CN114672298A - 一种用于油气田增产的环保型微乳液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开涉及一种适用于地层增产、修复和钻井作业的高闪点环境良好的微乳液组合物，以及制作和使用该组合物的方法。具体地说，本发明的环保型微乳液组成包括乙二醇醚、萜烯类溶剂、乙氧基醇、聚氧乙烯山梨醇酯和载液；该环保型微乳液平均粒径分布在50nm以内，具有很好的热力学稳定性，全部组分可降解，对环境友好，能够很好的降低油水界面张力，具有柠檬烯溶解和胶束增溶的双重作用，其溶解能力强，十分有利于渗透率的恢复。
Description
技术领域
本发明属于油气田渗透率修复、压裂增产、储层改造技术领域，具体涉及一种用于油气田增产的环保型微乳液组合物以及制备使用方法。
背景技术
随着常规油气资源的衰竭，页岩气与致密砂岩气等非常规油气资源逐渐成为勘探开发的重点领域，在油气田碳氢化合物的开采过程中，油气井增产的主要方法之一是水力压裂。水力压裂是一种利用压裂泵车对压裂液进行加速增压形成高压液体对地层进行压裂形成复杂裂缝和高渗透通道。一旦裂缝形成，支撑剂通过压裂液泵入裂缝以支撑裂缝。当外界停止压裂泵入高压液体流时，由于支撑剂的作用，新产生的裂缝无法完全闭合，为后期油气的生产创造良好的通道。
水力压裂一直以来都伴随着大量的压裂液侵入地层基质，流体与地层基质空隙形成毛细管压力现象和发生水锁效应，大量流体无法返排出来，导致油气的相对渗透率降低。
在压裂过程中，大量的水被注入地层中。大部分注入的流体仍留在储层中。毛细管压力和水锁效应是导致储存渗透率降低和流体停留到多孔介质中的主要因素。通过降低表面张力或增加岩石、气体和液体之间三相线的接触角，可以最大限度地减少处理液的损失以及流体侵入造成的地层损害。
毛细管压力在储层中非常重要，因为它是控制储层岩石中流体分布的主要因素。毛细管压力只有当两种不混溶流体在毛细管状管中相互接触时才能观察到。储层岩石中的小孔类似于毛细管，因此毛细管压力成为处理储层岩石时需要考虑的一个重要因素。
孔隙半径越大，毛细管压力越低。低毛细管压力和低束缚水与具有大孔隙的储层岩石(如粗粒砂)相关。自然地，高毛细管压力和高束缚水与细粒储层岩石相关。因此，在致密地层中，毛细压力会很高。如果不降低毛细压力，很难产生碳氢化合物。从孔隙中排除水分对于降低毛细压力至关重要。
在压裂液中常加入表面活性剂，以降低液体与气体之间的表面张力。表面活性剂的问题在于，一旦暴露在地层中，它们就会吸附在岩石表面，导致作用面积减小，不能深入到地层中，对降低毛细管作用力和减小水锁效应减弱；同时某些表面活性剂(非微乳液)在压裂液中会导致进一步的渗透率伤害，即使表面活性剂降低了油气流和水之间的表界面张力。
与本发明相似的专利有中低渗透油藏驱油用阴阳离子对纳米乳液驱油剂(专利号：CN201810507158.6)，其组分中含有阳离子表面活性剂是季铵盐和两性离子表面活性剂，现有压裂液多为阴离子聚合物，因此与压裂液配伍性差，适用范围窄，同时含有低碳醇如甲醇、乙醇、异丙醇等，这类醇闪点极低，危险性高，不利于储存和使用；专利一种纳米微乳液驱油剂及其制备方法(专利号：CN202110495444.7)中，含有低碳醇异丙醇(闪点11.7℃)、正丁醇(闪点35℃)，闪点低，危险性高，并且异丙醇被世界卫生组织国际癌症研究机构列为3类癌物清单中，丁醇属低毒类但是具有一定麻醉作用，麻醉作用比丙醇要强，生产时不利于人员健康，不利于环保，同时体系中含有约50％的油相为油田原油、或为轻质油稀释过的原油，或为C6-C18的烷烃如正庚烷，这一类油相在自然环境下难分解，一旦进入水体或动植物体类能够蓄积，对人体和自然环境造成巨大伤害，并且加量大成本高，原油获取有困难，不同区块原油区别极大并且原油中含有各种高粘物质如石蜡、重质烷烃、环烷烃低温下极易凝固失去流动性，而且未处理的原油含有各种杂质，进入地层会对存储造成二次伤害；正庚烷属于高度易燃液体和蒸气，存储使用危害性大。
专利一种抗钙型纳米乳液驱油剂(专利号：CN201710727964.X)中，同样含有C2-C5的直链或支链烷基醇，并且生产工艺复杂，需要升温至60-90℃，转速在800-1200r/min条件下搅拌3-5h，生产能耗大。
与现有技术相比，本发明的环保型微乳液粒径小，能够顺利通过特低渗透储层孔隙，通过细喉和微喉，能够有效降低空隙中的毛细管作用力和减弱水锁效应，促进流体的返排，降低岩石对流体的束缚，同时该发明中含有同时体系中含有萜烯类溶剂，是石油沉淀物的最有效溶剂，能够溶解很多难溶物质，如重油、蜡、沥青质等孔隙中的各种难溶物，进一步促进地层渗透率的恢复，并且生产工艺简单，所述组份环保安全，在自然条件下可降解，对环境友好。
发明内容
为了解决或改善现有技术存在的上述问题的至少一项，本发明的目的在于提供一种用于油气田增产的环保型微乳液，解决现有同类产品闪点低、降解困难、对环境污染大的问题。
为了解决现有油气田增产的环保型微乳液的技术问题，本发明实施例所采用的技术方案为：
一种用于油气田增产的环保型微乳液，它主要由8-12％的乙二醇醚、1-3％的萜烯、10-16％的乙氧基醇、2-4％的聚氧乙烯山梨醇酯和载液组成。
优选的乙二醇醚占比为8-12％，当乙二醇醚浓度低于8％时，无法形成微乳液；当浓度高于12％时，微乳液的粒径较大，无法形成低于50nm粒径的微乳液。
优选的萜烯占比为1-3％，当萜烯浓度低于1.0％时，对于溶解孔隙中的难溶物起的作用较小，不能很好地溶解各类难溶物，不利于渗透率恢复；当萜烯浓度大于3.0％时，更难形成微乳液，同时也无形中增加大量成本。
优选的乙氧基醇占比为10-16％，当乙氧基醇浓度低于10％时，无法形成微乳液，同时降低表界面张力性能较差；当乙氧基醇浓度高于16％时，微乳液由透明变成乳白色，水包油结构被破坏，同时体系粘度过大，流动性差。
优选的聚氧乙烯山梨醇酯占比为2-4％，当聚氧乙烯山梨醇酯浓度低于2.0％时，油相萜稀无法完全被包裹，无法形成微乳液；当聚氧乙烯山梨醇酯浓度高于4.0％时，体系整体粘度过大，流动性差。
进一步提供了一种用于油气田增产的环保型微乳液的制备方法：
在带搅拌的容器中，按比例加入乙二醇醚，转速能形成旋涡即可，转速过快，容易产生大量泡沫，转速太低后期无法充分混合均匀，然后按比例加入聚氧乙烯山梨醇酯，充分混合搅拌均匀，待搅拌均匀后按比例加入萜烯，搅拌混合，混合均匀后按比例加入载液，充分混合搅拌30-40min，时间过短导致混合不充分，时间过长无形中增加能耗，浪费时间，然后按比例缓慢加入乙氧基醇，缓慢搅拌直到溶液又乳白色变成澄清透明液体为止；整过过程转速保持液体能够形成旋涡并且常温常压即可。
本发明的优点：
将本发明所述的环保型微乳液加入到压裂液或者水中，能够很好地降低液体的表界面张力，能够很好的降低孔隙的毛细管压力和减小水锁效应对储层的伤害，同时因为微乳液粒径在50nm范围内，在使用介质中由于表面活性剂分子和增溶油之间的额外相互作用，使其能够很好的渗透到微孔隙中，减缓了表面活性剂在岩石上的吸附，有利于增加表面活性剂的作用面积范围。
此外本发明所述的微乳液整过制备过程中无化学反应，属于物理变化，搅拌时间过短容易导致混合不充分，时间过长无形中增加能耗，浪费时间，增加成本，因此混合均匀即可。
具体实施方式
为了对本发明的应用目的和应用效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的进行进一步的详细说明。需要说明，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种用于油气田增产的环保型微乳液组成如下表1：
表1：一种用于油气田增产的环保型微乳液组成
具体制备方法为：
首先向容器中按比例称取加入12％的二丙二醇甲醚，开启搅拌，转速能够形成旋涡即可，转速过快，容易产生大量泡沫，转速太低后期无法充分混合均匀，然后分别按比例称取加入吐温81和吐温85，此处无先后顺序，充分混合搅拌10-15min，混合均匀即可，然后按比例称取1.5％的D-柠檬烯，搅拌混合5-10min，混合均匀后按比例加入70.5％的载液去离子水，充分混合搅拌30-40min，待搅拌均匀后，最后按比例缓慢加入9.0％的AEO-7和6.0％的十二烷基苯磺酸钠，此处无先后顺序，缓慢搅拌，在加入AEO-7和十二烷基苯磺酸钠的过程中能够看到液体由乳白色变成澄清透明，变透明后在继续搅拌20-30min，即可得到一种用于油气田增产的环保型微乳液。
将实施例1得到的环保型微乳液测定其平均粒径为20nm；将其分别按0.1％、0.2％、0.3％的比例溶解到水中，按照《SY-T 5370-1999表面及界面张力测定方法》分别测定其表面张力和油水界面张力，实验数据如表2：
表2、实施例1环保型微乳液表界面张力测定数据
| 编号 | 浓度 | 表面张力(mN/m) | 界面张力(mN/m) |
| 1 | 0.1％ | 27.08 | 1.355 |
| 2 | 0.2％ | 25.68 | 1.301 |
| 3 | 0.3％ | 23.41 | 1.281 |
通过表2的实验数据表明，环保微型乳液具有很好的降低表界面张力的能力，在很低用量的情况下，则能把表界面张力降到《SYT6376-2008压裂液通用技术条件标准》中要求的表面张力小于28mN/m，界面张力小于2.0mN/m的技术要求，表明其具有很好的应用价值；并且制备出的微乳液粒径小，能够很好地进入地层岩石基质孔隙，对岩石起到很好的润湿作用，改变流体与岩石的接触角，促进返排和渗透率恢复。
实施例2
一种用于油气田增产的环保型微乳液组成如下表3：
表3：一种用于油气田增产的环保型微乳液组成
具体制备方法为：
首先向容器中按比例称取加入8％的二丙二醇甲醚，开启搅拌，转速能够形成旋涡即可，转速过快，容易产生大量泡沫，转速太低后期无法充分混合均匀，然后分别按比例称取加入吐温81和吐温85，此处无先后顺序，充分混合搅拌10-15min，混合均匀即可，然后按比例称取3.0％的D-柠檬烯，搅拌混合5-10min，混合均匀后按比例加入71.0％的载液4％的氯化钾溶液，充分混合搅拌30-40min，待搅拌均匀后，最后按比例缓慢加入10.0％的AEO-7和6.0％的1308，无先后顺序，缓慢搅拌，在加入AEO-7和1308的过程中能够看到液体由乳白色变成澄清透明，变透明后在继续搅拌20-30min，即可得到一种用于油气田增产的环保型微乳液。
将实施例2得到的环保型微乳液测定其平均粒径为42nm；将其分别按0.1％、0.2％、0.3％的比例溶解到水中，按照《SY-T 5370-1999表面及界面张力测定方法》分别测定其表面张力和油水界面张力，实验数据如表4：
表4、实施例2环保型微乳液表界面张力测定数据
通过表4的实验数据表明，环保微型乳液具有很好的降低表界面张力的能力，在很低用量的情况下，则能把表界面张力降到《SYT6376-2008压裂液通用技术条件标准》中要求的表面张力小于28mN/m，界面张力小于2.0mN/m的技术要求，表明其具有很好的应用价值；并且制备出的微乳液粒径小，能够很好地进入地层岩石基质孔隙，对岩石起到很好的润湿作用，改变流体与岩石的接触角，促进返排和渗透率恢复。
实施例3
一种用于油气田增产的环保型微乳液组成如下表5：
表5：一种用于油气田增产的环保型微乳液组成
具体制备方法为：
首先向容器中按比例称取加入10％的二丙二醇甲醚，开启搅拌，转速能够形成旋涡即可，转速过快，容易产生大量泡沫，转速太低后期无法充分混合均匀，然后分别按比例称取加入吐温81和吐温85，此处无先后顺序，充分混合搅拌10-15min，混合均匀即可，然后按比例称取1.0％的D-柠檬烯，搅拌混合5-10min，混合均匀后按比例加入51.0％的载液自来水，充分混合搅拌30-40min，待搅拌均匀后，最后按比例缓慢加入30.0％的十二烷基苯磺酸钠，缓慢搅拌，在加入十二烷基苯磺酸钠过程中能够看到液体由乳白色变成澄清透明，变透明后在继续搅拌20-30min，即可得到一种用于油气田增产的环保型微乳液。
将实施例3得到的环保型微乳液测定其平均粒径为15nm；将其分别按0.1％、0.2％、0.3％的比例溶解到水中，按照《SY-T 5370-1999表面及界面张力测定方法》分别测定其表面张力和油水界面张力，实验数据如表6：
表6、实施例3环保型微乳液表界面张力测定数据
| 编号 | 浓度 | 表面张力(mN/m) | 界面张力(mN/m) |
| 1 | 0.1％ | 23.80 | 0.350 |
| 2 | 0.2％ | 22.98 | 0.311 |
| 3 | 0.3％ | 22.16 | 0.270 |
通过表6实验数据可知，环保微型乳液具有很好的降低表界面张力的能力，在很低用量的情况下，则能把表界面张力降到《SYT6376-2008压裂液通用技术条件标准》中要求的表面张力小于28mN/m，界面张力小于2.0mN/m的技术要求，表明其具有很好的应用价值；同时制备出的微乳液粒径越小，越能够很好地进入地层岩石基质孔隙，对岩石起到很好的润湿作用，改变流体与岩石的接触角，促进流体返排和渗透率恢复。
将实施例3得到的一种用于油气田增产的环保型微乳液按照0.1％、0.2％的比例分别加入到清水制备的0.5％的市场上胍胶压裂液基液、清水制备0.5％的压裂用减阻剂改性聚丙烯酰胺SFR-3基液、清水制备0.5％的压裂用稠化剂AMAC共聚物MEC-3基液、清水制备0.5％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物SZJ-1基液中，然后加入0.05％的破胶剂过硫酸铵，在90℃条件下破胶2h。冷却至室温测定破胶液的表界面张力，实验数据如表：
表7、实施例3环保型微乳液在不同压裂液基液中的表界面张力数据
注：聚合物SFR-3、MEC-3和SZJ-1均由四川申和新材料科技有限公司提供。
通过上述表7实验数据分析可以发现，本发明的环保型微乳液与各体系的压裂液基液均有很好的配伍性，在压裂液中较低用量比例的情况下，表面张力能降低至28mN/m以下，油水界面张力降低至2mN/m以下，表明该环保型微乳液不论在油包水、粉剂、胍胶等系列聚合物压裂液中均具有很好的降低表界面张力的性能。
实施例4
一种用于油气田增产的环保型微乳液组成如下表8：
表8：一种用于油气田增产的环保型微乳液组成
具体制备方法为：
首先向容器中按比例称取加入11％的二丙二醇甲醚，开启搅拌，转速能够形成旋涡即可，转速过快，容易产生大量泡沫，转速太低后期无法充分混合均匀，然后分别按比例称取加入吐温85，充分混合搅拌10-15min，混合均匀即可，然后按比例称取2.0％的D-柠檬烯，搅拌混合5-10min，混合均匀后按比例加入71.0％的载液去离子水，充分混合搅拌30-40min，待搅拌均匀后，最后按比例缓慢加入30.0％的1308，缓慢搅拌，在加入1308过程中能够看到液体由乳白色变成澄清透明，变透明后在继续搅拌20-30min，即可得到一种用于油气田增产的环保型微乳液。
将实施例4得到的环保型微乳液测定其平均粒径为42nm；将其分别按0.1％、0.2％、0.3％的比例溶解到水中，按照《SY-T 5370-1999表面及界面张力测定方法》分别测定其表面张力和油水界面张力，实验数据如表9：
表9、实施例4环保型微乳液表界面张力测定数据
| 编号 | 浓度 | 表面张力(mN/m) | 界面张力(mN/m) |
| 1 | 0.1％ | 23.08 | 0.0751 |
| 2 | 0.2％ | 22.28 | 0.042 |
| 3 | 0.3％ | 21.47 | 0.0270 |
通过表9实验数据可知，环保微型乳液具有很好的降低表界面张力的能力，在很低用量的情况下，则能把表界面张力降到《SYT6376-2008压裂液通用技术条件标准》中要求的表面张力小于28mN/m，界面张力远小于2.0mN/m的技术要求，表明其具有很好降低表界面张力的性能和应用价值。
将实施例4得到的环保型微乳液按照0.1％的加量，加入压裂液，在95℃条件下破胶，得到破胶液，按照《SYT 5107-2016水基压裂液性能评价方法》和《SYT5336-2006岩心分析方法》，在95℃条件下，利用上述破胶液处理致密气、煤层气、页岩气储层岩石，然后在进行岩心驱替实验，测定对其岩心伤害渗透率的恢复率，实验数据如表10：
表10、实施例4环保型微乳液对岩心渗透率恢复实验数据
通过实施例10岩心驱替实验可知，本发明的一种用于油气田增产的环保型微乳液在较低用量的情况下，处理不同岩性的储层，均能得到较好的渗透率恢复性，通过实验发现在页岩气YS112-xx五峰组3650m储层中，岩心渗透率恢复竟然高达70.6％，表明该环保型微乳液在不同溶剂的协同作用下，对储层渗透率具有很好的伤害恢复性，通过实验可以证明该环保型微乳液有利于油气通道的流通，避免地层油气通道的堵塞，从而有利于油气的生产。
实施例5
一种用于油气田增产的环保型微乳液组成如下表11：
表11：一种用于油气田增产的环保型微乳液组成
具体制备方法为：
首先向容器中按比例称取加入9％的二丙二醇甲醚，开启搅拌，转速能够形成旋涡即可，转速过快，容易产生大量泡沫，转速太低后期无法充分混合均匀，然后分别按比例称取加入吐温85和吐温81，无先后顺序，充分混合搅拌10-15min，混合均匀即可，然后按比例称取2.0％的D-柠檬烯，搅拌混合5-10min，混合均匀后按比例加入74.5％的载液3％的氯化钠溶液，充分混合搅拌30-40min，待搅拌均匀后，最后按比例缓慢加入12.0％的AEO-7，缓慢搅拌，在加入AEO-7过程中能够看到液体由乳白色变成澄清透明，变透明后在继续搅拌20-30min，即可得到一种用于油气田增产的环保型微乳液。
将实施例5得到的环保型微乳液测定其平均粒径为38nm；将其分别按0.1％、0.2％、0.3％的比例溶解到水中，按照《SY-T 5370-1999表面及界面张力测定方法》分别测定其表面张力和油水界面张力，同时对比市场的氟碳表面活性剂和酸用助排剂SAZP-1，得到实验数据如表12：
表12、实施例5的环保型微乳液与对比样的表界面张力实验数据
注：SAZP-1由四川申和新材料科技有限公司提供。
通过实验数据表12可知，本发明的环保型微乳液相比于现常用的氟碳表面活性剂以及常用的酸用助排剂，在各类溶的协同作用下，对降低表界面张力的能力更强，表现出更优异的性能。
需要指出的是，本领域公知，制备微乳液的关键是配方，微乳液的性质主要取决于其配方，而构成微乳液的组分中任意一种的性质或量的改变，都会影响微乳液的生成和性质。本发明的发明人，通过付出了极其艰辛而又卓著的创造性劳动，才获得了如前所述配方的纳米微乳液驱油剂，由此解决了前述的技术问题。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种用于油气田增产的环保型微乳液，其特征在于包含如下组份：8-12％的乙二醇醚、1-3％的萜烯、10-16％的乙氧基醇、2-4％的聚氧乙烯山梨醇酯和载液。
2.根据权利要求1所述乙二醇醚可作为偶联剂和低表面张力溶剂。
3.根据权利要求1或2所述乙二醇醚选自具有式R1O(CmH2mO)nH的化合物,其中R1选自C1-C4直链或支链烷基，m为2-4，n为2-4，所述乙二醇醚最优选为二丙二醇甲醚。
4.根据权利要求1所述本发明中的萜烯可用作溶剂和清洁剂，可以选自萜类或改性萜烯，所述的萜烯最优为D-柠檬烯。
5.根据权利要求1所述乙氧基醇可用作表面活性剂或助乳化剂，HLB值大于9。
6.根据权利要求5所述乙氧基醇优选为十二烷基苯磺酸钠、AEO-7、异构十三醇聚氧乙烯醚或其组合物。
7.根据权利要求1所述的聚氧乙烯山梨醇酯用作表面活性剂或助表面活性剂。
8.根据权利要求7所述的聚氧乙烯山梨醇酯优选为HLB值为10-15的吐温乳化剂或其混合物。
9.根据权利要求1所述的载液为水基载液选自去离子水、淡水或盐水。
10.根据权利要求1所述的一种用于油气田增产的环保型微乳液的制备，包括步骤：
在带搅拌的容器中，按比例加入乙二醇醚，转速能形成旋涡即可，然后按比例加入聚氧乙烯山梨醇酯，充分混合搅拌均匀，待搅拌均匀后按比例加入萜烯，搅拌混合，混合均匀后按比例加入载液，充分混合搅拌30-40min，然后按比例缓慢加入乙氧基醇，缓慢搅拌直到溶液又乳白色变成澄清透明液体为止；整过过程转速保持液体能够形成旋涡并且常温常压即可。
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