优选的，所述的苯乙烯焦油在25℃时密度为0.922g/cm³，40℃时黏度为28mPa·s，闪点≥80℃，主要成分为烷烃、环烷烃和芳烃。

根据本发明，上述基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)将复配表面活性剂加入水中，搅拌混合均匀，得到表面活性剂水溶液；

(2)在搅拌条件下，向步骤(1)所得表面活性剂水溶液中加入苯乙烯焦油，之后加入纳米膨润土，继续搅拌6-8h，即得水包油乳状液驱油剂。

根据本发明优选的，步骤(2)中，加入苯乙烯焦油时的搅拌速率为400-700r/min；加入纳米膨润土时以及加入纳米膨润土后的搅拌速率均为800-2000r/min。

根据本发明，上述基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂作为驱油剂用于普通稠油的开采；所述普通稠油指的是黏度小于1000mPa·s的原油。

本发明的技术特点及有益效果如下：

1、本发明的水包油乳状液驱油剂是以工业废料苯乙烯焦油为主要原料制备得到的，苯乙烯焦油是乙苯脱氢制苯乙烯生产过程中产生的精馏残渣，其主要成份是苯乙烯、苯乙烯聚合物、衍生物等。苯乙烯焦油中含有大量的混合芳烃成分，苯乙烯焦油与驱替前沿稠油接触后，能够溶解在稠油中，对稠油优异的稀释降黏能力，可大幅度降低乳状液驱替前沿稠油的黏度，提高稠油流动能力，从而提高原油采收率。

2、本发明的水包油乳状液驱油剂采用非离子型表面活性剂和阴-非离子型表面活剂的复配体系作为表面活性剂，非离子型表面活性剂和阴-非离子型表面活剂的复配体系在油水界面的紧密排布形成致密界面膜，加入纳米膨润土进一步强化了油水界面膜强度，并可以显著提高乳状液体相黏度，从而大幅度提高了水包油乳状液的稳定性和流度控制能力。

3、本发明的驱油剂为水包油乳状液，乳状液具有剪切稀释性，在注入的过程中，受到高剪切速率的影响，导致体系黏度的降低，利于注入，但在乳状液注入地层后其体系黏度可以恢复，同时依靠乳状液的贾敏效应，从而可大幅度提高波及系数。本发明的驱油剂克服了聚合物在注入过程中的注入压力过高、受剪切作用黏度降低等问题，克服了碱驱、表面活性剂驱低流度比等问题。

4、本发明的苯乙烯焦油制备的水包油乳状液的具有较好的稳定性、流变性以及提高原油采收率的能力。实验表明，在50℃、剪切速率为7.34s^-1的条件下，本发明的乳状液体系的体相黏度为52～178mPa·s，稳定时间超过90天，有着良好的剪切稀释性，对50℃黏度为230～985mPa·s的普通稠油，采用渗透率约为2000×10^-3μm²的砂岩岩心，可以在水驱的基础上提高采收率20％以上，是一种高效的稠油冷采化学驱油体系。

5、本发明的水包油乳状液驱油剂采用石化工业副产物苯乙烯焦油作为乳状液的油相，不仅可以降低生产成本，而且提供了一种苯乙烯焦油的新用途，提升了苯乙烯焦油的经济附加值。

附图说明

图1为实施例1-4制备的水包油乳状液驱油剂在不同剪切速率下的粘度曲线。

具体措施方式

下面结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

苯乙烯焦油在25℃时密度为0.922g/cm³，40℃时黏度为28mPa·s，闪点≥80℃，主要成分为烷烃、环烷烃和芳烃，中国石化燕山石化公司有售。

异构十三醇聚氧乙烯醚E-1320，烷基酚聚氧乙烯醚APE-20，聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯(Tween-20)，江苏海安石油化工厂有售。

月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠SLES，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES，壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠NPES-4，临沂市绿森化工有限公司有售。

纳米膨润土的粒径为20-50nm；纳米硅溶胶中SiO₂的固含量为30wt％，购于青岛基亿达硅胶试剂有限公司。

实施例1

一种基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂，包括以下质量百分比的原料组成：复配表面活性剂0.3％、纳米膨润土1％、苯乙烯焦油10％，水88.7％；

其中，所述的复配表面活性剂为异构十三醇聚氧乙烯醚E-1320和月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠SLES按质量比1:2复配得到。

上述基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)将复配表面活性剂加入水中，混合搅拌均匀，得到表面活性剂水溶液。

(2)将步骤(1)所得表面活性剂水溶液以500r/min的速度搅拌，在500r/min的搅拌速率下缓慢加入苯乙烯焦油后，之后在1000r/min的搅拌速率下继续缓慢加入纳米膨润土，继续以1000r/min的搅拌速率搅拌6h，即可得到水包油乳状液驱油剂。

实施例2

一种基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂，包括以下质量百分比的原料组成：复配表面活性剂0.5％、纳米膨润土2％、苯乙烯焦油20％，水77.5％；

其中，所述的复配表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚APE-20和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES按质量比1:1复配得到。

上述基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂的制备方法如实施例1所述。

实施例3

一种基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂，包括以下质量百分比的原料组成：复配表面活性剂1％、纳米膨润土2.5％、苯乙烯焦油30％，水66.5％；

其中，所述的复配表面活性剂为聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯(Tween-20)和壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠NPES-4按质量比2:1复配得到。

实施例4

一种基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂，包括以下质量百分比的原料组成：复配表面活性剂1％、纳米膨润土3％、苯乙烯焦油30％，水66％；

其中，所述的复配表面活性剂为异构十三醇聚氧乙烯醚E-1320和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES按质量比3:1复配得到。

对比例1

一种水包油乳状液驱油剂如实施例1所述，所不同的是用白油代替苯乙烯焦油，其制备方法如实施例1所述。

对比例2

一种水包油乳状液驱油剂如实施例2所述，所不同的是所述的复配表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基苯磺酸钠按质量比1:1复配得到，其制备方法如实施例1所述。

对比例3

一种水包油乳状液驱油剂如实施例3所述，所不同的是用纳米硅溶胶代替纳米膨润土，其制备方法如实施例1所述。

对比例4

一种水包油乳状液驱油剂如实施例4所述，所不同的是用纳米硅溶胶代替纳米膨润土，其制备方法如实施例1所述。

试验例

(一)实验样品：实施例1-4和对比例1-4所制得的乳状液驱油剂。

(1)用Brookfield黏度计测定50℃、剪切速率为7.34s^-1的条件下所制备的乳状液驱油剂体系的体相黏度，其结果如表1所示。

(2)稳定性测试：

将制备的水包油乳状液样品放在带刻度的具塞试管内，放置在50℃的恒温箱中，每天观察乳状液的油水分离情况，记录析出水相的时间即为稳定时间；若乳状液无水相析出，表明乳状液稳定性较好。其结果如表1所示。

(3)驱油性能的测试：

a)岩心抽真空后进行饱和水，测定岩心孔隙体积(PV)；

b)对岩心进行饱和油后，在50℃恒温条件下老化24小时；

c)注入水进行水驱油，当采出液的含水率大于98％时停止水驱，计算水驱采收率；

d)注入0.5PV水包油乳状液驱油剂，记录压力和采油量；

e)再次注入水进行后续水驱，当采出液的含水率大于98％时结束驱替，计算最终采收率。其结果如表1所示。

实施例1-4和对比例1-4所制得的乳状液驱油剂的性能及驱油效果

从表1中可以看出，本发明实施例采用苯乙烯焦油作为油相制备的O/W乳状液驱油剂具有较好的稳定性以及提高原油采收率的能力。本发明实施例采用苯乙烯焦油(主要成分为混合芳烃)作为油相制备的O/W乳状液，苯乙烯焦油对稠油具有优异的稀释降黏能力，可大幅度降低乳状液驱替前沿稠油的黏度，提高稠油流动能力，从而提高原油采收率，而对比例1采用白油(主要成分为烷烃)为油相制备O/W乳状液，白油对稠油的稀释降粘能力较差，因此对比例制备的驱油剂驱替效果较差，原油采收率较低；相比与对比例2的阴离子和阳离子表面活性剂复配体系，本发明实施例通过非离子和阴-非离子型表面活剂复配，在油水界面的可以形成致密界面膜，从而具有较好的驱油效果；相比与对比例3和对比例4中加入的纳米硅溶胶体系，纳米膨润土不仅可以提高油水界面膜强度，并可以在连续相中形成三维网络结构，可以显著提高乳状液体相黏度，从而大幅度提高了水包油乳状液的稳定性和流度控制能力，可以显著提高黏度小于1000mPa·s的普通稠油水驱后的采收率，而对比例3和对比例4中加入的纳米硅溶胶体系不能显著增加乳状液体相黏度，所得驱油剂驱油效果较差。

(二)实验样品：实施例1-4所制得的乳状液驱油剂。

剪切稀释性测试：采用RS600型流变仪(德国HAAKE公司)测量水包油乳状液的不同剪切速率下的粘度，其结果如图1所示。

从图1中可以看出，本发明制备的水包油乳状液驱油剂具有剪切稀释性，在注入的过程中，受到高剪切速率的影响下体系黏度的较低，有利于注入，但在乳状液注入地层后其体系黏度可以恢复；因此本发明的乳状液驱油剂克服了聚合物驱在注入过程中的注入压力过高，且受剪切作用导致聚合物黏度降低等问题。

另外，本发明的水包油乳状液驱油剂采用石化工业副产物苯乙烯焦油作为乳状液的油相，不仅可以降低生产成本，而且提供了一种苯乙烯焦油的新用途，提升了苯乙烯焦油的经济附加值。

以上实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围内。本实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知常识和公知技术，此处不再一一详细说明。

Claims

1.一种基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂，其特征在于，所述的水包油乳状液驱油剂包括以下质量百分比的原料组成：复配表面活性剂0.3％-1％、纳米膨润土1％-3％、苯乙烯焦油10％-30％、余量为水；所述的复配表面活性剂包括非离子型表面活性剂和阴-非离子型表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的水包油乳状液驱油剂，其特征在于，所述复配表面活性剂中非离子型表面活性剂和阴-非离子型表面活性剂的质量比为0.5-3:1。

3.根据权利要求2所述的水包油乳状液驱油剂，其特征在于，所述的非离子型表面活性剂为异构十三醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚或聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯。

4.根据权利要求2所述的水包油乳状液驱油剂，其特征在于，所述的阴-非离子型表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠或壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠。

5.根据权利要求1所述的水包油乳状液驱油剂，其特征在于，所述的纳米膨润土的粒径为20-50nm。

6.根据权利要求1所述的水包油乳状液驱油剂，其特征在于，所述的苯乙烯焦油在25℃时密度为0.922g/cm³，40℃时黏度为28mPa·s，闪点≥80℃。

7.权利要求1所述的基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂的制备方法，包括步骤如下：

(2)在搅拌条件下，向步骤(1)所得表面活性剂水溶液中缓慢加入苯乙烯焦油，之后缓慢加入纳米膨润土，继续搅拌6-8h，即得水包油乳状液驱油剂。

8.根据权利要求7所述的基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，加入苯乙烯焦油时的搅拌速率为400-700r/min；加入纳米膨润土时以及加入纳米膨润土后的搅拌速率均为800-2000r/min。

9.权利要求1所述的基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂的应用，作为驱油剂用于普通稠油的开采；所述普通稠油的黏度小于1000mPa·s。