CN112251205A - 一种高稳定性驱油泡沫体系及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高稳定性驱油泡沫体系，包括发泡剂、稳定剂和水，所述发泡剂包括苯磺酸钠，所述稳定剂包括氧化石墨烯纳米片，所述水包括离子水。本发明通过添加氧化石墨烯纳米片，使其吸附于形成气泡的气液界面上，从而减少气体扩散，同时纳米片会滞留在Plateau边界处，阻止液膜内液体快速析出，大幅增加了泡沫的稳定性；氧化石墨烯纳米片的两亲性同时起到表面活性的作用，降低了体系的表面张力，不仅有利于泡沫的更加稳定还提高了体系的发泡性能；氧化石墨烯纳米片还能吸附在分散于液体中的微小油滴表面，阻止油滴聚并，提高泡沫体系的乳化洗油性能。本发明的制备方法程简单可控、产品转化率高、副产物少，能够广泛运用于实际生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种泡沫体系及其制备方法，尤其涉及一种高稳定性驱油泡沫体系及其制备方法。
背景技术
油藏内部地质复杂，地层天然具有非均质性和自然产生的裂缝。尤其二次开发过程中，油井大部分需要经过高压压裂，经水驱后不仅含水率会快速上升，而且地层的非均质性进一步加剧。导致驱油过程中驱替液快速突破优势通道，产生水窜气窜现象，油藏波及范围受限，给油田开发带来很大困难。
由于泡沫自身可以降低气水流度，堵高渗不堵低渗，堵水不堵油等特性，通常被称为“智能流体”，故而油田的泡沫调驱技术逐渐发展成为一种提高原油采收率的方法。但泡沫具有衰退期，随着气体的扩散、液量排出会导致泡沫稳定性的大幅下降，从而影响油田泡沫驱油的采收率。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的在于提供一种高稳定性、高乳化洗油性、高发泡性的驱油泡沫体系；本发明的第二目的在于提供这种驱油泡沫体系的制备方法。
技术方案：本发明的高稳定性驱油泡沫体系，包括发泡剂、稳定剂和水，所述发泡剂包括苯磺酸钠，所述稳定剂包括氧化石墨烯纳米片，所述水包括离子水。
各分组按质量占比包括苯磺酸钠0.2-0.4wt％、离子水99.60-99.79wt％和氧化石墨烯纳米片0.001-0.005wt％。
优选地，所述氧化石墨烯纳米片的尺寸范围包括0.5-5μm。
优选地，发泡剂为不同烷基链长的苯磺酸钠，所述苯磺酸钠的烷基链长包括12-16个碳。
优选地，所述离子水的矿化度包括0-50000ppm，离子水为模拟地层离子水，并根据对应油藏地层水所含盐分配制而成。
本发明所述的高稳定性驱油泡沫体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯纳米片分散于离子水中，制得分散溶液；
(2)在分散溶液中加入苯磺酸钠，搅拌反应后制得最终产物。
优选地，步骤(1)中，所述分散包括超声分散，超声分散的时间为30-60min。
优选地，步骤(2)中，所述搅拌包括磁力搅拌，磁力搅拌的时间为5-10min。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
(1)通过添加氧化石墨烯纳米片，使其吸附于形成气泡的气液界面上，从而减少气体扩散，同时纳米片会滞留在Plateau边界处，阻止液膜内液体快速析出，大幅增加了泡沫的稳定性。
(2)氧化石墨烯纳米片的两亲性同时起到表面活性的作用，降低了体系的表面张力，不仅有利于泡沫的更加稳定还提高了体系的发泡性能。
(3)氧化石墨烯纳米片能吸附在分散于液体中的微小油滴表面，阻止油滴聚并，提高泡沫体系的乳化洗油性能。
(4)本发明的制备方法程简单可控、产品转化率高、副产物少，能够广泛运用于实际生产。
附图说明
图1为本发明泡沫体系所用的氧化石墨烯纳米片的透射电镜图；
图2为本发明泡沫体系所用的氧化石墨烯纳米片的红外谱图；
图3为本发明泡沫体系不同泡沫体系发泡数据图；
图4为本发明泡沫体系不同泡沫体系析液半衰期数据图；
图5为本发明泡沫体系不同泡沫体系泡沫半衰期数据图；
图6为本发明泡沫体系的实物显微镜图；
图7为本发明泡沫体系不同泡沫体乳化层高度数据图；
图8为本发明泡沫体系不同泡沫体乳化实验实物图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
发明人研究发现，泡沫流体进入非均质性地层时，会优先流入含油率低，含水率高的高渗透层进行封堵，通过叠加的贾敏效应，有效的改善地层非均质性，改变后续驱替液流向，提高波及效率。同时，泡沫液同为表面活性剂溶液，因此也具有较好的乳化洗油能力。
大量实际矿场实验已经证明泡沫调驱是水驱后一种高效的开采方法。国内玉门油田于1965年进行为期6年的现场试验，大部分生产井增产明显。其后胜利油田(1994年)、大庆油田(1997年)、大港油田及甘谷驿油田(2011年)等进行了泡沫驱先导性试验，油藏的水窜气窜现象得到有效控制。同时，大量室内岩心驱油实验探究发现，泡沫驱油的采收率提高程度与泡沫的稳定性有关。泡沫越稳定，持续时间越长，提高采收率效果越明显；泡沫液对原油乳化程度越高，提高采收率效果也越好。所以对泡沫调驱体系的研究重点主要集中在两个方面：一是提高泡沫体系的发泡性能及泡沫稳定性能；二是提高泡沫体系对原油的乳化洗油效果。
泡沫衰退的主要原因是物质流失，如气体的扩散和液量排出。气体通过液膜扩散。Laplace方程表明气泡越小压力越高，所以小气泡自发聚并于大气泡中，导致大气泡越变越大，直至消泡。与悬浮体陈化现象类似，物质总是趋向于更稳定，表面能越低越有利于稳定；液体的排液，受泡沫相互挤压，气泡液膜中的液体汇入Plateau边界，然后受重力分异作用从泡沫中析出，液膜厚度变薄，泡沫破裂。
综上因素，制备稳定的泡沫出发点应为：一类稳泡剂的加入，稳泡剂与泡沫间通过增大表面吸附提高液膜强度来实现泡沫的稳定；二类稳泡剂的加入，用于提高泡沫的液相黏度，延长泡沫的半衰期，以形成弹性薄膜。现在广泛应用的是聚丙烯酰胺、纤维素、可溶性淀粉等增黏剂。本发明驱油泡沫稳定体系中起稳定泡沫作用的为氧化石墨烯纳米片。其结构为在疏水性网状基底及边缘上带有多个环氧基、羟基、羧基亲水性基团，所以氧化石墨烯纳米片具有与表面活性剂相似的油水两亲性。界面研究已经证明其具有降低表界面张力、乳化等性能。同时由于氧化石墨烯片的两亲性，易吸附于泡沫气液界面增加液膜的致密度，且滞留于Plateau边界处的纳米片会延迟析液速率，达到提高泡沫稳定性目的。结果显示，极少量氧化石墨烯纳米片的加入既实现了发泡，稳泡性能的提高，又增进了泡沫液的乳化洗油效果。
如图1所示，本发明选用的氧化石墨烯纳米片呈不规则片状，尺寸分布集中在0.5～5μm；如图2所示，从红外谱图上可以看出氧化石墨烯纳米片上有羟基，羧基及环氧基存在。
实施例1：
称取0.001g氧化石墨烯纳米片充分超声分散于99.7g模拟地层离子水中(矿化度20000ppm)，然后加入0.3g的十二烷基苯磺酸钠，磁力搅拌10min，制得发泡剂浓度为0.3wt％，氧化石墨烯纳米片浓度为0.001wt％的发泡体系配方。然后采用Waring-Blender法，在30℃，2700r/min下搅拌3min进行发泡，然后记录发泡体积、析液半衰期和泡沫半衰期。待泡沫完全破裂消失，取发泡体系5mL和等体积的原油于石英管中，进行乳化性能测试。
实施例2：
称取0.002g氧化石墨烯纳米片充分超声分散于99.7g模拟地层离子水中(矿化度20000ppm)，然后加入0.3g的十二烷基苯磺酸钠，磁力搅拌10min，制得发泡剂浓度为0.3wt％，氧化石墨烯纳米片浓度为0.002wt％的发泡体系配方。然后采用Waring-Blender法，在30℃，2700r/min下搅拌3min进行发泡，然后记录发泡体积、析液半衰期和泡沫半衰期。待泡沫完全破裂消失，取发泡体系5mL和等体积的原油于石英管中，进行乳化性能测试。
实施例3：
称取0.003g氧化石墨烯纳米片充分超声分散于99.7g模拟地层离子水中(矿化度20000ppm)，然后加入0.3g的十二烷基苯磺酸钠，磁力搅拌10min，制得发泡剂浓度为0.3wt％，氧化石墨烯纳米片浓度为0.003wt％的发泡体系配方。然后采用Waring-Blender法，在30℃，2700r/min下搅拌3min进行发泡，然后记录发泡体积、析液半衰期和泡沫半衰期。待泡沫完全破裂消失，取发泡体系5mL和等体积的原油于石英管中，进行乳化性能测试。
实施例4：
称取0.004g氧化石墨烯纳米片充分超声分散于99.7g模拟地层离子水中(矿化度20000ppm)，然后加入0.3g的十二烷基苯磺酸钠，磁力搅拌10min，制得发泡剂浓度为0.3wt％，氧化石墨烯纳米片浓度为0.004wt％的发泡体系配方。然后采用Waring-Blender法，在30℃，2700r/min下搅拌3min进行发泡，然后记录发泡体积、析液半衰期和泡沫半衰期。待泡沫完全破裂消失，取发泡体系5mL和等体积的原油于石英管中，进行乳化性能测试。
实施例5：
称取0.005g氧化石墨烯纳米片充分超声分散于99.7g模拟地层离子水中(矿化度20000ppm)，然后加入0.3g的十二烷基苯磺酸钠，磁力搅拌10min，制得发泡剂浓度为0.3wt％，氧化石墨烯纳米片浓度为0.005wt％的发泡体系配方。然后采用Waring-Blender法，在30℃，2700r/min下搅拌3min进行发泡，然后记录发泡体积、析液半衰期和泡沫半衰期。待泡沫完全破裂消失，取发泡体系5mL和等体积的原油于石英管中，进行乳化性能测试。
实施例6：
称取0.003g氧化石墨烯纳米片充分超声分散于99.8g模拟地层离子水中(矿化度10000ppm)，然后加入0.2g的十六烷基苯磺酸钠，磁力搅拌10min，制得发泡剂浓度为0.3wt％，氧化石墨烯纳米片浓度为0.003wt％的发泡体系配方。然后采用Waring-Blender法，在30℃，2700r/min下搅拌3min进行发泡，然后记录发泡体积、析液半衰期和泡沫半衰期。待泡沫完全破裂消失，取发泡体系5mL和等体积的原油于石英管中，进行乳化性能测试。
实施例7：
称取0.003g氧化石墨烯纳米片充分超声分散于99.6g模拟地层离子水中(矿化度50000ppm)，然后加入0.4g的十四烷基苯磺酸钠，磁力搅拌10min，制得发泡剂浓度为0.3wt％，氧化石墨烯纳米片浓度为0.003wt％的发泡体系配方。然后采用Waring-Blender法，在30℃，2700r/min下搅拌3min进行发泡，然后记录发泡体积、析液半衰期和泡沫半衰期。待泡沫完全破裂消失，取发泡体系5mL和等体积的原油于石英管中，进行乳化性能测试。
实施例8：
称取0.003g氧化石墨烯纳米片充分超声分散于99.8g模拟地层离子水中(矿化度0ppm)，然后加入0.2g的十六烷基苯磺酸钠，磁力搅拌10min，制得发泡剂浓度为0.3wt％，氧化石墨烯纳米片浓度为0.003wt％的发泡体系配方。然后采用Waring-Blender法，在30℃，2700r/min下搅拌3min进行发泡，然后记录发泡体积、析液半衰期和泡沫半衰期。待泡沫完全破裂消失，取发泡体系5mL和等体积的原油于石英管中，进行乳化性能测试。
从图3、图4和图5可以看出，在配方体系的泡沫性能上，随着氧化石墨烯纳米片浓度的增加，氧化石墨烯纳米片在配方体系中降低界面张力，同时吸附于气液界面，因此发泡体积、泡沫稳定性均有增加，尤其是泡沫半衰期增加显著。
从图6可以看出，氧化石墨烯纳米片堆积滞留于Plateau边界处，阻止液膜内液体快速析出。
从图7、图8可以看出，随着氧化石墨烯纳米片浓度的增加，由于氧化石墨烯纳米片的油水两亲性，使其吸附于小油滴表面，防止油滴聚并。因此乳化效果快速增加，尤其大于0.003wt％后，乳化层高度呈指数上升。
Claims (10)
1.一种高稳定性驱油泡沫体系，包括发泡剂、稳定剂和水，其特征在于，所述发泡剂包括苯磺酸钠，所述稳定剂包括氧化石墨烯纳米片，所述水包括离子水。
2.根据权利要求1所述的高稳定性驱油泡沫体系，其特征在于，按质量占比包括苯磺酸钠0.2-0.4wt％、离子水99.60-99.79wt％和氧化石墨烯纳米片0.001-0.005wt％。
3.根据权利要求1或2所述的高稳定性驱油泡沫体系，其特征在于，所述氧化石墨烯纳米片的尺寸范围包括0.5-5μm。
4.根据权利要求1或2所述的高稳定性驱油泡沫体系，其特征在于，所述苯磺酸钠的烷基链长包括12-16个碳。
5.根据权利要求1或2所述的高稳定性驱油泡沫体系，其特征在于，所述离子水的矿化度为0-50000ppm。
6.一种权利要求1所述的高稳定性驱油泡沫体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯纳米片分散于离子水中，制得分散溶液；
(2)在分散溶液中加入苯磺酸钠，搅拌反应后制得最终产物。
7.根据权利要求6所述的高稳定性驱油泡沫体系的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散包括超声分散。
8.根据权利要求7所述的高稳定性驱油泡沫体系的制备方法，其特征在于，所述超声分散的时间为30-60min。
9.根据权利要求6所述的高稳定性驱油泡沫体系的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌包括磁力搅拌。
10.根据权利要求9所述的高稳定性驱油泡沫体系的制备方法，其特征在于，所述磁力搅拌的时间为5-10min。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113236204A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-10 | 付万春 | 一种表活石墨烯和工业烟道气泡沫控水驱油气方法及系统 |
| CN113292978A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-08-24 | 西南石油大学 | 一种两性二维纳米片及其制备方法和应用 |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN109439307A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-03-08 | 中国石油大学(北京) | 一种油气田用石墨烯铠甲强化的泡沫体系及其制备方法 |
| CN110144203A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-08-20 | 长江大学 | 一种低稳泡剂用量的长效泡沫及其制备方法 |
| CN110699057A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-17 | 中国石油化工股份有限公司 | 片层纳米颗粒增效的耐温高强度泡沫体系及制备方法 |
-
2020
- 2020-09-17 CN CN202010980166.XA patent/CN112251205A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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| CN113236204B (zh) * | 2021-05-17 | 2024-01-26 | 付万春 | 一种表活石墨烯和工业烟道气泡沫控水驱油气方法及系统 |
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