CN114836187A - 复合驱油体系及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了复合驱油体系及其制备方法，属于石油开采领域。该复合驱油体系包括：三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚；其中，所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱的化学结构式如下所示：
式中，R为碳原子数为12‑18的烷基；R1和R2为碳原子数为1‑18的烷基；R3为碳原子数为1‑4的烷基；M’＝Na、K或NH2。该复合驱油体系具有良好的耐盐性，在高矿化度条件下具有较好的溶解性，与地层水有良好的配伍性。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采领域，特别涉及复合驱油体系及其制备方法。
背景技术
在石油开采领域，水驱是一种常见的二次采油方法，但是生产过程中大量的注入水会使油藏处于高含水或特高含水期开发阶段。由于地层非均质性的存在，水驱后期存在出水严重，产量递减速度加快，经济效益下降等问题，另外，即便水驱后采收率仍然也只能达到40％左右，水驱稳产难度越来越大，开发形势十分严峻，大部分原油残留在地下。所以，有必要最大限度地采出地下剩余的原油，提高采收率。
相关技术采用化学驱来采出地下剩余的原油，化学驱所采用的表面活性剂使储油层油水间的界面张力从20～30mN/m降至较低或超低值(102～103mN/m)，减少油藏岩石的孔隙中圈闭不连续的剩余油移动时油珠变形所带来的粘滞力和毛细管力，从而大幅提高驱油效率。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
相关技术使用的表面活性剂类化学驱的耐盐性较差，如吸附损失低、成本低、界面活性差等，易于地层中的二价阳离子发生盐析现场形成沉淀，特别是对于高矿化度油藏，使用相关技术提供的表面活性剂类化学驱难以获得较好的采油效果。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种复合驱油体系及其制备方法，能够解决上述技术问题。
具体而言，包括以下的技术方案：
一方面，提供了一种复合驱油体系，所述复合驱油体系包括：三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚；
其中，所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱的化学结构式如下所示：
式中，R为碳原子数为12-18的烷基；
R1和R2为碳原子数为1-9的烷基；
R3为碳原子数为1-4的烷基；
M’＝Na、K或NH2。
在一些可能的实现方式中，所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、所述烷基苯磺酸盐、所述烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的质量比为1:1-5:1-3。
在一些可能的实现方式中，所述复合驱油体系还包括水。
在一些可能的实现方式中，所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、所述烷基苯磺酸盐和所述烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的总重量份数为25份-50份；
所述水的重量份数为50份-75份。
在一些可能的实现方式中，所述烷基苯磺酸盐选自烷基苯磺酸钠、烷基苯磺酸钾或者烷基苯磺酸铵。
在一些可能的实现方式中，所述烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的化学结构式如下所示：
式中，R碳原子数为9-14的烷基，m＝1-23，n＝1-23。
在一些可能的实现方式中，所述复合驱油体系的适用温度为60℃～120℃。
另一方面，提供了上述任一种复合驱油体系的制备方法，所述复合驱油体系的制备方法包括：
将三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚混合，得到复合驱油体系。
在一些可能的实现方式中，所述制备方法还包括：将所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、所述烷基苯磺酸盐、所述烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的混合物与水混合，得到所述复合驱油体系。
在一些可能的实现方式中，所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱通过以下方法制备得到：
使长链烷基胺、醛和酸进行氨基化反应，得到氨基化烷基胺；
使卤代环氧烷烃进行碱中和，得到卤代羟烷基磺酸盐；
使所述氨基化烷基胺与所述卤代羟烷基磺酸盐进行季铵化反应，得到所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的复合驱油体系，基于使用了三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚，三者协同作用，使得该复合驱油体系具有良好的耐盐性，在高矿化度条件下具有较好的溶解性，与地层水有良好的配伍性，同时，该复合驱油体系还具有超低界面张力，能够使油田采收率提高10％以上。
特别地，本发明实施例提供的复合驱油体系，特别适用于高矿化度油藏的开采，例如，地层温度为40℃-126℃、矿化度为10万-30万ppm、钙镁离子含量2500ppm-6000ppm。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例3提供的复合驱油体系的质量浓度为0.3％时，在尕斯中浅层油藏条件下的岩心驱替实验结果示意图；
图2为本发明实施例3提供的复合驱油体系的质量浓度为0.5％时，在尕斯中浅层油藏条件下的岩心驱替实验结果示意图。
其中，图1和图2中所述的“表活剂驱”指的是复合驱油体系驱。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
一方面，本发明实施例提供了一种复合驱油体系，该复合驱油体系包括：三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚；
其中，三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱的化学结构式如下所示：
式中，R为碳原子数为12-18的烷基；
R1和R2为碳原子数为1-9的烷基；
R3为碳原子数为1-4的烷基；
M’＝Na、K或NH2。
本发明实施例提供的复合驱油体系，基于使用了三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚，三者协同作用，使得该复合驱油体系具有良好的耐盐性，在高矿化度条件下具有较好的溶解性，与地层水有良好的配伍性，同时，该复合驱油体系还具有超低界面张力，能够使油田采收率提高10％以上。
特别地，本发明实施例提供的复合驱油体系，特别适用于高矿化度油藏的开采，例如，地层温度为40℃-126℃、矿化度为10万-30万ppm、钙镁离子含量2500ppm-6000ppm。
在一些可能的实现方式中，三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的质量比为1:1-5:1-3。
本发明实施例提供的复合驱油体系在使用时与水复配使用，也就是说，本发明实施例提供的复合驱油体系还包括水。
在一些可能的实现方式中，三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐和烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的总重量份数为25份-50份；水的重量份数为50份-75份。
上述质量配比的各组分，利于优化复合驱油体系的上述各个性能，且保证成本较低。
本发明实施例中，所适用的烷基苯磺酸盐选自烷基苯磺酸钠、烷基苯磺酸钾或者烷基苯磺酸铵。
烷基苯磺酸盐的化学结构式参见以下：
其中，R为碳原子数为10-18的烷基，M＝Na、K或NH2。
本发明实施例中，所涉及的烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的化学结构式如下所示：
式中，R碳原子数为9-14的烷基，m＝1-23，n＝1-23，m和n均为整数。
本发明实施例提供的复合驱油体系，适用温度为60℃～120℃，具有较强的耐温性。
另一方面，本发明实施例还提供了上述任一种复合驱油体系的制备方法，该复合驱油体系的制备方法包括：
将三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚混合，得到复合驱油体系。
示例地，三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的质量比为1:1-5:1-3，按照上述比例使上述三种组分混合均匀。
进一步地，本发明实施例还提供的复合驱油体系的制备方法还包括：将三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的混合物与水混合，得到复合驱油体系。
示例地，三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐和烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的总重量份数为25份-50份；水的重量份数为50份-75份。
本发明实施例中，具有上述化学结构式的三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱通过以下方法制备得到：
步骤1：使长链烷基胺、醛和酸进行氨基化反应，得到氨基化烷基胺。
其中，上述氨基化反应的温度为70℃-85℃，例如为70℃、72℃、75℃、78℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃等；
上述氨基化反应的时间为0.8h-1.5h，例如为0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h等。
步骤1中，长链烷基胺的化学结构式如下所示：RNH2，其中R为碳原子数为12-18的烷基；
醛的化学结构式为R1CHO，其中R1为碳原子数为1-9的烷基；
酸的化学结构式为R2COOH，其中R2为碳原子数为1-9的烷基。
所生成的氨基化烷基胺的化学结构式如下所示：
步骤2：使卤代环氧烷烃与亚硫酸氢盐进行碱中和，得到卤代羟烷基磺酸盐。
其中，在进行上述碱中和时，反应温度为80℃-85℃，例如为80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃等；
在进行上述碱中和时，反应时间为1.5h-2.5h，例如为1.5h、1.7h、1.8h、2h、2.2h、2.5h等。
其中，卤代环氧烷烃的化学结构式如下所示：
其中，R3为碳原子数为1-4的烷基；
亚硫酸氢盐(M’HSO3)中的M’为Na，K或NH2。
所制备得到的卤代羟烷基磺酸盐的化学结构式如下所示：
R3为碳原子数为1-4的烷基；
M’＝Na、K或NH2。
步骤3：使氨基化烷基胺与卤代羟烷基磺酸盐进行季铵化反应，得到三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱。
其中，上述季铵化反应的反应温度为85℃-90℃，例如为85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃等；
上述季铵化反应的反应时间为3h-4h，例如为3h、3.5h、4h等。
基于卤代环氧烷烃的化学结构式如下所示：
卤代羟烷基磺酸盐的化学结构式如下所示：
使得制备得到的三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱的化学结构式如下所示：
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明：
以下实施例中，对于复合驱油体系的界面张力，驱替液与原油间的油－水界面张力是否足够低是能否有效提高石油采收率的重要影响因素经过水驱后的残余油从附着的岩石表面被剥需要足够低的界面张力，更低的界面张力同时也有利于驱替体系在低渗透率地层中的运移。测定不同条件下复合驱油体系中组分按照不同比例复合后的界面张力值，采用旋转液滴界面张力法，将油珠悬浮在表面活性剂水溶液中，通过旋转使液滴处于一定的离心场中，将油珠拉成柱形，通过相关公式计算得到界面张力值。
以下各具体实施例中涉及的三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱，除了反应原料有所不同(基于三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱的具体结构，适应性地确定各反应原料)，制备步骤均相同，均通过如下方法制备得到：
步骤1：使长链烷基胺、醛和酸在80℃下进行氨基化反应1小时，得到氨基化烷基胺。
步骤2：使卤代环氧烷烃与亚硫酸氢盐在85℃温度下反应2h进行碱中和，得到卤代羟烷基磺酸盐。
步骤3：使氨基化烷基胺与卤代羟烷基磺酸盐在90℃下反应3h，进行季铵化反应，得到三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱。
实施例1
本实施例1提供了一种复合驱油体系，包括：三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚APEP-108和水，其中，三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱中，R为十二烷基，R1、R2、R3均为甲基，M’为Na。
三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚APEP-108分别按照以下质量比进行复配：1:1:1、1:1:2、1:1:3、1:3:1、1:3:2、1:3:3、1:2:1、1:2:2、1:2:3，并且，三者质量占比为25％，溶于占比为75％的水中。
以上各复合驱油体系的温度分别在40℃、60℃和126℃时，进行界面张力的测定。测试结果表明：以上各复合驱油体系的界面张力可达到10-2mN/m，最低可达10-3mN/m，并且，以上述1:3:1比例复合的驱油体系的界面张力最好，可达3×10-3mN/m。
特别地，对三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚APEP-108的质量比为1:3:1的复合驱油体系的界面张力进行了更具体的测试，测试数据参见表1。
表1
实施例2
本实施例2提供了一种复合驱油体系，包括：三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚APEP-108和水，其中，三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱中，R为十二烷基，R1、R2、R3均为甲基，M’为K。
三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚APEP-108的质量比为1:3:1，并且，三者质量占比为30％，溶于占比为70％的水中。
上述复合驱油体系中，对三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚固定分水时间，以分出水相的体积来表征乳化能力，水相体积越少，乳化力越好。记录原油和复合驱油体系溶液的混合体系在不同时间的析水体积，计算析水率。实验结果表明，在60min内尕斯深层析水率最小35％，水相体积最少，乳化性能最好。尕斯中浅层的析水率为52.5％，花土沟的析水率为42.5％。具体实验数据参见表2：
表2
另外，本实施例2还对复合驱油体系的表面张力进行了测试，期望的是，复合驱油体系的表面张力尽可能的低。本实施例2采用三个油藏的注入水配制不同浓度的复合驱油体系溶液并测定其表面张力，其表面张力在20mN/m-21.3mN/m。具体测试数据参见表3：
表3
本实施例2还对复合驱油体系的接触角进行了测定：将复合驱油体系溶液的液滴滴在固体表面上，随着体系不同，液体或铺展而覆盖固体表面，或形成液滴停在固体表面上。接触角越小，润湿性能越佳。测试结果参见表4：
表4
本实施例2还对复合驱油体系的静态吸附量进行了测定，采用重量吸附法测定表面活性剂在岩石上的静态吸附量，通过测定吸附前后溶液的质量差来计算吸附值。测试结果参见表5：
表5
通过表5可知，随着复合驱油体系的吸附量增加，其疏水基吸附于固体表面，亲水基翘向水相，接触角减小。
实施例3
本实施例3提供了一种复合驱油体系，包括：三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、十烷基苯磺酸钾、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚APEP-105和水，其中，三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱中，R为十六烷基，R1、R2均为甲基，R3为乙基，M’为NH2。
三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、十烷基苯磺酸钾、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚APEP-105的质量比为1:3:1，并且，三者质量占比为40％，溶于占比为60％的水中。
对本实施例3提供的复合驱油体系在尕斯中浅层油藏条件下评价驱油效果，具体驱替实验步骤如下：
(1)采用游标卡尺量人造岩心长度和直径，分析天平称重m0,g，气测每块人造岩心气体渗透率。
(2)将人造岩心用目的油藏地层水以0.5ml/L的流速驱替饱和直到压力和渗透率值平稳后，取下岩心称重m1(g)，利用以下计算公式，计算岩心孔隙体积Vp＝(m1-m0)/1，mL。
(3)人造岩心以0.5ml/L的流速饱和模拟原油(V目标油藏原油：V煤油＝1:1)，同时记录量筒中驱替出水体积V0，饱和油体积为V0，测原始含油饱和度So＝V0/Vp。
(4)用目标油藏注入水以0.5ml/L的流速驱油，直至出口端不出水全部出油，记录量筒中上层油体积Voil，计算水驱采收率为Voil/V0。
(5)用一定浓度0.3pV-1PV的复合表面活性剂体系剂以0.5ml/L的流速驱油，直至出口端不出水全部出油，记录量筒中上层油体积Vsur，Vsur为复合表面活性剂体系驱油的体积，计算复合表面活性剂体系驱采收率Vsur/V0。
其中，人造岩心的基础参数参见表6：
表6
上述驱替实验的结果参见表7：
表7
上述不同质量浓度的复合驱油体系，在尕斯中浅层油藏条件下进行岩心驱替实验，实验结果分别参见图1和图2，结果表明，利用本实施例3提供的复合驱油体系，能够使采收率显著提高。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合驱油体系，其特征在于，所述复合驱油体系包括：三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚；
其中，所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱的化学结构式如下所示：
式中，R为碳原子数为12-18的烷基；
R1和R2为碳原子数为1-9的烷基；
R3为碳原子数为1-4的烷基；
M’＝Na、K或NH2。
2.根据权利要求1所述的复合驱油体系，其特征在于，所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、所述烷基苯磺酸盐、所述烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的质量比为1:1-5:1-3。
3.根据权利要求1所述的复合驱油体系，其特征在于，所述复合驱油体系还包括水。
4.根据权利要求3所述的复合驱油体系，其特征在于，所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、所述烷基苯磺酸盐和所述烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的总重量份数为25份-50份；
所述水的重量份数为50份-75份。
5.根据权利要求1所述的复合驱油体系，其特征在于，所述烷基苯磺酸盐选自烷基苯磺酸钠、烷基苯磺酸钾或者烷基苯磺酸铵。
6.根据权利要求1所述的复合驱油体系，其特征在于，所述烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的化学结构式如下所示：
式中，R碳原子数为9-14的烷基，m＝1-23，n＝1-23。
7.根据权利要求1-6任一项所述的复合驱油体系，其特征在于，所述复合驱油体系的适用温度为60℃～120℃。
8.权利要求1-7任一项所述的复合驱油体系的制备方法，其特征在于，所述复合驱油体系的制备方法包括：
将三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚混合，得到复合驱油体系。
9.根据权利要求8所述的复合驱油体系的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：将所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱、所述烷基苯磺酸盐、所述烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的混合物与水混合，得到所述复合驱油体系。
10.根据权利要求8所述的复合驱油体系的制备方法，其特征在于，所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱通过以下方法制备得到：
使长链烷基胺、醛和酸进行氨基化反应，得到氨基化烷基胺；
使卤代环氧烷烃进行碱中和，得到卤代羟烷基磺酸盐；
使所述氨基化烷基胺与所述卤代羟烷基磺酸盐进行季铵化反应，得到所述三烷基羟基亚烷基磺基甜菜碱。
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