CN117645867A - 一种提高采收率的表面活性剂组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了石油开采技术领域的一种提高采收率的表面活性剂组合物及其制备方法，包括如下重量份的组分：改性α‑烯基磺酸钠表面活性剂20‑40份、改性纳米二氧化硅5‑8份、羧甲基纤维素5‑12份、丙二醇10‑15份、去离子水60‑70份。本发明通过α‑烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧丙烯醚中间产物和丙烯酰胺共聚得到耐温耐盐的阴‑非离子表面活性剂，同时加入改性纳米二氧化硅进行复配，提高三次采油的采收率。

Description

一种提高采收率的表面活性剂组合物及其制备方法

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，具体是指一种提高采收率的表面活性剂组合物及其制备方法。

背景技术

石油的开采、油田的开发过程可分为3个阶段：一次采油、二次采油和三次采油，其中，一次采油和二次采油技术都是依靠物理能量开展的；一次采油是在油田开发初期，依靠地层中的天然能量进行的自喷开发，平均采收率一般小于15%；二次采油是指在一次采油完成后，即地层能量释放达到平衡状态以后，采用人为的补充能量的注气或注水的采油技术，其采收率大约为30%-40%；随着二次采油采收率的下降，而采出液中的含水率逐步上升，综合含水超过80%，使得原油开采的经济效益大幅度衰减，二次采油后，勘探开发人员采用不同方法进一步提高原油采收率，其采用的新技术统称为三次采油技术。

三次采油技术主要通过化学注入、气体注入、微生物注入等方式来达到提高采收率的目标。其中，化学注入是指在注入水中添加化学药剂（普遍指驱油用表面活性剂驱、聚合物驱和碱水驱）提高采收率的一种方法。

目前，在国内外的三次采油中，最常用的表面活性剂是石油磺酸盐、重烷基苯磺酸盐等炼油副产物改性的表面活性剂，这些表面活性剂的优点是来源广泛、价格低廉，但也存在一些问题，如性能不够稳定、对盐度和二价阳离子的耐受性较差等，因此无法适用于高温、高矿化度的油田。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种提高采收率的表面活性剂组合物及其制备方法，为了解决表面活性剂无法适用于高温、高矿化度的油田的问题，本发明提出通过改性α-烯基磺酸钠表面活性剂，增强其耐温耐盐性，同时加入改性纳米二氧化硅颗粒，进一步提高采收率。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种提高采收率的表面活性剂组合物及其制备方法，所述提高采收率的表面活性剂组合物包括如下重量份的组分：改性α-烯基磺酸钠表面活性剂20-40份、改性纳米二氧化硅5-8份、羧甲基纤维素5-12份、丙二醇10-15份、去离子水60-70份。

进一步地，所述改性α-烯基磺酸钠表面活性剂的制备方法包括如下步骤：

（1）取脂肪醇聚氧丙烯醚和顺丁烯二酸酐加入烧瓶中，加入催化剂对苯甲磺酸，通入氮气，加热至50-60℃搅拌至反应物融化，然后升温至90-100℃继续反应4-5h，过滤、重结晶，得到中间产物；

（2）将α-烯基磺酸钠和丙烯酰胺混合在烧瓶中，加入去离子水溶解，取步骤（1）所述中间产物加入烧瓶中，调节pH值至7，开始搅拌，通入氮气，升温至85℃，加入引发剂，反应4-6h，分离提纯，旋蒸除去杂质，得到改性α-烯基磺酸钠表面活性剂。

进一步地，在步骤（1）中，所述脂肪醇聚氧丙烯醚与顺丁烯二酸酐的摩尔比为1:1.05-1.1。

进一步地，在步骤（1）中，所述对苯甲磺酸的加入量为脂肪醇聚氧丙烯醚与顺丁烯二酸酐总质量的0.1%。

进一步地，在步骤（2）中，所述α-烯基磺酸钠、中间产物与丙烯酰胺的摩尔比为1:1-1.2:0.4-0.5。

进一步地，在步骤（2）中，所述引发剂为过硫酸铵，引发剂的加入量为α-烯基磺酸钠、中间产物与丙烯酰胺总质量的8%-12%。

进一步地，所述改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：

S1、取纳米二氧化硅分散于100mL去离子水中，得到分散液；

S2、将步骤S1所述分散液置于烧瓶中，加入羟基硅油，80℃恒温搅拌2h，结束后过滤、干燥，得到改性纳米二氧化硅。

进一步地，在步骤S1中，所述分散液的中纳米二氧化硅的质量分数为5%-8%。

进一步地，在步骤S2中，所述羟基硅油与分散液的体积比为1.2-1.4:1。

本发明提供了一种提高采收率的表面活性剂组合物的制备方法，具体包括如下步骤：

将改性α-烯基磺酸钠表面活性剂、改性纳米二氧化硅、羧甲基纤维素、丙二醇加入去离子水中，得到提高采收率的表面活性剂组合物。

本发明取得的有益效果如下：

本发明通过α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧丙烯醚中间产物和丙烯酰胺共聚得到耐温耐盐的阴-非离子表面活性剂，同时加入改性纳米二氧化硅进行复配，提高三次采油的采收率；α-烯基磺酸钠是一种阴离子型表面活性剂，具有优良的润湿性、可乳化性，良好的水溶性和优良的起泡性能，但是其抗盐性较差，α-烯基磺酸钠中含有的SO₃ ^2-在遇到Ca²⁺等阳离子会生成沉淀，影响其表面活性，以脂肪醇聚氧丙烯醚和顺丁烯二酸酐合成反应中间产物，使其与α-烯基磺酸钠和丙烯酰胺进行共聚，得到改性α-烯基磺酸钠表面活性剂，能够增加α-烯基磺酸钠抗盐性，使其可以更好地应用于三次采油，提高高温高盐油藏的采收率；同时聚氧丙烯基团作为一种强疏水、弱亲水的基团引入表面活性剂分子中，相当于增加了疏水烷基链的长度，使改性α-烯基磺酸钠的疏水性增强，更容易形成胶束，提高采油效率；改性纳米二氧化硅颗粒表面既有疏水官能团又有亲水的羟基，能够稳定分散在水中，在与改性α-烯基磺酸钠表面活性剂复配后，能够降低水油界面张力，提高采收率。

附图说明

图1为本发明实施例1-3和对比例1-2表面活性剂组合物耐温性测试结果图；

图2为本发明实施例1-3和对比例1-2表面活性剂组合物乳化性测试结果图；

图3为本发明实施例1-3和对比例1-2表面活性剂组合物静态洗油测试结果图；

图4为本发明实施例1所述的改性纳米二氧化硅的扫描电镜图。

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用，但不能限制本申请的内容。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为从商业渠道购买得到的。

实施例1

一种提高采收率的表面活性剂组合物包括如下重量份的组分：改性α-烯基磺酸钠表面活性剂20份、改性纳米二氧化硅5份、羧甲基纤维素5份、丙二醇10份、去离子水60份。

进一步地，所述改性α-烯基磺酸钠表面活性剂的制备方法包括如下步骤：

（1）取脂肪醇聚氧丙烯醚和顺丁烯二酸酐加入烧瓶中，脂肪醇聚氧丙烯醚与顺丁烯二酸酐的摩尔比为1:1.05，加入催化剂对苯甲磺酸，对苯甲磺酸的加入量为脂肪醇聚氧丙烯醚与顺丁烯二酸酐总质量的0.1%，通入氮气，加热至50℃搅拌至反应物融化，然后升温至90℃继续反应4h，过滤、重结晶，得到中间产物；

（2）将α-烯基磺酸钠和丙烯酰胺混合在烧瓶中，加入去离子水溶解，取步骤（1）所述中间产物加入烧瓶中，α-烯基磺酸钠、中间产物与丙烯酰胺的摩尔比为1:1:0.4，调节pH值至7，开始搅拌，通入氮气，升温至85℃，加入引发剂过硫酸铵，加入量为α-烯基磺酸钠、中间产物与丙烯酰胺总质量的8%，反应4h，分离提纯，旋蒸除去杂质，得到改性α-烯基磺酸钠表面活性剂。

进一步地，所述改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：

S1、取纳米二氧化硅分散于100mL去离子水中，得到分散液，分散液的中纳米二氧化硅的质量分数为5%；

S2、将步骤S1所述分散液置于烧瓶中，加入羟基硅油，羟基硅油与分散液的体积比为1.2:1，80℃恒温搅拌2h，结束后过滤、干燥，得到改性纳米二氧化硅。

本实施例提供了一种提高采收率的表面活性剂组合物的制备方法，具体包括如下步骤：

将改性α-烯基磺酸钠表面活性剂、改性纳米二氧化硅、羧甲基纤维素、丙二醇加入去离子水中，得到提高采收率的表面活性剂组合物。

实施例2

一种提高采收率的表面活性剂组合物包括如下重量份的组分：改性α-烯基磺酸钠表面活性剂40份、改性纳米二氧化硅8份、羧甲基纤维素12份、丙二醇15份、去离子水70份。

进一步地，所述改性α-烯基磺酸钠表面活性剂的制备方法包括如下步骤：

（1）取脂肪醇聚氧丙烯醚和顺丁烯二酸酐加入烧瓶中，脂肪醇聚氧丙烯醚与顺丁烯二酸酐的摩尔比为1:1.1，加入催化剂对苯甲磺酸，对苯甲磺酸的加入量为脂肪醇聚氧丙烯醚与顺丁烯二酸酐总质量的0.1%，通入氮气，加热至60℃搅拌至反应物融化，然后升温至100℃继续反应5h，过滤、重结晶，得到中间产物；

（2）将α-烯基磺酸钠和丙烯酰胺混合在烧瓶中，加入去离子水溶解，取步骤（1）所述中间产物加入烧瓶中，α-烯基磺酸钠、中间产物与丙烯酰胺的摩尔比为1:1.2:0.5，调节pH值至7，开始搅拌，通入氮气，升温至85℃，加入引发剂过硫酸铵，加入量为α-烯基磺酸钠、中间产物与丙烯酰胺总质量的12%，反应6h，分离提纯，旋蒸除去杂质，得到改性α-烯基磺酸钠表面活性剂。

进一步地，所述改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：

S1、取纳米二氧化硅分散于100mL去离子水中，得到分散液，分散液的中纳米二氧化硅的质量分数为8%；

S2、将步骤S1所述分散液置于烧瓶中，加入羟基硅油，羟基硅油与分散液的体积比为1.4:1，80℃恒温搅拌2h，结束后过滤、干燥，得到改性纳米二氧化硅。

本实施例提供了一种提高采收率的表面活性剂组合物的制备方法，所述制备方法参照实施例1施行。

实施例3

一种提高采收率的表面活性剂组合物包括如下重量份的组分：改性α-烯基磺酸钠表面活性剂30份、改性纳米二氧化硅7份、羧甲基纤维素10份、丙二醇13份、去离子水65份。

进一步地，所述改性α-烯基磺酸钠表面活性剂的制备方法包括如下步骤：

（1）取脂肪醇聚氧丙烯醚和顺丁烯二酸酐加入烧瓶中，脂肪醇聚氧丙烯醚与顺丁烯二酸酐的摩尔比为1:1.1，加入催化剂对苯甲磺酸，对苯甲磺酸的加入量为脂肪醇聚氧丙烯醚与顺丁烯二酸酐总质量的0.1%，通入氮气，加热至55℃搅拌至反应物融化，然后升温至95℃继续反应5h，过滤、重结晶，得到中间产物；

（2）将α-烯基磺酸钠和丙烯酰胺混合在烧瓶中，加入去离子水溶解，取步骤（1）所述中间产物加入烧瓶中，α-烯基磺酸钠、中间产物与丙烯酰胺的摩尔比为1:1.1:0.5，调节pH值至7，开始搅拌，通入氮气，升温至85℃，加入引发剂过硫酸铵，加入量为α-烯基磺酸钠、中间产物与丙烯酰胺总质量的10%，反应6h，分离提纯，旋蒸除去杂质，得到改性α-烯基磺酸钠表面活性剂。

进一步地，所述改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：

S1、取纳米二氧化硅分散于100mL去离子水中，得到分散液，分散液的中纳米二氧化硅的质量分数为7%；

S2、将步骤S1所述分散液置于烧瓶中，加入羟基硅油，羟基硅油与分散液的体积比为1.3:1，80℃恒温搅拌2h，结束后过滤、干燥，得到改性纳米二氧化硅。

本实施例提供了一种提高采收率的表面活性剂组合物的制备方法，所述制备方法参照实施例1施行。

对比例1

本对比例提供一种提高采收率的表面活性剂组合物及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于组分中使用α-烯基磺酸钠代替改性α-烯基磺酸钠表面活性剂，其余组分、组分含量与实施例1相同。

对比例2

本对比例提供一种提高采收率的表面活性剂组合物及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于所有组分中不包含改性纳米二氧化硅，其余组分、组分含量与实施例1相同。

实验例

1、对本发明实施例1-3及对比例1、2所制备的表面活性剂组合物进行耐盐性测试，具体方法如下：取多份表面活性剂组合物，加入钙离子浓度为200mg/L、400mg/L、600mg/L、800mg/L、1000mg/L、3000mg/L、5000mg/L的溶液，观察其抗钙离子的能力。

2、对本发明实施例1-3及对比例1、2所制备的表面活性剂组合物进行耐温性测试，具体方法如下：取表面活性剂组合物加入旋滴界面张力仪，加入原油，调节转速至6000r/min，读取界面张力值，取表面活性剂组合物在120℃下老化48小时，48小时后取出，然后采取相同的方法对老化后表面活性剂组合物的界面张力进行测定。

3、对本发明实施例1-3及对比例1、2所制备的表面活性剂组合物进行乳化性测试，具体方法如下：

（1）取适量表面活性剂组合物倒入烧杯中，然后取同样体积的原油倒入这个烧杯，使用高速搅拌机去搅拌，设置转速800r/min，时间5min；

（2）将搅拌之后的液体倒入有刻度的具塞量筒中，放入50℃水浴锅中静置，即刻计时，每隔一段时间记录分数水量；

（3）当t时刻时，读取水层体积V_水层，并计算分水率，评价乳状液的稳定性，分水率公式如下：

分水率=(V_水层/V₀)×100%

其中，V₀为加入体系的总水相体积，V_水层为时刻水层体积。

4、对本发明实施例1-3及对比例1、2所制备的表面活性剂组合物进行静态洗油测试，具体方法如下：取200-250目石英砂以质量比m（石英砂）：m（原油）=3：1混合均匀，置于烘箱中施加一定压力，饱和原油2天后取出，计算附着在石英砂表面的原油体积，待饱和油砂冷却后，将2g油砂与表面活性剂组合物装入10mL螺口瓶中，加入至10mL刻度线处密封，将密封体系在60℃烘箱中静置7天后计算其洗油效率，记螺口瓶上部析出油质量与老化油砂含油质量之比为洗油效率。

5、对实施例1所述的改性纳米二氧化硅的表面形貌以采用扫描电子显微镜观察。

结果分析

表1耐盐性测试结果

表1为本发明实施例1-3和对比例1-2表面活性剂组合物耐盐性测试结果，对比例1在400mg/L时大量浑浊，实施例1在5000mg/L的浓度时仍澄清透明，说明改性α-烯基磺酸钠表面活性剂的抗盐性能提升很大。

图1为本发明实施例1-3和对比例1-2表面活性剂组合物耐温性测试结果图，如图所示，实施例1相较对比例1、2在120℃老化后，仍能具有较好降低界面张力，说明表面活性剂组合物耐温性能良好。

图2为本发明实施例1-3和对比例1-2表面活性剂组合物乳化性测试结果图，如图所示，实施例1在30min时分水率为14%，实施例1在60min时分水率仅16%，相比对比例1和对比例2乳化效果更好。

图3为本发明实施例1-3和对比例1-2表面活性剂组合物静态洗油测试结果图，如图所示，实施例1的洗油效率为24.87%，对比例1为16.24%，对比例2为21.36%，实施例1的洗油效果更好，这是因为实施例1的耐温耐盐性更好，界面活性强，洗油效率高。

图4为本发明实施例1所述的改性纳米二氧化硅的扫描电镜图，可以看到改性纳米二氧化硅有较好的分散性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的应用并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种提高采收率的表面活性剂组合物，其特征在于：所述提高采收率的表面活性剂组合物包括如下重量份的组分：改性α-烯基磺酸钠表面活性剂20-40份、改性纳米二氧化硅5-8份、羧甲基纤维素5-12份、丙二醇10-15份、去离子水60-70份。

2.根据权利要求1所述的一种提高采收率的表面活性剂组合物，其特征在于：所述改性α-烯基磺酸钠表面活性剂的制备方法包括如下步骤：

（1）取脂肪醇聚氧丙烯醚和顺丁烯二酸酐加入烧瓶中，加入催化剂对苯甲磺酸，通入氮气，加热至50-60℃搅拌至反应物融化，然后升温至90-100℃继续反应4-5h，过滤、重结晶，得到中间产物；

（2）将α-烯基磺酸钠和丙烯酰胺混合在烧瓶中，加入去离子水溶解，取步骤（1）所述中间产物加入烧瓶中，调节pH值至7，开始搅拌，通入氮气，升温至85℃，加入引发剂，反应4-6h，分离提纯，旋蒸除去杂质，得到改性α-烯基磺酸钠表面活性剂。

3.根据权利要求2所述的一种提高采收率的表面活性剂组合物，其特征在于：在步骤（1）中，所述脂肪醇聚氧丙烯醚与顺丁烯二酸酐的摩尔比为1:1.05-1.1。

4.根据权利要求3所述的一种提高采收率的表面活性剂组合物，其特征在于：在步骤（1）中，所述对苯甲磺酸的加入量为脂肪醇聚氧丙烯醚与顺丁烯二酸酐总质量的0.1%。

5.根据权利要求4所述的一种提高采收率的表面活性剂组合物，其特征在于：在步骤（2）中，所述α-烯基磺酸钠、中间产物与丙烯酰胺的摩尔比为1:1-1.2:0.4-0.5。

6.根据权利要求5所述的一种提高采收率的表面活性剂组合物，其特征在于：在步骤（2）中，所述引发剂为过硫酸铵，引发剂的加入量为α-烯基磺酸钠、中间产物与丙烯酰胺总质量的8%-12%。

7.根据权利要求6所述的一种提高采收率的表面活性剂组合物，其特征在于：所述改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：

S1、取纳米二氧化硅分散于100mL去离子水中，得到分散液；

S2、将步骤S1所述分散液置于烧瓶中，加入羟基硅油，80℃恒温搅拌2h，结束后过滤、干燥，得到改性纳米二氧化硅。

8.根据权利要求7所述的一种提高采收率的表面活性剂组合物，其特征在于：在步骤S1中，所述分散液的中纳米二氧化硅的质量分数为5%-8%。

9.根据权利要求8所述的一种提高采收率的表面活性剂组合物，其特征在于：在步骤S2中，所述羟基硅油与分散液的体积比为1.2-1.4:1。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种提高采收率的表面活性剂组合物的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

将改性α-烯基磺酸钠表面活性剂、改性纳米二氧化硅、羧甲基纤维素、丙二醇加入去离子水中，得到提高采收率的表面活性剂组合物。