CN113429954B - 驱油表面活性剂体系及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种驱油表面活性剂体系及其制备方法和应用。所述驱油表面活性剂体系为由表面活性剂、酯化助剂、无机盐以及水构成的胶束状复合驱油剂；所述表面活性剂为烷基糖苷或者烷基糖苷的衍生物；所述酯化助剂为手性环丙烷二羧酸与手性苯基乙二醇进行酯化反应后得到的手性酯化产物。其制备方法为将表面活性剂、酯化助剂、无机盐按比例加入到水中，得到混合溶液，并进行超声和高速剪切处理，制备得到胶束状驱油表面活性剂体系，其具有优异的稳定性和较低的表面张力，能够深入到细小孔喉裂隙中，从而能更好的促进原油在孔喉裂隙中的驱替与溶解，解决了由于原油粘度大、易堵塞孔喉裂隙，使得大量剩余原油无法与驱油体系作用的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及油田开采技术领域，尤其涉及一种驱油表面活性剂体系及其制备方法和应用。
背景技术
石油是全世界重要的不可再生性战略资源，目前我国的油田大部分进入了油田开发后期，采用注水驱采出来的油具有高含水特点，极大的降低了油田开发的经济效益。化学驱在油田开发后期提高采油效率方面发挥了很大的作用，三次采油技术中最具有发展前景的就属化学驱中的表面活性剂驱，表面活性剂的工作原理是通过降低油水界面张力，改变岩石的润湿性进而提高采收率。
近年来，使用表面活性剂对油藏进行化学驱替的研究和应用取得了不少成果，但仍存在一些问题，例如表面活性剂易吸附在岩石表面，造成润湿性反转，导致压裂效率大幅降低，同时，还存在着环保方面的隐患。其中，非离子表面活性剂体系需要高浓度，其生产工艺复杂，因此制备价格昂贵，成本高。另外，非离子表面活性剂驱在高温、高矿化度、裂缝性碳酸盐岩油藏中面临很大挑战。
烷基糖苷(AlkylPolyglycoside，APG)是一种温和型绿色非离子表面活性剂，由天然可再生资源脂肪醇和葡萄糖在酸性催化剂下脱水生成，具有良好的生物降解性。同时，其还具有较强的配伍性、耐强碱以及抗盐性强等诸多优点。
申请号为CN201610606653.3的发明专利公开了一种基于烷基糖苷的绿色环保型泡沫驱油体系及其制备方法与应用。该泡沫驱油体系是以烷基糖苷为主要表面活性剂，与阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂复配得到。烷基糖苷的糖环平均聚合度为1.0～3.0，疏水基碳链长度为8～12。
申请号为CN202011359759.0的发明专利公开了一种驱油剂组合物、驱油剂及其制备方法和应用。该驱油剂组合物包括烷基糖苷非离子表面活性剂和氧化胺两性表面活性剂；烷基糖苷非离子表面活性剂和氧化胺两性表面活性剂的质量比为(6～8)：(2～4)。该驱油剂包括烷基糖苷非离子表面活性剂、氧化胺两性表面活性剂和水；烷基糖苷非离子表面活性剂和氧化胺两性表面活性剂的总质量占总驱油剂的质量浓度为0.3～0.5wt％。
但是，上述现有技术中对烷基糖苷表面活性剂驱油液体系的研究大多集中在优化表面活性剂的结构或者与其他表面活性剂的配伍组合上，表面活性剂的成本较高，不够经济。同时，还鲜少有对烷基糖苷表面活性剂胶束体系进行驱油性能研究和优化。
有鉴于此，有必要设计一种改进的驱油表面活性剂体系及其制备方法和应用，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种驱油表面活性剂体系及其制备方法和应用。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种驱油表面活性剂体系，其为由表面活性剂、酯化助剂、无机盐以及水构成的胶束状复合驱油剂；
所述表面活性剂为烷基糖苷或者烷基糖苷的衍生物；
所述酯化助剂为手性环丙烷二羧酸与手性苯基乙二醇进行酯化反应后得到的手性酯化产物，其结构式为：
作为本发明的进一步改进，所述表面活性剂为烷基碳链为10～16的烷基糖苷或者烷基碳链为12～20的烷基糖苷的衍生物。
作为本发明的进一步改进，所述无机盐为碳酸钠、氯化钠、氯化镁中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述驱油表面活性剂体系的胶束粒径小于50nm。
作为本发明的进一步改进，所述表面活性剂、酯化助剂、无机盐与水的质量比例为(0.1～5)：(0.1～2)：(0.01～1)：100。
作为本发明的进一步改进，所述酯化助剂的合成路线如下：
S1，以手性蒈醛酸内酯为原料，调节pH值至酸性，然后在KMnO4作用下开环得到手性环丙烷二羧酸：
S2，将手性环丙烷二羧酸与手性苯基乙二醇进行酯化反应，得到酯化助剂：
作为本发明的进一步改进，所述表面活性剂、酯化助剂、无机盐与水的质量比例为(0.2～2)：(0.1～1)：(0.05～0.5)：100。
为实现上述发明目的，本发明还提供了一种上述驱油表面活性剂体系的制备方法，包括如下步骤：
P1，将表面活性剂、酯化助剂、无机盐按(0.2～2)g：(0.1～1)g：(0.05～0.5) g的质量比例加入到100g水中，得到混合溶液，并进行超声处理20～30min；
P2，将超声处理后的混合溶液在30～50℃下进行高速剪切处理6～10h，制备得到胶束状驱油表面活性剂体系。
作为本发明的进一步改进，所述高速剪切的速度为300～600r/min。
为实现上述发明目的，本发明还提供了一种上述驱油表面活性剂体系的应用。所述驱油表面活性剂体系在油田开采领域的应用。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的驱油表面活性剂体系，采用具备手性结构的烷基糖苷及其衍生物为非离子表面活性剂主体，以具备手性结构的亲油酯化产物为酯化助剂，辅以少量无机盐离子，构建成驱油表面活性剂纳米胶束体系。该纳米胶束体系具有优异的稳定性，较低的表面张力，再加之其粒径小于50nm，因而能够深入到细小孔喉裂隙中，从而能更好的促进原油在孔喉裂隙中的驱替与溶解，解决了由于原油粘度大、易堵塞孔喉裂隙，使得大量剩余原油无法与驱油体系作用的技术问题。
2、本发明提供的驱油表面活性剂体系，酯化助剂具备5个手性中心，烷基糖苷具备4个手性中心，通过纳米胶束来携带具有较强渗透且亲油能力并同时具备多手性中心结构的酯化产物小分子，并将其与同样具备多手性中心的表面活性剂烷基糖苷进行复合，进而两者相互作用，利用两者之间不同的空间手性立体构型和不同的功效，来产生协同驱油作用，即，利用酯化助剂自身所特有的多手性中心所形成的的空间立体构型来促进原油分子紧密堆叠的烷烃链之间产生空隙，以使原油中紧密堆叠的烷烃链段产生一定的松动，从而促进原油的流动和溶解，再利用同一胶束体系中的烷基糖苷多手性空间立体构型和其优异的表面活性(降低界面张力和改变润湿性)，显著提供原油采收率，进而达到降粘、解堵、原油增产的目的。
3、本发明提供的驱油表面活性剂体系，将纳米粒径的胶束体系与多手性中心立体构型的表面活性剂和亲油酯化助剂复合体系结合起来，将纳米粒径的功效与手性复合体系的功效进行相互协同，首先利用纳米粒径的胶束体系深入到油藏细小的孔喉裂隙中，然后利用手性复合体系空间立体构型来促进原油的流动和溶解，由此显著提高原油的采收率，两种作用相互结合，同步实现降低黏度解决堵塞和原油增产的功能。
附图说明
图1为岩心驱替实验装置流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面就具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供了一种驱油表面活性剂体系的制备方法，包括如下步骤：
P1，将表面活性剂、酯化助剂、无机盐按(0.2～2)g：(0.1～1)g：(0.05～0.5) g的质量比例加入到100g水中，得到混合溶液，并进行超声处理20～30min；
P2，将超声处理后的混合溶液在30～50℃下进行高速剪切处理6～10h，制备得到胶束状驱油表面活性剂体系。
优选的，所述高速剪切的速度为300～600r/min。
优选的，所述酯化助剂的合成路线如下：
S1，以手性蒈醛酸内酯为原料，调节pH值至酸性，然后在KMnO4作用下开环得到手性环丙烷二羧酸：
S2，将手性环丙烷二羧酸与手性苯基乙二醇进行酯化反应，得到酯化助剂：
优选的，所述表面活性剂为烷基糖苷，结构式如下：
实施例1
本发明实施例1提供了一种驱油表面活性剂体系，其为由烷基糖苷表面活性剂、酯化助剂、无机盐氯化钠以及水构成的粒径小于50nm的胶束状复合驱油剂；
其中，酯化助剂的制备过程如下：
S1，在不断机械搅拌的条件下，在烧杯中加入24g蒈醛酸内酯和300g 水，然后用浓硫酸将溶液pH值调节至2；接着在0℃条件下分三次加入总量为37.5g的KMnO4，自然升温至室温，继续搅拌反应12h，过滤,滤液用 10％K2CO3调pH值至8～9，用100mL乙醚洗涤水相,水相用浓硫酸调pH值至2～3，用无水乙醚萃取，经无水Na2SO4干燥后，旋蒸得20g左右的白色固体粉末多手性中心构型的环丙烷二羧酸。
S2，将摩尔质量比例为1：1.2的多手性中心构型的环丙烷二羧酸与手性苯基乙二醇在DCC和DMAP体系下进行酯化反应，得到酯化助剂，结构式如下：
接着，进行上述驱油表面活性剂体系的制备，包括如下步骤：
P1，将表面活性剂烷基糖苷、酯化助剂、无机盐氯化钠按5g：3g：1g的质量比例加入到1L水中，得到混合溶液，并进行超声处理30min；
P2，将超声处理后的混合溶液在30℃下按400r/min的速率进行高速剪切处理8h，制备得到胶束状驱油表面活性剂体系。
对比例1
与实施例1的不同之处在于：没有添加酯化助剂。
对比例2
与实施例1的不同之处在于：表面活性剂采用不具备手性结构的非离子表面活性剂，例如聚乙二醇辛基苯基醚。
对比例3
与实施例1的不同之处在于：酯化助剂采用不具备手性结构的环丙烷二羧酸和不具备手性结构的苯基乙二醇进行酯化反应生成的不具备手性空间构型的亲油酯化产物。
实施例2-6
与实施例1的不同之处在于：驱油表面活性剂胶束体系中的原料配比设置不同，见表1所示。
胶束稳定性能测试：
将上述实施例和对比例中的胶束体系置于不同矿化度(0mg/L；20g/L； 40g/L；60g/L)条件下测试样品粒径，24h后取样，再次测试样品的粒径，进行稳定性能测试。
经过测试，实施例1-6及对比例1-3均在不同矿化度水溶液中能够保持稳定，胶束粒径基本保持稳定。
驱油性能测试：
采用图1中提供的实验装置进行岩心驱替实验，包括如下步骤：
1)将岩心放入岩心夹持器内腔，拧紧两端的堵头，然后向岩心夹持器环形空间加压，形成环压；
2)启动泵，向岩心中注入原油，记录注入原油体积；接着让原油与岩心在恒定温度下充分接触12h，该过程为“磨合”阶段；
3)待“磨合”完毕，开始注水驱油，当含水率达98％时，停止水驱，记录经水驱采出油的体积，计算水驱采收率；
4)开始注表面活性剂驱油，同样，当含率达98％时，停止表面活性剂驱，记录经表面活性剂驱采出油的体积，计算表驱采收率。
其中，地层水为pH＝6.5的氯化钙水型，总的矿化度约为60g/L。
表1为实施例1-6及对比例1-3的参数设置及性能参数
结合实施例1-10以及对比例1-3的性能数据，进行分析：
实施例1-3中，表面活性剂烷基糖苷的含量越高，驱油性能越好，但是，本发明的目的是利用表面活性剂复合胶束中的亲油酯化助剂来增强其驱油能力，同时还需要尽可能地降低表面活性剂的添加成本，因此，本发明中烷基糖苷的最优占比为0.5％。
实施例1及实施例4-5中，酯化助剂的含量越低，纳米胶束的粒径会越小，越能够减少固相表面吸附，深入到微小的孔喉裂隙中，越有利于体系深入裂隙内部实现与原油的均匀广泛地作用，因此驱油速率越快。但是，酯化助剂含量过低时，会导致孔喉裂隙中原油的降粘解堵效率欠佳，因此，本发明中酯化助剂的最优占比范围为0.3～0.5％。
实施例1及对比例1-3中，通过实施例1与对比例1的比较可以看出，本发明中添加具备多手性中心构型的亲油酯化助剂，有助于增强复合胶束体系的驱油性能。
通过实施例1与对比例2-3的比较可以看出，实施例1的原油采收率高于对比例2-3中单一手性构型的复合胶束体系的采收率。本发明采用具备5 个手性中心的酯化助剂和具备4个手性中心的烷基糖苷表面活性剂复合而成的胶束体系，通过纳米胶束来携带具有较强渗透且亲油能力并同时具备多手性中心结构的酯化产物小分子，并将其与同样具备多手性中心的表面活性剂烷基糖苷进行复合，进而两者相互作用，利用两者之间不同的空间手性立体构型和各自不同的功效，来产生协同驱油的作用，由此显著提高原油的采收率。
需要说明的是，本领域技术人员应当理解，本发明中，所述表面活性剂还可以为烷基碳链为12～20的烷基糖苷的衍生物，鉴于其优异的表面活性和多手性中心构型，由其构成的胶束体系均能够具备优异的驱油性能，显著提升原油采收率。
综上所述，本发明提供了一种驱油表面活性剂体系及其制备方法和应用。所述驱油表面活性剂体系为由表面活性剂、酯化助剂、无机盐以及水构成的胶束状复合驱油剂；所述表面活性剂为烷基糖苷或者烷基糖苷的衍生物；所述酯化助剂为手性环丙烷二羧酸与手性苯基乙二醇进行酯化反应后得到的手性酯化产物。其制备方法为将表面活性剂、酯化助剂、无机盐按比例加入到水中，得到混合溶液，并进行超声和高速剪切处理，制备得到胶束状驱油表面活性剂体系，其具有优异的稳定性和较低的表面张力，因而能够深入到细小孔喉裂隙中，从而能更好的促进原油在孔喉裂隙中的驱替与溶解，解决了由于原油粘度大、易堵塞孔喉裂隙，使得大量剩余原油无法与驱油体系作用的技术问题。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种驱油表面活性剂体系，其特征在于：所述驱油表面活性剂体系为由表面活性剂、酯化助剂、无机盐以及水构成的胶束状复合驱油剂；
所述表面活性剂为烷基糖苷；
所述酯化助剂为手性环丙烷二羧酸与手性苯基乙二醇进行酯化反应后得到的手性酯化产物，其结构式为：
所述表面活性剂、酯化助剂、无机盐与水的质量比例为（0.2~2）：（0.1~1）：（0.05~0.5）：100。
2.根据权利要求1所述的驱油表面活性剂体系，其特征在于：所述表面活性剂为烷基碳链为10~16的烷基糖苷。
3.根据权利要求1所述的驱油表面活性剂体系，其特征在于：所述无机盐为碳酸钠、氯化钠、氯化镁中的一种。
4.根据权利要求1所述的驱油表面活性剂体系，其特征在于：所述驱油表面活性剂体系的胶束粒径小于50nm。
5.根据权利要求1所述的驱油表面活性剂体系，其特征在于：所述酯化助剂的合成路线如下：
S1，以手性蒈醛酸内酯为原料，调节pH值至酸性，然后在KMnO4作用下开环得到手性环丙烷二羧酸：
S2，将手性环丙烷二羧酸与手性苯基乙二醇进行酯化反应，得到酯化助剂：
6.一种权利要求1至5中任一项权利要求所述的驱油表面活性剂体系的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
P1，将表面活性剂、酯化助剂、无机盐按（0.2~2）g：（0.1~1）g：（0.05~0.5）g的质量比例加入到100g水中，得到混合溶液，并进行超声处理20~30min；
P2，将超声处理后的混合溶液在30~50℃下进行高速剪切处理6~10h，制备得到胶束状驱油表面活性剂体系。
7.根据权利要求6所述的驱油表面活性剂体系的制备方法，其特征在于：所述高速剪切的速度为300～600r/min。
8.一种权利要求1至5中任一项权利要求所述的驱油表面活性剂体系或者权利要求6至7中任一项权利要求所述的制备方法制备得到的驱油表面活性剂体系的应用，其特征在于：所述驱油表面活性剂体系在油田开采领域的应用。
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