CN112251208B - 一种用于高温高盐油藏的驱油表面活性剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于高温高盐油藏的驱油表面活性剂及其制备方法和应用，其包括下述重量份的组分：脂肪酸烷醇酰胺或其酯化衍生物1～35份、甜菜碱类化合物1～35份、烷基苯磺酸盐1～30份和低分子醇1～30份。通过选择阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐、非离子表面活性剂脂肪酸烷醇酰胺和两性离子表面活性剂甜菜碱的复配，多个基团的协同作用大大增加了表面活性剂的抗盐和抗二价阳离子的性能，可用于高矿化度的油层驱油，驱油表面活性剂可以显著降低油水界面张力，驱油表面活性剂的稳定性高，用量少，效率高，可以作为高温高盐油藏的驱油表面活性剂，还可适用于低温低盐油藏，适用范围广。

Description

一种用于高温高盐油藏的驱油表面活性剂及其制备方法和 应用

技术领域

本申请涉及一种用于高温高盐油藏的驱油表面活性剂及其制备方法和应用，属于油田化学品技术领域。

背景技术

随着油田的日益开发，原油的开采难度日益增大，提高原油采收率需求逐渐增多，新的三次采油技术以及三次采油后驱油技术越来越受到重视。为了提高原油采收率，常用聚合物驱、碱水驱、表面活性剂驱以及复合驱如二元或三元复合等化学驱方法。根据我国陆上油田提高采收率潜力评价结果，化学驱可明显增加可采储量，潜力巨大，是三次采油提高采收率的主要方法。历经多年探索，在国产化学剂研制、提高采收率配套技术、矿场先导试验等方面取得了重大进展，总体上已处于国际领先水平。

驱油用表面活性剂是化学驱的重要组成部分，对于普通油藏，驱油用表面活性剂的应用效果比较理想，如烷基苯磺酸盐等。但对于高温高盐油藏，烷基苯磺酸盐不能很好的与地层流体配伍，无法形成超低界面张力，达不到提高采收率的目的。原因是高温高盐油藏下表面活性剂的结构容易被破坏或发生改变，提高采收率效果变差。因此，有针对性的研究用于高温高盐油藏的三次采油表面活性剂具有非常重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，提供了一种用于高温高盐油藏的驱油表面活性剂及其制备方法和应用，该驱油表面活性剂通过选择阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐、非离子表面活性剂脂肪酸烷醇酰胺和两性离子表面活性剂甜菜碱的复配，明显改善了驱油表面活性剂的抗盐和抗二价阳离子的性能，可用于高矿化度的油层驱油。

根据本申请的一个方面，提供了一种用于高温高盐油藏的驱油表面活性剂，其包括下述重量份的组分：脂肪酸烷醇酰胺或其酯化衍生物1～35份、甜菜碱类化合物1～35份、烷基苯磺酸盐1～30份和低分子醇1～30份；其中，所述甜菜碱类化合物选自具有Ⅰ所示结构式的化合物中的至少一种；

式Ⅰ中，m、n独立的选自1～30，R₁选自C8～C24的烷基中的一种；R₂选自羧基、磺基和亚烷基磺基中的一种。

进一步的，该驱油表面活性剂包括下述重量百分含量的组分：1wt％～35wt％的脂肪酸烷醇酰胺或其酯化衍生物、1wt％～35wt％的甜菜碱类化合物、1wt％～30wt％的烷基苯磺酸盐、1wt％～30wt％的低分子醇和余量为水；

优选地，包括下述重量百分含量的组分：20wt％～30wt％的脂肪酸烷醇酰胺或其酯化衍生物、25wt％～32wt％的甜菜碱类化合物、15wt％～25wt％的烷基苯磺酸盐、10wt％～25wt％的低分子醇和余量为水；

更优选地，包括下述重量百分含量的组分：24wt％的脂肪酸烷醇酰胺或其酯化衍生物、30wt％的甜菜碱类化合物、20t％的烷基苯磺酸盐、12wt％的低分子醇和14％的水。

进一步的，m、n独立的选自1～15，R₁选自C10～C22的烷基中的一种，R₂选自羧基、磺基和C1-C8亚烷基磺基中的一种。

进一步的，R1选自包含直链、支链和环状结构的烷基中的至少一种；

优选的，R1中烷基被一个或多个取代基取代，所述取代基为卤素、烷基或烷氧基；

优选的，R2中亚烷基被一个或多个取代基取代，所述取代基为羟基或烷氧基。

进一步的，所述驱油表面活性剂中的固含量为30wt％～60wt％，pH为6～11，溶解度不低于10g/100g水。

进一步的，所述脂肪酸烷醇酰胺中的脂肪酸选自C8-C24脂肪酸中的一种；

优选地，所述脂肪酸烷醇酰胺中的脂肪酸选自C10-C22脂肪酸中的一种；

优选地，所述脂肪酸烷醇酰胺中的脂肪酸选自C12-C18脂肪酸中的一种。

进一步的，所述脂肪酸烷醇酰胺由脂肪酸和烷基醇胺在碱催化剂作用下缩合反应制得；和/或

所述烷基苯磺酸盐由芳烃在氯代烷环境中与SO3或氯磺酸磺化，再与碱中和制得。

进一步的，所述烷基苯磺酸盐独立的选自钠盐、钾盐或铵盐；和/或

所述脂肪酸烷醇酰胺酯化衍生物选自脂肪酸烷醇酰胺硫酸酯或其盐和脂肪酸烷醇酰胺磷酸酯或其盐中的至少一种。

根据本申请的另一个方面，还提供了所述的高温高盐油藏的驱油表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

将所述脂肪酸烷醇酰胺或其酯化衍生物、甜菜碱类化合物、烷基苯磺酸盐和低分子醇混合，搅拌至少20min。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种用于高温高盐油藏的驱油表面活性剂在提高原油采油率中的应用，所述的驱油表面活性剂选自所述的高温高盐油藏的驱油表面活性剂，和所述的方法制备的驱油表面活性剂中的一种；

所述高温高盐油藏的地层温度为80～130℃、矿化度为20～50g/L，盐含量为。

本申请的有益效果包括但不限于：

1、根据本申请的用于高温高盐油藏的驱油表面活性剂，通过选择阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐、非离子表面活性剂脂肪酸烷醇酰胺和两性离子表面活性剂甜菜碱的复配，甜菜碱类化合物能避免形成水不溶性的“电中性”化合物，大大改善了烷基苯磺酸盐的耐盐和抗二价离子的性能，甜菜碱类化合物与烷基苯磺酸盐配伍能够避免脂肪酸烷醇酰胺在高温条件下由于酰胺键的水解导致的热稳定性差的问题，能够提高产品在高温条件下的稳定性；烷基苯磺酸盐和脂肪酸烷醇酰胺能够抵消改善甜菜碱类化合物吸附而产生的的损失。甜菜碱类化合物与烷基苯磺酸盐和脂肪酸烷醇酰胺配伍性好，多个基团的协同作用改善了产品的耐温性和耐盐性，可用于高温、高矿化度的油层驱油，具有广泛的应用前景和实际意义。

2、根据本申请的用于高温高盐油藏的驱油表面活性剂，驱油表面活性剂可以显著降低油水界面张力，驱油表面活性剂的稳定性高，用量少，效率高，可以作为高温高盐油藏的驱油表面活性剂，还可适用于低温低盐油藏、低渗透油藏，适用范围广。

3、根据本申请的驱油表面活性剂的制备方法，该制备方法工艺简单，利于操作，生产成本低。

4、根据本申请的高温高盐油藏的驱油表面活性剂在提高采用率中的应用，驱油表面活性剂可以显著降低油水界面张力，具有明显的洗油效果，驱油效率高、油藏适应性强，从而降低开采难度，大幅度提高原油采收率，可广泛应用于三次采油中。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料和试剂均通过商业途径购买。

实施例1驱油表面活性剂1#

驱油表面活性剂1#包括下述重量百分含量的组分：C₁₂脂肪酸二乙醇酰胺24％、式Ⅰ所示的甜菜碱类化合物(R₁＝16,m＝2,n＝2,R₂为亚丙基磺基)30％、C₁₂烷基苯磺酸钠20％、异丙醇12％和去离子水14％。

驱油表面活性剂1#的制备方法包括下述步骤：

按比例将异丙醇和水加入反应容器中，再将C₁₂脂肪酸二乙醇酰胺，甜菜碱类化合物(R₁＝16,m＝2,n＝2,R₂为亚丙基磺基)，C₁₂烷基苯磺酸钠按比例加入，混合搅拌30min，再分次缓慢加入去离子水，搅拌均匀。产品为黄色均匀液体，水溶性良好，溶解度不低于10g/100g水，pH＝8-10。

实施例2驱油表面活性剂2#

驱油表面活性剂1#包括下述重量百分含量的组分：C₁₈脂肪酸二乙醇酰胺32％、式Ⅰ所示的甜菜碱类化合物(R₁＝16,m＝2,n＝2,R₂为亚丙基磺基)28％、C₁₄烷基苯磺酸钠12％、异丙醇10％和去离子水18％。

驱油表面活性剂1#的制备方法包括下述步骤：

按比例将异丙醇和水加入反应容器中，再将C₁₈脂肪酸二乙醇酰胺、甜菜碱类化合物(R₁＝16,m＝2,n＝2,R₂为亚丙基磺基)、C₁₄烷基苯磺酸钠按比例加入，混合搅拌40min，再分次缓慢加入去离子水，搅拌均匀。产品为黄色均匀液体，水溶性良好，溶解度不低于10g/100g水，pH＝8-10。

实施例3驱油表面活性剂3#

驱油表面活性剂3#包括下述重量百分含量的组成：C₁₆脂肪酸二乙醇酰胺30％、式Ⅰ所示的甜菜碱类化合物(R₁＝14,m＝5,n＝6,R₂为磺基)32％、C₁₆烷基苯磺酸钠21％、异丙醇10％和去离子水7％。

上述驱油表面活性剂3#的制备方法包括下述步骤：

按比例将异丙醇和水加入反应容器中，再将C₁₆脂肪酸二乙醇酰胺、甜菜碱类化合物(R₁＝14,m＝5,n＝6,R₂为磺基)、C₁₆烷基苯磺酸钠按比例加入，混合搅拌60min，再分次缓慢加入去离子水，搅拌均匀。产品为黄色均匀液体，水溶性良好，溶解度不低于10g/100g水，pH＝8-10。

实施例4驱油表面活性剂4#～7#、D1#～D3#

按照实施例1的制备方法，提供不同种类和含量组成的驱油表面活性剂1#～8#、D1#～D5#，具体见表1，其中表格中的C_n指的是脂肪酸烷醇酰胺中脂肪酸的碳原子数。

表1

实施例6

测试方法：

1、界面张力测试方法：用地层水将驱油表面活性剂配制成0.5wt％的溶液，在80℃(模拟地层温度)下，用Texas500C型界面张力计测量溶液与原油之间的界面张力，根据仪器说明书提供的公式计算界面张力值。

2、洗油率测试方法：

(1)将地层砂洗净后与目标区块原油按4:1比例(质量比)混合，放入烘箱中在油藏温度下恒温老化7d，每天搅拌1次，使油砂混合均匀。

(2)称取老化好的油砂5.000g放至100mL锥形瓶中，称重得m₁，

(3)向步骤(2)样品中加入配制好的表面活性剂溶液50g(单一表面活性剂体系为0.3％；SLPS复配体系为0.4％)，充分混合后在油藏温度下静置48h。

(4)将步骤(3)静置后的样品溶液中漂浮的原油及瓶壁上粘附的原油用干净的棉纱蘸出，并倒出表面活性剂溶液，接着将锥形瓶放在100℃烘箱中烘至恒重，得m₂。

(5)使用沸程90℃～120℃的石油醚对步骤(2)样品进行原油洗脱，直至石油醚无色。

(6)将步骤(5)洗脱尽原油的锥形瓶置于120℃烘箱中烘至恒重，称重得m₃。

(7)按下式计算原油洗脱率：

式中：

σ——原油洗脱率，％；

m₁——洗油前锥形瓶与油砂总质量，g；

m₂——洗油后锥形瓶与油砂质量，g；

m₃——锥形瓶与洗净后地层砂质量，g。

3、抗吸附性测试方法：

用目标区块注入水配制0.3％表活剂溶液90g，在磁力搅拌器上以(300±20)r/min的转速搅拌15min后与30g地层油砂混合，放入恒温水浴(油藏温度)，转速(170r/min)中振荡24h。

取出样品，静置30min后取上层清液(如果溶液浑浊用离心机离心)，在油藏温度下用旋转滴界面张力仪测定上层清液与实验油样间界面张力,记录最低界面张力值并绘制时间-界面张力动态图，实验时间2h。

取样品上层清液，测试样品中表活剂浓度，按式计算静态吸附损耗：

式中：

X——静态吸附损耗，mg/g砂；

C₁——吸附前表活剂浓度，％；

C₂——吸附后表活剂浓度，％；

G₁——所取活性剂溶液的质量，g；

G₂——所取油砂的质量，g。

4、抗盐性测试方法：

配制50g/L抗盐模拟盐水，用抗盐模拟盐水配制0.3％(商品浓度)的表活剂溶液100g，在磁力搅拌器上以(300±20)r/min的转速搅拌15min后记录溶液实验现象。

在70摄氏度下用旋转滴界面张力仪测定待测样品与实验油样间界面张力,记录最低界面张力值。

5、热稳定性测试方法：

空白聚合物溶液A的配制：取144.00g聚合物母液加入1000mL烧杯中，加入256.0g目标区块注入水，在恒速搅拌器上以(300±20)r/min的转速搅拌30min，得到1800mg/L的空白待测溶液，分装到6个安瓿瓶中，记为An(n＝1～6)。

聚合物－单一表活剂溶液B的配制：称取表活剂样品质量1.2g(精确至0.001g)，置于150mL烧杯中，加入254.8g目标区块注入水，在磁力搅拌器上以(300±20)r/min的转速搅拌15min后再加入聚合物母液144.0g，在恒速搅拌器上以(300±20)r/min的转速搅拌30min后得到均质溶液，分装到6个安瓿瓶中，记为Bn(n＝1～6)。

将Bn置于手套箱中除氧，用铝盖封口，在烘箱中保存(设置烘箱温度为70摄氏度)。

在0、1、3、7、15、30、60、90d依次取出Bn测试样品界面张力即为样品的热稳定性。

6、提高采收率测试方法：选取渗透率500±50×10^-3μm²的岩心，经钻切洗油后测定空气渗透率，饱和地层水，测定孔隙体积和孔隙度。饱和油，水驱至含水90wt％，注入0.3PV0.5wt％的驱油表面活性剂溶液(实施例2-5制备的11种驱油表面活性剂(1#-8#、D1#-D5#)，转水驱至含水99wt％，计算提高采收率值。

以驱油表面活性剂1#-5#为例进行说明，结果如表2所示。

表2

由表2可以看出，本申请实施例制得的驱油表面活性剂1#-8#在0.05～0.6％较宽的用量范围内，与地下原油形成10^-2-10^-3mN/m的低界面张力，在油藏稳定下老化90天后界面张力仍能保持较低值，有较好的抗吸附性和抗盐性，能有效提高洗油率和原油的采收率。相较于实施例1，对比例1#-5#分别改变驱油表面活性剂的组分，使制得的驱油表面活性剂D1#-5#的抗盐性和稳定性降低，洗油率和原油的采收率效果不好。综上，本申请的驱油表面活性剂具有较好的抗盐性和热稳定性，提高原油的采收率的效果显著。

以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种用于高温高盐油藏的驱油表面活性剂，其特征在于，其包括下述重量份的组分：脂肪酸烷醇酰胺或其酯化衍生物1～35份、甜菜碱类化合物1～35份、烷基苯磺酸盐1～30份和低分子醇1～30份；其中，所述甜菜碱类化合物选自具有Ⅰ所示结构式的化合物中的至少一种；

式Ⅰ中，m、n独立的选自1～30，R₁选自C8～C24的烷基中的一种；R₂选自羧基、磺基和亚烷基磺基中的一种；

所述脂肪酸烷醇酰胺由脂肪酸和烷基醇胺在碱催化剂作用下缩合反应制得；所述脂肪酸烷醇酰胺酯化衍生物选自脂肪酸烷醇酰胺硫酸酯或其盐和脂肪酸烷醇酰胺磷酸酯或其盐中的至少一种；所述脂肪酸烷醇酰胺中的脂肪酸选自C8-C24脂肪酸中的一种；

所述烷基苯磺酸盐由芳烃在氯代烷环境中与SO₃或氯磺酸磺化，再与碱中和制得；所述烷基苯磺酸盐独立的选自钠盐、钾盐或铵盐；所述低分子醇包括异丙醇。

2.根据权利要求1所述的驱油表面活性剂，其特征在于，其包括下述重量百分含量的组分：1wt％～35wt％的脂肪酸烷醇酰胺或其酯化衍生物、1wt％～35wt％的甜菜碱类化合物、1wt％～30wt％的烷基苯磺酸盐、1wt％～30wt％的低分子醇和余量为水。

3.根据权利要求1所述的驱油表面活性剂，其特征在于，包括下述重量百分含量的组分：20wt％～30wt％的脂肪酸烷醇酰胺或其酯化衍生物、25wt％～32wt％的甜菜碱类化合物、15wt％～25wt％的烷基苯磺酸盐、10wt％～25wt％的低分子醇和余量为水。

4.根据权利要求1所述的驱油表面活性剂，其特征在于，包括下述重量百分含量的组分：24wt％的脂肪酸烷醇酰胺或其酯化衍生物、30wt％的甜菜碱类化合物、20t％的烷基苯磺酸盐、12wt％的低分子醇和14％的水。

5.根据权利要求1或2所述的驱油表面活性剂，其特征在于，m、n独立的选自1～15，R₁选自C10～C22的烷基中的一种，R₂选自羧基、磺基和C1-C8亚烷基磺基中的一种。

6.根据权利要求5所述的驱油表面活性剂，其特征在于，R1选自包含直链、支链和环状结构的烷基中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的驱油表面活性剂，其特征在于，R1中烷基被一个或多个取代基取代，所述取代基为卤素、烷基或烷氧基。

8.根据权利要求5所述的驱油表面活性剂，其特征在于，R2中亚烷基被一个或多个取代基取代，所述取代基为羟基或烷氧基。

9.根据权利要求1或2所述的驱油表面活性剂，其特征在于，所述驱油表面活性剂中的固含量为30wt％～60wt％，pH为6～11，溶解度不低于10g/100g水。

10.根据权利要求1或2所述的驱油表面活性剂，其特征在于，所述脂肪酸烷醇酰胺中的脂肪酸选自C10-C22脂肪酸中的一种。

11.根据权利要求1或2所述的驱油表面活性剂，其特征在于，所述脂肪酸烷醇酰胺中的脂肪酸选自C12-C18脂肪酸中的一种。

12.权利要求1-11中任一项所述的高温高盐油藏的驱油表面活性剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

将所述脂肪酸烷醇酰胺或其酯化衍生物、甜菜碱类化合物、烷基苯磺酸盐和低分子醇混合，搅拌至少20min。

13.一种用于高温高盐油藏的驱油表面活性剂在提高原油采油率中的应用，其特征在于，所述的驱油表面活性剂选自权利要求1-11中任一项所述的高温高盐油藏的驱油表面活性剂，和权利要求12所述的方法制备的驱油表面活性剂中的一种；

所述高温高盐油藏的地层温度为80～130℃、矿化度为20～50g/L，钙镁含量为2000～4000mg/L。