CN1131293C - 一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高原油采收率的表面活性剂驱油体系，该体系中所用的表面活性剂为C14～C20的烷基苯磺酸盐的一种，优选是十八烷基苯磺酸盐，最优选是直链十八烷基苯磺酸胺。利用本发明的表面活性剂驱油体系，可以提高原油采收率。
Description
本发明涉及一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系。
石油属于不可再生资源，所以如何在满足经济效益的前提下充分开采石油资源成为油田开发过程中永恒的课题。随着油田注水开发过程的延续，一些高含水油田的采收率也只有40％左右，仍还有60％左右的石油地质储量残留在油藏的岩石孔隙中。因此迫切需要一种新的采油技术来进一步开采石油资源。
经研究发现，残留在油藏的岩石孔隙中的石油可以通过注入适当的表面活性剂、碱、聚合物三元体系，既能提高洗油效率，又能扩大波及体积，实现了进一步提高采收率的目的。通常，表面活性剂水驱能有效地从地下油层中采出增产油，但是由于表面活性剂的水溶液粘度过低，在驱油过程中易造成“指进”现象，采收率受到较大影响，因此，在表面活性剂水溶液中加入少量聚合物来增加驱油剂的粘度。此外，向驱油剂中加入碱形成碱性的驱油溶液，可中和储层中原油的酸性成分和至少一种大量存在的中性成分，提高驱油剂在储层形成含石油酸皂表面活性剂体系的驱油效率，从而形成了现在在三次采油中广泛使用的三元复合驱。
但是，我们发现在大多数油田中使用的三元复合驱中，与表面活性剂和聚合物合用的碱用量非常大(如大庆油田正在使用的ORS-41)，为达到提高采收率的目的。虽然在应用时取得了一些效果，但大量使用碱不仅对聚合物的粘弹性有较大影响，且易造成油井结垢等诸多弊端。
此外，在油田三元复合驱中，表面活性剂多使用混合组分，由于组分间性质的差异，造成其在油层中存在色谱分离现象，岩石对其各组分吸附程度不同，从而大大降低了驱油体系的驱油效果。
本发明的一个目的是提供一种适合于三元复合驱中低碱组成情况下用于提高原油采收率表面活性剂驱油体系。
本发明中的已知碳原子数的烷基苯磺酸盐，其分子式为
其中M为碱金属、铵或胺，R为C14～C20的一种烷基。目前工业化的烷基苯生产工艺有正构烷烃脱氢、氯化、石腊裂解、四聚丙烯叠合、正构烷烃氯化-脱氯化氢和乙烯齐聚等工艺。我们可以应用上述各种生产工艺合成已知碳数的α-烯烃或卤代烷，本发明只介绍一种生产工艺—由蜡裂解的C14～C20的α-烯烃与苯烷基化生产已知碳数的烷基苯磺酸盐，生产工艺流程简述如下：优选烷基苯磺酸盐中的M为乙醇胺；乙醇胺为-乙醇胺。
(1)三氧化铝络合物的配制
(2)烷基化反应
(3)烷基化液氨中和、水洗工艺
(4)分馏工艺
(5)烷基苯精制
(6)烷基苯磺化反应
(7)烷基苯磺酸中和成盐
本发明涉及一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系，该驱油体系包括以下几种成分：
(1)碱为0.1％～1.0％(重量)；
(2)表面活性剂为0.01％～1.0％(重量)；该表面活性剂是：
烷基苯磺酸盐，其分子式为：
其中M为碱金属、铵或胺，R为C14～C20中确切碳数的一种烷基。
(3)余量为水；优选该驱油体系包括以下几种成分：
(1)NaOH为0.1％～0.7％(重量)或Na2CO3为0.3％～1.0％(重量)；
(2)表面活性剂为0.03％～0.5％(重量)；该表面活性剂是：烷基苯磺酸盐，其分子式为：
其中M为碱金属、铵或胺，R为C14～C20中确切碳数的一种烷基。
(3)余量为水；
本发明的已知碳数的烷基苯磺酸盐一般为已知碳数的烷基苯磺酸钠、已知碳数的烷基苯磺酸钾、已知碳数的烷基苯磺酸锂、已知碳数的烷基苯磺酸铵、已知碳数的烷基苯磺酸胺，最好是已知碳数的直链烷基苯磺酸胺，它的平均分子量范围在275～600之间，最好在325～500之间。用在本发明中的已知碳数的烷基苯磺酸盐是十四烷基苯磺酸盐、十六烷基苯磺酸盐、十八烷基苯磺酸盐、二十烷基苯磺酸盐，其中优选的是十四烷基苯磺酸盐～十八烷基苯磺酸盐，较优选的是十六烷基苯磺酸盐～十八烷基苯磺酸盐，最优选的是直链十八烷基苯磺酸盐。
这里已知碳原子数的烷基苯磺酸盐可以根据各地原油碳数分布不同而调整烷基苯磺酸盐的碳数分布。
本发明的驱油体系中所述的碱例如可以为NaOH或Na2CO3，其中最好是Na2CO3。碱的用量受注入水矿化度大小的影响，当注入水的矿化度高时，碱的用量低；当注入水的矿化度低时，碱的用量高。为减少强碱的用量，可以加入一定量的NaCl以提高注入水的矿化度。
在驱油体系中还可以加入部分水解聚丙烯酰胺，含量为0.03％～0.3％(重量)，还可以进一步加入助表面活性剂C1～C8的醇为0.05％～40％(重量)。助表面活性剂可以提高表面活性剂的溶解度，改善溶液的流动性。因此，加入适当的助表面活性剂有助于提高表面活性剂的作用效果。本发明使用的助表面活性剂是一种或几种C1～C8的醇，一般是甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、戊醇、己醇、辛醇及其混合物。最好是异丙醇、异丁醇、异戊醇及其混合物。
本发明与国内外驱油剂相比，最主要的优点在于它是一种单一的烷基苯磺酸盐，性能稳定。它能在提高原油采收率25％的同时，极大程度地降低了碱的用量，使油田的碱用量达到了最低值，从而有效避免了碱对于地层的伤害，同时本驱油体系能在几分钟内至几个月内一直保持极佳的驱油效果。另外，本发明的另一个优点就是它适应的原油范围比较广，对于各种地质条件下、各种性质的油藏均有很好的驱替效果。
本发明的一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系与大庆中区西部应用的B-100三元复合驱油体系、大庆杏五区应用的ORS-41三元复合驱油体系在形成10-3mN/m以下低界面张力时适用的碱范围的对比，详见下表1：
表1
注：1275A为英国联合胶体公司生产的部分水解聚丙烯酰胺。
| 名称 | 组合物浓度范围(重量百分比) | 碱浓度范围(重量百分比) | 最佳组成(重量百分比) |
| 本发明的一种用于提高原油采收率的驱油体系 | 0.05％～0.5％ | 0.1％～0.7％(NaOH) | 0.3％表面活性剂+0.5％NaOH+1200mg/l的1275A |
| 本发明的一种用于提高原油采收率的驱油体系 | 0.05～0.5％ | 0.2％～0.8％(Na2CO3) | 0.3％表面活性剂+0.8％Na2CO3+1200mg/l的1275A |
| ORS～41三元复合驱油体系 | 0.05％～0.6％ | 0.8％～1.4％(NaOH) | 0.3％ORS-41+1.2％NaOH+1200mg/l的1275A |
| B-100三元复合驱油体系 | 0.05％～0.6％ | 0.76％～1.7％(Na2CO3) | 0.3％B-100+1.25％Na2CO3+1200mg/l的1275A |
表1中，实验仪器为美国Texas 500型界面张力仪，油为大庆原油，水为大庆地层水。由表1可看出大庆中区西部应用的B-100三元复合驱油体系与大庆杏五区应用的ORS-41三元复合驱油体系中由于碱的浓度太高，造成聚合物粘弹性下降、油层及油井结垢问题严重等诸多弊端。而本发明的一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系适用碱浓度低，且适用于NaOH和Na2CO3两种碱，其中应用Na2CO3时，驱油体系PH值不超过11。油层及油井无明显结垢，对聚合物的粘弹性影响较小、流动性非常好、作用速度快、注入后性能稳定、操作无伤害等优点能大幅度提高原油采收率。
本发明的一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系的配方为：
(1)十八烷基苯磺酸胺0.05％～0.3％(重量)；
(2)Na2CO3为0.2％～0.8％(重量)；
(3)异戊醇0.15％(重量)；
(4)余量为水；
在驱油体系中可以加入部分水解聚丙烯酰胺，含量为0.03％～0.3％(重量)，还可以进一步加入助表面活性剂C1～C8的醇为0.05％～40％(重量)。
下面用具有说明性而且不会限制本发明保护范围的实施例进一步描述本发明。
实施例
实施例1
本例描述了表面活性剂驱油体系具体配制过程：
(一)已知碳数的直链烷基苯磺酸盐的制备；
这里只介绍一种生产工艺—由蜡裂解的C18的α-烯烃与苯烷基化生产已知碳数的直链烷基苯磺酸盐，生产工艺流程简述如下：
(1)三氧化铝络合物的配制
苯与C18的α-烯烃、三氧化铝、HCL按1∶2；2∶1(摩尔比)的配比，温度控制为50℃，搅拌，反应时间为2小时。
(2)烷基化反应
把苯与C18的α-烯烃、三氧化铝络合物按8∶1∶0.02配比，温度控制为50±5℃，搅拌，反应时间为1小时。
(3)烷基化液氨中和、水洗工艺
把烷基化产物与液氨中和，排除废水，用水洗5次以上，静置分层，排出废水。
(4)分馏工艺
把水洗后的烷基化产物分馏，除去未反应的苯。
(5)烷基苯精制
分馏后的产物利用白土等精制。
(6)烷基苯磺化反应
烷基苯在SO3膜式反应器中磺化，反应温度40℃
(7)烷基苯磺酸中和成盐
十八烷基苯磺酸与一乙醇胺中和成十八烷基苯磺酸胺，其分子式为：
C26H49SO4N
(二)表面活性剂驱油体系具体配制：
将十八烷基苯磺酸胺0.3％(重量)，Na2CO3为0.8％(重量)，部分水解聚丙烯酰胺为0.12％(重量)，异戊醇0.15％(重量)，余量为水，混合、搅拌成为表面活性剂驱油体系。
实施例2～7
实施例2～7描述了本发明的六种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系的配方，其
表面活性剂为十八烷基苯磺酸胺，及其不同碱浓度时的界面张力值。配方详见表2：
表2
界面张力值详见表3：
| 配方代号 | 十八烷基苯磺酸胺含量％(重量) | NaOH含量％(重量) | 异戊醇含量嗨(重量) | NaCl含量％(重量) | 余量 |
| 1 | 0.3 | 0.1～0.7 | 0.15 | - | 水 |
| 2 | 0.05 | 0.1～0.7 | 0.025 | - | 水 |
| 3 | 0.3 | 0.1～0.7 | 0.15 | 0.2 | 水 |
| 4 | 0.05 | 0.1～0.7 | 0.025 | 0.2 | 水 |
| 5 | 0.3 | 0.1～0.7 | 0.15 | 0.4 | 水 |
| 6 | 0.05 | 0.1～0.7 | 0.025 | 0.4 | 水 |
表3
实施例8～13
实施例8～13描述了本发明的六种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系的配方，其中，表面活性剂为十八烷基苯磺酸钠，及其不同碱浓度时的界面张力值。配方详见表4：
表4
界面张力值详见表5：
| 配方代号 | 十八烷基苯磺酸钠含量％(重量) | NaOH含量％(重量) | 异戊醇含量％(重量) | NaCl含量％(重量) | 余量 |
| 7 | 0.3 | 0.1～0.7 | 0.15 | - | 水 |
| 8 | 0.05 | 0.1～0.7 | 0.025 | - | 水 |
| 9 | 0.3 | 0.1～0.7 | 0.15 | 0.2 | 水 |
| 10 | 0.05 | 0.1～0.7 | 0.025 | 0.2 | 水 |
| 11 | 0.3 | 0.1～0.7 | 0.15 | 0.4 | 水 |
| 12 | 0.05 | 0.1～0.7 | 0.025 | 0.4 | 水 |
表5
在实施例2～13中，实验仪器为美国Texas 500型界面张力仪，油为大庆原油，水为大庆地层水。由表3可看出，本发明的一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系，表面活性剂为十八烷基苯磺酸胺时，NaOH的浓度为0.1％～0.7％(重量)时都能与原油之间形成10-3mN/m的超低界面张力，在加入适量的NaCl后，NaOH的浓度为0.1％～0.7％(重量)时也都能与原油之间形成10-3mN/m的超低界面张力。且加入NaCl后，界面张力进一步减小，明显降低了碱的用量；由表5可看出，本发明的一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系，表面活性剂为十八烷基苯磺酸钠时，NaOH的浓度为0.2％～0.7％(重量)时都能与原油之间形成10-3mN/m的超低界面张力，在加入适量的NaCl后，NaOH的浓度为0.1％～0.7％(重量)时都能与原油之间形成10-3mN/m的超低界面张力。由表3和表5对比，本发明的一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系，表面活性剂为十八烷基苯磺酸胺的界面张力明显小于表面活性剂为十八烷基苯磺酸钠的界面张力。实施例14～17
实施例14为本发明的一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系的配方：
(1)十八烷基苯磺酸胺0.3％(重量)；
(2)Na2CO3为0.2％～1.0％(重量)；
(3)异戊醇0.15％(重量)；
(4)余量为水；
实施例15为本发明的一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系的配方：
(1)十八烷基苯磺酸胺0.05％(重量)；
(2)Na2CO3为0.2％～1.0％(重量)；
(3)异戊醇0.025％(重量)；
(4)余量为水；
实施例16为本发明的一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系的配方：
(1)十八烷基苯磺酸钠0.3％(重量)；
(2)Na2CO3为0.2％～1.0％(重量)；
(3)异戊醇0.15％(重量)；
(4)余量为水；
实施例17为本发明的一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系的配方：
(1)十八烷基苯磺酸钠0.05％(重量)；
(2)Na2CO3为0.2％～1.0％(重量)；
(3)异戊醇0.025％(重量)；
(4)余量为水；
实施例14～17在不同Na2CO3浓度条件下的界面张力见表6：
表6
表6中，实验仪器为美国Texas 500型界面张力仪，油为大庆原油，水为大庆地层水。由表6可看出，本发明的一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系，表面活性剂为十八烷基苯磺酸胺时，Na2CO3的浓度为0.2％～1.0％(重量)时都能与原油之间形成10-3mN/m的超低界面张力，表面活性剂为十八烷基苯磺酸钠时，Na2CO3的浓度为0.4％～0.8％(重量)时能与原油之间形成10-3mN/m的超低界面张力，因此，实施14、15例具有在三元复合驱中碱的范围宽，应用时易操作，对地层伤害小等优点。
实施例18
由于影响化学驱油效果的因素很多，如体系的抗稀释能力、表面活性剂的动滞留量等，仅仅根据界面张力来评价驱油体系配方的好坏是不够的，所以，还必须在接近油田实际条件下，通过驱油模拟实验来评价最佳体系配方的驱油效果。我们在大庆油田天然岩芯上进行了利用本发明的表面活性剂配成的三元复合驱油体系与美国ORS-41三元复合驱油体系的对比驱油实验。其驱油体系配方1为：
(1)表面活性剂组合物浓度0.3％(重量)
(2)NaOH 0.5％(重量)
(3)部分水解聚丙烯酰胺(1275A)1200毫克/升
(4)余量为水
驱油体系配方2为：
(1)ORS-41浓度0.3％(重量)
(2)NaOH1.2％(重量)
(3)部分水解聚丙烯酰胺(1275A)1200毫克/升
(4)余量为水
岩芯性质见表7：
表7
| 岩芯编号 | 长度(cm) | 直径(cm) | 截面积(cm2) | 渗透率(md) | 孔隙体积(cm3) |
| 2000-11 | 9.85 | 2.45 | 4.71 | 476 | 11.67 |
| 2000-12 | 9.70 | 2.45 | 4.71 | 380 | 12.18 |
首先将岩芯抽空饱和地层水，然后饱和大庆脱气原油，建立束缚水。之后将岩芯在45℃条件下老化三天，以恢复岩芯的原始润湿性。此后进行水驱采油，当含水达98％后注入本发明的表面活性剂复配体系的驱油段塞。最后跟着注入水，直至含水98％时结束。通过岩芯驱油实验结果表明，配方1在驱油过程中形成油墙，含水降到50％以下，最终采收率比水驱提高25％左右。此外，压差显示说明，整个驱油过程中，段塞的流度控制较好，未产生突破。而配方2最终采收率比水驱提高20％左右。由此可见，本发明的表面活性剂驱油体系能与原油之间形成10-3mNm/m超低界面张力，所以可以大幅度提高采收率，在同等成本下，与美国的ORS-41三元复合驱油体系相比，具有低碱、低伤害、高投入产出比等优点。
Claims (24)
1、一种用于提高原油采收率的表面活性剂驱油体系，该驱油体系包括以下几种成分：
(1)碱为0.1％～1.0％(重量)；
(2)表面活性剂为0.01％～1.0％(重量)；该表面活性剂是：烷基苯磺酸盐，其分子式为：
其中M为碱金属、铵或胺，R为C14～C20中确切碳数的一种烷基。
(3)余量为水；
2、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：该驱油体系包括以下几种成分：
(1)NaOH为0.1％～0.7％(重量)或Na2CO3为0.1％～1.0％(重量)；
(2)表面活性剂为0.04％～1.0％(重量)；该表面活性剂是：烷基苯磺酸盐，其分子式为：
其中M为碱金属、铵或胺，R为C14～C20中确切碳数的一种烷基。
(3)余量为水；
3、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：烷基苯磺酸盐中所说的碱金属可以是钠或钾或锂。
4、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：烷基苯磺酸盐中所说的烷基苯磺酸盐是烷基苯磺酸铵或烷基苯磺酸胺。
5、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：烷基苯磺酸盐中的M为钠。
6、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：烷基苯磺酸盐中的M为乙醇胺。
7、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：烷基苯磺酸盐中R为C14～C18中的一种烷基。
8、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：烷基苯磺酸盐中R为C16～C18中的一种烷基。
9、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：烷基苯磺酸盐是十八烷基苯磺酸盐。
10、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：烷基苯磺酸盐为直链烷基苯磺酸盐。
11、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：烷基苯磺酸盐为支链烷基苯磺酸盐。
12、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：所说的表面活性剂为0.03％～0.5％(重量)。
13、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：所说的碱为NaOH。
14、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：所说的碱为Na2CO3。
15、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：所说的水为清水或污水。
16、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：还含有0.05％～40％(重量)的一种或几种C1～C8醇类助表面活性剂。
17、根据权利要求1所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：还含有0.03％～0.3％(重量)的部分水解聚丙烯酰胺。
18、根据权利要求6所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：所用的乙醇胺为一乙醇胺。
19、根据权利要求9所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：所用的十八烷基苯磺酸盐为直链十八烷基苯磺酸盐。
20、根据权利要求13所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：所说的NaOH为0.1％～0.7％(重量)。
21、根据权利要求14所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：所说的Na2CO3为0.3％～1.0％(重量)。
22、根据权利要求15所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：所说的水还可以加入0.1％～0.8％(重量)的NaCl。
23、根据权利要求16所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：所用的醇为异丁醇。
24、根据权利要求16所述的表面活性剂驱油体系，其特征在于：所用的醇为异戊醇。
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Legal Events
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