CN116751574A - 离子液体-表面活性剂驱油体系及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油田化学技术领域，涉及一种离子液体‑表面活性剂驱油体系及其制备方法和应用。本发明的离子液体‑表面活性剂驱油体系，按重量百分比计，包括：离子液体0.75‑1.20wt％，表面活性剂0.30‑0.60wt％，其余为地层水。本发明的离子液体‑表面活性剂驱油体系，耐温抗盐性能好，在300℃、矿化度为35000mg/L的地层水中可稳定存在35天左右，适用于稠油注蒸汽油藏的开采。
Description
技术领域
本发明属于油田化学技术领域，涉及一种离子液体-表面活性剂驱油体系及其制备方法和应用。
背景技术
石油被誉为工业的血液，是重要的战略物资，其需求量在日益增加，而原油的储量在不断减少，因而如何提高石油的采收率成为当今研究的热点。二次驱油法是当今油藏最主要的开采方式，但随着二次采油法的不断深入，部分油田的开采能力已接近甚至达到极限，原有的驱替方式逐渐失效，使得原油的采收率大幅度降低。因此如何提高二次采油后的三次驱油效率、采出残留在地下的原油是提高采收率的关键。
近年来，表面活性剂驱作为一种极有潜力的三次驱油方式，因其驱油效果好、应用广泛，成为提高原油采收率的有效方法之一。目前表面活性剂驱油剂主要有阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂。虽然表面活性剂驱油在提高采收率方面的研究有很大进展，但其在驱替过程中还存在很多问题。由于稠油注蒸汽开发温度高达300℃，且稠油油藏地层水矿化度通常较高，表面活性剂在高温高盐下稳定性差，驱油过程中表面活性下降，使得驱油效率大大降低。而对于低渗透率和非均匀孔隙度的油藏，传统表面活性剂驱替无法有效提高驱替相粘度，导致驱替过程中的波及系数低，采收率无法大幅度提高。此外，表面活性剂易在地层中的吸附、滞流和与多价离子作用，导致其驱油效果不佳；并且表面活性剂分子烷烃链较长，溶解性能差，需添加有机溶剂作为助溶剂，而大部分有机溶剂不但易挥发造成环境污染，而且具有可燃性。
上述表面活性剂驱油过程中所存在的问题给油田实际生产应用带来了一系列的困难，因此寻求一种适用于热采的耐温耐盐新型驱油体系具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种离子液体-表面活性剂驱油体系及其制备方法和应用。
具体的，本发明的离子液体-表面活性剂驱油体系，按重量百分比计，包括：离子液体0.75-1.20wt％，表面活性剂0.30-0.60wt％，其余为地层水。
上述的离子液体-表面活性剂驱油体系，按重量百分比计，包括：离子液体0.75-1.20wt％，表面活性剂0.30-0.60wt％，其余为地层水。
上述的离子液体-表面活性剂驱油体系，所述离子液体为烷基咪唑类离子液体，其分子结构通式为：
其中，n＝12、14或16。
上述的离子液体-表面活性剂驱油体系，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂。
上述的离子液体-表面活性剂驱油体系，所述阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基氯化铵中的一种。
上述的离子液体-表面活性剂驱油体系，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵。
上述的离子液体-表面活性剂驱油体系，所述地层水矿化度为20000-40000mg/L，钙离子含量为1500-4000mg/L。
上述的离子液体-表面活性剂驱油体系，所述地层水矿化度为35000mg/L，钙离子含量为2000mg/L。
另一方面，本发明提供了上述的离子液体-表面活性剂驱油体系的制备方法，包括：称取配方量的离子液体和表面活性剂，常温下用地层水将表面活性剂溶解，再与离子液体混合均匀，即得离子液体-表面活性剂驱油体系。
又一方面，本发明还提供了上述的离子液体-表面活性剂驱油体系在油田三次驱油中的应用。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明的离子液体-表面活性剂驱油体系，耐温抗盐性能好，在300℃、矿化度为35000mg/L的地层水中可稳定存在35天左右，适用于稠油注蒸汽油藏的开采；
(2)本发明采用的烷基咪唑类离子液体与表面活性剂具有良好的协同作用，复配体系表面活性更强，大幅度降低油水界面张力，可使油水界面张力降低至10-2mN/m；
(3)本发明采用的烷基咪唑类离子液体分子间及分子内部作用力较多，是一种良好的极性/非极性溶剂，对表面活性剂有独特的溶解能力，减少表面活性在驱油过程中的吸附、滞流，可使驱油效率增加12-15％；
(4)本发明采用的烷基咪唑类离子液体间有较强的范德华力，且离子液体之间可形成氢键，因而其粘度较大，使得复配驱油体系粘度增大，有效提高了驱替相粘度和驱替过程的波及系数。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
当本发明中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特征时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本发明中所公开的所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
具体的，本发明提供的离子液体-表面活性剂驱油体系，包括：离子液体、表面活性剂及地层水。
本发明的驱油体系中，离子液体与表面活性剂具有良好的协同作用，复配体系表面活性更强，大幅度降低油水界面张力。下面对驱油体系中各成分的做详细介绍：
离子液体
离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。离子液体因其内部存在较大库仑力，在较高温度下可保持相当低的蒸汽压，消除了驱油过程中挥发性助溶剂对环境污染的问题。
优选的，本发明的驱油体系中，离子液体为烷基咪唑类离子液体，[Cnmim][Br](n＝12、14、16)，其分子结构通式为：
本发明采用的烷基咪唑类离子液体，液体状态范围广，从常温到300℃可稳定存在，因而驱油体系具有良好的物理化学稳定性。此外，烷基咪唑类离子液体间有较强的范德华力，且离子液体之间可形成氢键，因而其粘度较大，使得复配驱油体系粘度增大，有效提高了驱替相粘度和驱替过程的波及系数。
优选的，本发明的驱油体系中离子液体的浓度为0.75-1.20wt％。当浓度小于0.75wt％时，离子液体间氢键作用被削弱，驱油体系粘度增加不明显，无法有效提高波及效率。当浓度大于1.20wt％时，随着离子液体浓度的上升，使得离子液体与表面活性剂形成的微小胶束周围的水合水减少并使链蜷缩，不同基团之间的静电排斥作用减弱从而使原本的聚合物长链进一步弯曲导致其粘度下降，波及系数降低。
进一步优选的，离子液体的浓度为0.80wt％-1.00wt％之间。
表面活性剂
表面活性剂是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。
其中，本发明采用的表面活性剂为阳离子表面活性剂，阳离子表面活性剂相对于其他表面活性剂更容易溶解在离子液体中，可以降低在地层中的吸附损失，且具有较高的耐盐性能和化学稳定性，可以长期储存而不分解。
优选的，所述阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基氯化铵中的一种。
进一步优选的，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵。
其中，本发明的驱油体系中表面活性剂的浓度为0.30-0.60wt％。当表面活性剂的浓度小于0.30wt％时，无法使得油水界面张力得到有效降低，对驱替效率的提升并不明显。当浓度表面活性剂浓度大于0.60wt％时，多余表面活性剂形成无界面活性组分，会导致油水间界面张力提高，降低驱油效果。
优选的，表面活性剂的浓度为0.4wt％-0.50wt％。
地层水
地层水是指油藏边部和底部的边水和底水、层间水以及与原油同层的束缚水的总称。
其中，本发明的驱油体系中采用的地层水为高矿化度地层水。驱油体系在高矿化度地层水的使用可以表明该体系在高盐环境下并未发生失效现象。体系具备较高的耐盐性能。具备在该矿化度区间内达到较高的驱油效率。
优选的，地层水的矿化度为20000-40000mg/L，钙离子含量为1500-4000mg/L。
进一步优选的，所述地层水矿化度为35000mg/L，钙离子含量为2000mg/L。
另一方面，本发明还提供了上述离子液体-表面活性剂驱油体系的制备方法，包括：称取配方量的离子液体和表面活性剂，常温下用地层水将表面活性剂溶解，再与离子液体混合均匀，即得到离子液体-表面活性剂驱油体系。
其中，所述离子液体、表面活性剂及地层水的种类及浓度均与本发明第一方面提供的离子液体-表面活性剂驱油体系相同，本发明在此不作重复说明。
经实践，本发明的离子液体-表面活性剂驱油体系，耐温抗盐性能好，在300℃、矿化度为35000mg/L的地层水中可稳定存在35天左右，适用于稠油注蒸汽油藏的开采。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。下列实施例中使用的原料均为常规市购获得。
实施例1
室温下在98.95g海水加入0.3g十六烷基三甲基氯化铵，使其充分溶解后加入0.75g离子液体[C12mim][Br]，混合均匀，得到实验所需的复配驱油体系。用填砂管模型进行驱替实验，实验温度为油藏地层温度300℃，先水驱直到产出液含水率体积百分数大于98％，然后注入0.5PV的复配驱油体系段塞，最后进行后续水驱直到含水率体积百分数再次大于98％，实验中驱替速度固定为0.5mL/min。实验测得水驱驱油效率为17.6％，化学驱驱油效率为12.3％，总驱油效率为29.9％。
实施例2
室温下在98.25g海水加入0.55g十六烷基三甲基氯化铵，使其充分溶解后加入1.2g离子液体[C12mim][Br]，混合均匀，得到实验所需的复配驱油体系。用填砂管模型进行驱替实验，实验温度为油藏地层温度300℃，先水驱直到产出液含水率体积百分数大于98％，然后注入0.5PV的复配驱油体系段塞，最后进行后续水驱直到含水率体积百分数再次大于98％，实验中驱替速度固定为0.5mL/min。实验测得水驱驱油效率为17.4％，化学驱驱油效率为13.5％，总驱油效率为30.7％。
实施例3
室温下在98.95g海水加入0.3g十六烷基三甲基氯化铵，使其充分溶解后加入0.75g离子液体[C14mim][Br]，混合均匀，得到实验所需的复配驱油体系。用填砂管模型进行驱替实验，实验温度为油藏地层温度300℃，先水驱直到产出液含水率体积百分数大于98％，然后注入0.5PV的复配驱油体系段塞，最后进行后续水驱直到含水率体积百分数再次大于98％，实验中驱替速度固定为0.5mL/min。实验测得水驱驱油效率为18.1％，化学驱驱油效率为13.1％，总驱油效率为31.2％。
实施例4
室温下在98.20g海水加入0.60g十六烷基三甲基氯化铵，使其充分溶解后加入1.2g离子液体[C14mim][Br]，混合均匀，得到实验所需的复配驱油体系。用填砂管模型进行驱替实验，实验温度为油藏地层温度300℃，先水驱直到产出液含水率体积百分数大于98％，然后注入0.5PV的复配驱油体系段塞，最后进行后续水驱直到含水率体积百分数再次大于98％。实验中驱替速度固定为0.5mL/min。实验测得水驱驱油效率为17.9％，化学驱驱油效率为14.2％，总驱油效率为32.1％。
实施例5
室温下在98.95g海水加入0.3g十六烷基三甲基氯化铵，使其充分溶解后加入0.75g离子液体[C16mim][Br]，混合均匀，得到实验所需的复配驱油体系。用填砂管模型进行驱替实验，实验温度为油藏地层温度300℃，先水驱直到产出液含水率体积百分数大于98％，然后注入0.5PV的复配驱油体系段塞，最后进行后续水驱直到含水率体积百分数再次大于98％。实验中驱替速度固定为0.5mL/min。实验测得水驱驱油效率为17.8％，化学驱驱油效率为13.9％，总驱油效率为31.7％。
实施例6
室温下在98.20g海水加入0.6g十六烷基三甲基氯化铵，使其充分溶解后加入1.2g离子液体[C16mim][Br]，混合均匀，得到实验所需的复配驱油体系。用填砂管模型进行驱替实验，实验温度为油藏地层温度300℃，先水驱直到产出液含水率体积百分数大于98％，然后注入0.5PV的复配驱油体系段塞，最后进行后续水驱直到含水率体积百分数再次大于98％。实验中驱替速度固定为0.5mL/min。实验测得水驱驱油效率为18.2％，化学驱驱油效率为14.7％，总驱油效率为32.9％。
对比例1
室温下在98.95g海水加入1.05g十六烷基三甲基氯化铵，使其充分溶解后得到实验所需表面活性剂溶液。用填砂管模型进行驱替实验，实验温度为油藏地层温度300℃，先水驱直到产出液含水率体积百分数大于98％，然后注入0.5PV的表面活性剂驱段塞，最后进行后续水驱直到含水率体积百分数再次大于98％，实验中驱替速度固定为0.5mL/min。实验测得水驱驱油效率为16.6％，化学驱驱油效率为7.3％，总驱油效率为23.9％。
对比例2
室温下在98.25g海水加入1.75g十六烷基三甲基氯化铵，使其充分溶解后得到实验所需表面活性剂溶液。用填砂管模型进行驱替实验，实验温度为油藏地层温度300℃，先水驱直到产出液含水率体积百分数大于98％，然后注入0.5PV的表面活性剂驱段塞，最后进行后续水驱直到含水率体积百分数再次大于98％，实验中驱替速度固定为0.5mL/min。实验测得水驱驱油效率为15.6％，化学驱驱油效率为8.7％，总驱油效率为24.3％。
性能测试
为考察复配离子液体-表面活性剂驱油体系的耐温耐盐性能，对体系在地层温度下长期热稳定做了评价。
以对比例1、对比例2、实施例1所配制的驱油体系为例，将驱油体系放置于300℃温度下，按照时间间隔1d，7d，14d，28d，35d，观察复配溶液体系的情况。
实验表明，对比例1在稳定性测试28d后出现沉淀，对比例2测试14d后出现沉淀，体系35天时无明显变化，表明复配驱油体系在高温高盐的条件下，有较好的稳定性。
离子液体与十六烷基三甲基氯化铵具有良好的协同作用，可以大幅度降低油水间的界面张力，用悬滴法测定了对比例1、对比例2以及复配体系对油水界面张力的影响，具体测试步骤如下：
测试标准：SY/T 5370-2018表面及界面张力
测试步骤：将接样器置于空气恒温浴内。接通电源，调节控温器上的指针设定试验温度。调节光源位置、亮度及摄影记录仪的焦距，使液滴图像边缘清晰。将装好试样的石英槽和注射器(吸入测试液体量1-5mL，粘稠体或固体样品置于烧杯中加温降粘后吸入)置于空气恒温浴中，针头保持垂直。液体恒温时间为60min，启动微型电动机，使注射器中的试样在注射器针端形成液滴。当液滴接近最大直径时，按动快门，记录液滴图像。
实验结果表明：对比例1、对比例2对油水界面张力的为0.235mN/m、0.106mN/m，在考察范围内，复配体系均可以大幅度降低油水界面张力，界面张力均在10-2mN/m左右，最低界面张力为0.054mN/m。且不同的离子液体降低油水界面张力的趋势相似，即都存在一个最佳值，离子液体浓度高于此值时，油水界面张力又逐渐增大。因此，适量离子液体的加入，可有效的降低油水界面张力，提高驱油效率。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种离子液体-表面活性剂驱油体系，其特征在于，按重量百分比计，包括：离子液体0.75-1.20wt％，表面活性剂0.30-0.60wt％，其余为地层水。
2.根据权利要求1所述的离子液体-表面活性剂驱油体系，其特征在于，按重量百分比计，包括：离子液体0.75-1.20wt％，表面活性剂0.30-0.60wt％，其余为地层水。
3.根据权利要求1或2所述的离子液体-表面活性剂驱油体系，其特征在于，所述离子液体为烷基咪唑类离子液体，其分子结构通式为：
其中，n＝12、14或16。
4.根据权利要求1或2所述的离子液体-表面活性剂驱油体系，其特征在于，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂。
5.根据权利要求4所述的离子液体-表面活性剂驱油体系，其特征在于，所述阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基氯化铵中的一种。
6.根据权利要求5所述的离子液体-表面活性剂驱油体系，其特征在于，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵。
7.根据权利要求1或2所述的离子液体-表面活性剂驱油体系，其特征在于，所述地层水矿化度为20000-40000mg/L，钙离子含量为1500-4000mg/L。
8.根据权利要求7所述的离子液体-表面活性剂驱油体系，其特征在于，所述地层水矿化度为35000mg/L，钙离子含量为2000mg/L。
9.权利要求1-8任一项所述的离子液体-表面活性剂驱油体系的制备方法，其特征在于，包括：称取配方量的离子液体和表面活性剂，常温下用地层水将表面活性剂溶解，再与离子液体混合均匀，即得离子液体-表面活性剂驱油体系。
10.权利要求1-8任一项所述的离子液体-表面活性剂驱油体系或权利要求9所述的制备方法得到的离子液体-表面活性剂驱油体系在油田三次驱油中的应用。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117050231A (zh) * | 2023-09-25 | 2023-11-14 | 山东聚星石油科技有限公司 | 驱油用两亲超支化聚合物乳液及其制备方法和应用 |
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