CN115109575A - 低渗透油藏co2驱用纳米泡沫洗油剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂及其制备方法和应用，属于油田化学领域。本发明提供的低渗透油藏增效CO2驱用纳米泡沫洗油剂，以质量百分比计，包括纳米表面活性剂20％‑25％、阴离子表面活性剂12％‑22％、非离子表面活性剂15％‑20％和低碳醇5％，其余为水。本发明提供的泡沫洗油剂可有效应用于地层水矿化度≤100000mg/L、其中钙镁离子浓度≤2000mg/L、渗透率为(0.1～50)×10‑3μm2的低渗透油藏中，增强CO2驱的效果，可有效解决CO2驱气窜和对重质组分洗油率较差的问题，且该泡沫洗油剂制备工艺简单、成本低廉、绿色环保。
Description
技术领域
本发明属于油田化学领域，尤其涉及一种低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，随着油气勘探的不断深入，我国低渗透油藏比例逐渐增大，约占全国已探明储量的2/3，为解决低渗透油藏开发难度大、开采效率低等问题，注气驱油技术受到重视。据中国石油勘探开发研究院的数据，全国约有130亿吨原油地质储量适合二氧化碳驱油，可提高采收率15％，增加可采储量19.2亿吨，并封存二氧化碳约47亿-55亿吨；若考虑全部油藏潜力，二氧化碳封存量将达150亿吨以上。但由于技术不足、市场体系建设力度不强，CCUS技术大规模应用及降碳潜力远未得到充分发挥。
CO2是一种低密度、非粘稠、高流动性的流体，粘度远远低于地层水和地层原油，因此在CO2驱油过程中，不利的流度比将导致粘性指进，降低波及体积；同时由于地层的非均质性、裂缝等的存在，导致气窜的发生，从而降低了驱油效率。通过加入起泡剂，使气体以泡沫流体的形式驱替，由泡沫流体表观粘度的增加而降低在高渗透层中的流动速度，可以提高波及体积。但常规的氮气泡沫剂与CO2配伍性很差，泡沫半衰期只有几分钟。同时，在目前CO2驱提高采收率的实验过程中发现，CO2对剩余原油中轻烃组分萃取能力较强，而对沉积在岩石上的重质组分洗油效率相对较差。
为了解决CO2驱气窜和洗油率较差的问题，亟需开发一种适用于低渗透油藏CO2驱用的泡沫洗油剂，既能通过CO2的注入而发泡，防止气窜，又具有一定的洗油能力，达到“一剂双效”的目的。专利CN 113801282 A公开了一种二氧化碳驱替用洗油剂及其制备方法与应用，但其合成工艺复杂，且原材料大多属于剧毒危险品，不适合推广应用，并且不具备防窜功能。
发明内容
本发明提供了一种低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂及其制备方法和应用，该泡沫洗油剂可有效应用于地层水矿化度≤100000mg/L、其中钙镁离子浓度≤2000mg/L、渗透率为(0.1～50)×10-3μm2的低渗透油藏中，增强CO2驱的效果，可有效解决CO2驱气窜和对重质组分洗油率较差的问题，且该泡沫洗油剂制备工艺简单、成本低廉、绿色环保。
为了达到上述目的，本发明提供了一种低渗透油藏增效CO2驱用纳米泡沫洗油剂，以质量百分比计，包括纳米表面活性剂20％-25％、阴离子表面活性剂12％-22％、非离子表面活性剂15％-20％和低碳醇5％，其余为水。
作为优选，所述纳米表面活性剂为从宁波锋成纳米科技有限公司商购获得的代号为WX302S的纳米表面活性剂，粒径≤200nm。所用纳米表面活性剂注入性良好，起泡能力强，洗油率高，并具有耐温抗盐的特点。
作为优选，所述阴离子表面活性剂为椰油酰基甲基牛磺酸钠，其分子式通式为：
RCON(CH3)CH2CH2SO3Na
其中，R表示椰子油酸。
在上述方案中，椰油酰基甲基牛磺酸钠是一种新的氨基酸型表面活性剂。由天然来源的脂肪酸与甲基牛磺酸钠缩合而成，它在宽广的pH值条件下具有使泡沫丰富、细腻、稳定等特点。
作为优选，所述非离子表面活性剂为异构脂肪十醇聚氧乙烯醚，商购于江苏海安石油化工厂，其分子式通式为：
RO(CH2CH2O)nH
其中，R＝C10H21，n为选自5、6、7、8、9、10中的任一值。
作为优选，所述低碳醇选自乙醇、异丙醇中的至少一种。
本发明提供了一种根据上述任一项技术方案所述的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂的制备方法，包括以下步骤：
将阴离子表面活性剂提前预热至40℃以上，使其由固态熔化成液态，然后加入到反应釜中，再加入低碳醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入水，搅拌20-40min，最后加入非离子表面活性剂和纳米表面活性剂，充分搅拌均匀，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
本发明提供了一种根据上述任一项技术方案所述的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂在地层温度≤150℃、渗透率为(0.1～50)×10-3μm2、地层水矿化度≤100000mg/L、其中钙镁离子浓度≤2000mg/L的低渗透油藏CO2驱中的应用。
作为优选，所述低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂的使用浓度为0.5wt％。
作为优选，与矿化度≤100000mg/L、其中钙镁离子浓度≤2000mg/L的水相配伍时，界面张力≤3.6×10-3mN/m，起泡体积≥215mL，泡沫半衰期≥75min，洗油率≥92.0％。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明提供的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，由纳米活性材料和表面活性剂复配而成。纳米活性材料能够改变岩石表面的润湿性，起到润湿反转的作用，从而提高了洗油率。非离子表面活性剂和两性离子表面活性剂与纳米表活剂复配后，增强了泡沫的稳定性，延长了半衰期，进一步降低了油水界面张力，增加了毛管数，达到了提高采收率的目的。
2、本发明提供的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，与CO2配伍性好，能够与CO2协同作用，同时起到封窜和洗油两大作用，一剂双效，大幅度提高CO2驱油效率。
3、本发明提供的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，具有耐温耐盐的特点，与应用现场油水配伍性好，不产生沉淀，不会造成地层堵塞。
4、本发明提供的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，生产工艺简单、原料易购不含有机氯，从生产到使用对环境和人员均无害，符合绿色环保要求。
具体实施方式
下面将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。
本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买，纳米表面活性剂WX302S购自宁波锋成纳米科技有限公司，非离子表面活性剂异构脂肪十醇聚氧乙烯醚购自江苏海安石油化工厂，其它为市售产品。
实施例1
将220kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg乙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入380kg水，搅拌30min，最后加入150kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝5)和200kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
实施例2
将200kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg异丙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入380kg水，搅拌25min，最后加入160kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝6)和210kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
实施例3
将180kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg乙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入380kg水，搅拌30min，最后加入170kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝7)和220kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
实施例4
将160kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg异丙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入380kg水，搅拌35min，最后加入180kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝8)和230kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
实施例5
将140kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg乙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入380kg水，搅拌40min，最后加入190kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝9)和240kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
实施例6
将120kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg异丙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入380kg水，搅拌20min，最后加入200kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝10)和250kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
本发明提供的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，其组分和配比是在大量的实验基础上确定的，任何改变都会造成检测指标的不合格。
对比例1
反应釜中加入600kg水，再依次加入50kg乙醇、150kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝5)和200kg纳米表面活性剂WX302S，于温度40-50℃下搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
对比例1为去掉实施例1配方中的椰油酰基甲基牛磺酸钠得到的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，其中，椰油酰基甲基牛磺酸钠的量用水补齐。
对比例2
将220kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg乙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入530kg水，搅拌30min，最后加入200kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
对比例2为去掉实施例1配方中的异构脂肪十醇聚氧乙烯醚得到的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，其中，异构脂肪十醇聚氧乙烯醚的量用水补齐。
对比例3
将220kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg乙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入580kg水，搅拌30min，最后加入150kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝5)，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
对比例3为去掉实施例1配方中的纳米表面活性剂WX302S得到的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，其中，纳米表面活性剂WX302S的量用水补齐。
对比例4
将110kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg乙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入490kg水，搅拌30min，最后加入150kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝5)和200kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
对比例4为实施例1配方中的椰油酰基甲基牛磺酸钠偏离了12％-22％的范围，即加入了110kg椰油酰基甲基牛磺酸钠(11％)所得到的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，少加的椰油酰基甲基牛磺酸钠的量用水补齐。
对比例5
将230kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg乙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入370kg水，搅拌30min，最后加入150kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝5)和200kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
对比例5为实施例1配方中的椰油酰基甲基牛磺酸钠偏离了12％-22％的范围，即加入了230kg椰油酰基甲基牛磺酸钠(23％)所得到的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，多加的椰油酰基甲基牛磺酸钠的量从水的量中去除。
对比例6
将220kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg乙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入390kg水，搅拌30min，最后加入140kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝5)和200kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
对比例6为实施例1配方中的异构脂肪十醇聚氧乙烯醚偏离了15％-20％的范围，即加入了140kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(14％)所得到的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，少加的异构脂肪十醇聚氧乙烯醚的量用水补齐。
对比例7
将220kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg乙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入320kg水，搅拌30min，最后加入210kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝5)和200kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
对比例7为实施例1配方中的异构脂肪十醇聚氧乙烯醚偏离了15％-20％的范围，即加入了210kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(21％)所得到的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，多加的异构脂肪十醇聚氧乙烯醚的量从水的量中去除。
对比例8
将220kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg乙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入390kg水，搅拌30min，最后加入150kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝5)和190kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
对比例8为实施例1配方中的纳米表面活性剂WX302S偏离了20％-25％的范围，即加入了190kg纳米表面活性剂WX302S(19％)所得到的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，少加的纳米表面活性剂WX302S的量用水补齐。
对比例9
将220kg椰油酰基甲基牛磺酸钠提前预热至40℃以上(由固态熔化成液态)，然后加入到反应釜中，再加入50kg乙醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入320kg水，搅拌30min，最后加入150kg异构脂肪十醇聚氧乙烯醚(n＝5)和260kg纳米表面活性剂WX302S，充分搅拌均匀后，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
对比例9为实施例1配方中的纳米表面活性剂WX302S偏离了20％-25％的范围，即加入了260kg纳米表面活性剂WX302S(26％)所得到的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，多加的纳米表面活性剂WX302S的量从水的量中去除。
性能测试
将上述实施例和对比例制备所得产品配成0.5wt％浓度进行性能测试，测试条件和测试方法如下：
测试条件
测试仪器：TX-500C型全量程旋转滴界面张力测量仪、多参数动态泡沫评定仪(法国TECLIS公司)、恒温干燥箱、超级恒温水浴。
测试温度：界面张力测试、泡沫性能测试和洗油率测试按照油藏温度60℃检测。
测试用油：胜利油田某区块脱水原油。
测试用水：胜利油田某区块注入水，矿化度100000mg/L，钙镁离子浓度2000mg/L。
测试方法
1、试液配制：使用上述制备得到的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂，用胜利油田某区块注入水配制成浓度为0.5wt％的水溶液。
2、泡沫性能测试：
采用多参数动态泡沫评定仪(法国TECLIS公司)，对配制试液进行起泡体积、泡沫半衰期测试。
2.1启动超级恒温水浴使超级恒温水浴温度稳定在(60±0.1)℃，同时将配制试液置于水浴内预热。
2.2打开多参数动态泡沫评定仪电源开关、高纯CO2(纯度＞99.99％)气源开关。实验前先用蒸馏水冲洗测试管内壁，然后用待测试液冲洗测试管内壁，冲洗应完全充分，直至内壁无残留泡沫。
2.3校准合格后，设置气流速度为100mL/min，充气时间为100s，点击“开始”，进入多参数动态评定界面，开始实验。充气结束后，关闭气源。实验过程中注意观察，至泡沫半衰期出现，点击“停止”，结束实验。
2.4作出瞬时泡沫体积(VF)随时间(t)变化曲线，取测试管中充入气体后产生的泡沫最大瞬时体积为起泡体积，查出泡沫体积从最大衰减至一半时所用时间为泡沫半衰期(t1/2F)。
3、界面张力测试：按照SY/T 5370-2018中7.3.4的规定，在60℃下测定试液与目标区块油样间的界面张力(转速5000r/min，密度差按0.1计算)，记录界面张力最低值。
4、洗油率测试：
4.1将模拟地层砂与目标区块原油按4:1比例(质量比)混合，放入恒温干燥箱中，在油藏温度下老化7d，每天搅拌1次，使油砂混合均匀。
4.2用目标区块注入水配制0.5wt％的样品溶液100g，在磁力搅拌器上以300r/min的转速搅拌15min后待测。
4.3称取老化好的油砂约5g放至100mL锥形瓶中，称重得m1，精确至0.001g。
4.4向4.3样品中加入配制好的样品溶液50g，充分混合后在油藏温度下静置48h。
4.5将4.4静置后的样品溶液中漂浮的原油及瓶壁上粘附的原油用干净的棉纱蘸出，并倒出样品溶液，将锥形瓶放在105℃烘箱中烘至恒重，得m2。
4.6用石油醚对4.5中样品进行原油洗脱，直至石油醚无色。将洗脱尽原油的锥形瓶置于120℃烘箱中烘至恒重，称重得m3。
4.7按下式计算洗油率：
式中：
σ——洗油率；
m1——洗油前锥形瓶与油砂的总质量，g；
m2——洗油后锥形瓶与油砂的质量，g；
m3——锥形瓶与洗净后地层砂的总质量，g。
将上述实施例1-6和对比例1-9中得到的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂按照上述测试方法进行界面张力、泡沫性能、洗油率测试，测试结果如表1所示。其中，参考几个相关标准，下述各参数的标准为：界面张力≤5×10-3mN/m，起泡体积≥200mL，泡沫半衰期≥60min，洗油率≥90％。
表1低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂性能测试
由上述表1可见，本发明申请所提供的配方在纳米表面活性剂WX302S、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂及其组分配比的协同作用下，可使所得到的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂具有界面张力≤3.6×10-3mN/m，起泡体积≥215mL，泡沫半衰期≥75min，洗油率≥92.0％等特点，能显著提高CO2驱的波及体积，同时又能提高洗油效率，达到“一剂双效”的目的，应用于低渗透油藏CO2驱中可一定幅度提高CO2驱的采收率。而如果缺少某一组分或组分的使用量不在本发明所限定的范围内，则会对所检测的指标造成影响，致使其不合格。
Claims (9)
1.低渗透油藏增效CO2驱用纳米泡沫洗油剂，其特征在于，以质量百分比计，包括纳米表面活性剂20％-25％、阴离子表面活性剂12％-22％、非离子表面活性剂15％-20％和低碳醇5％，其余为水。
2.根据权利要求1所述的纳米泡沫洗油剂，其特征在于，所述纳米表面活性剂为从宁波锋成纳米科技有限公司商购获得的代号为WX302S的纳米表面活性剂，粒径≤200nm。
3.根据权利要求1所述的纳米泡沫洗油剂，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为椰油酰基甲基牛磺酸钠，其分子式通式为：
RCON(CH3)CH2CH2SO3Na
其中，R表示椰子油酸。
4.根据权利要求1所述的纳米泡沫洗油剂，其特征在于，所述非离子表面活性剂为异构脂肪十醇聚氧乙烯醚，其分子式通式为：
RO(CH2CH2O)nH
其中，R＝C10H21，n为选自5、6、7、8、9、10中的任一值。
5.根据权利要求1所述的纳米泡沫洗油剂，其特征在于，所述低碳醇选自乙醇、异丙醇中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将阴离子表面活性剂提前预热至40℃以上，使其由固态熔化成液态，然后加入到反应釜中，再加入低碳醇，于温度40-50℃下搅拌均匀后，加入水，搅拌20-40min，最后加入非离子表面活性剂和纳米表面活性剂，充分搅拌均匀，得到低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂。
7.根据权利要求1-5任一项所述的低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂在地层温度≤150℃、渗透率为(0.1～50)×10-3μm2、地层水矿化度≤100000mg/L、其中钙镁离子浓度≤2000mg/L的低渗透油藏CO2驱中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述低渗透油藏CO2驱用纳米泡沫洗油剂的使用浓度为0.5wt％。
9.根据权利要求7或8所述的应用，其特征在于，与矿化度≤100000mg/L、其中钙镁离子浓度≤2000mg/L的水相配伍时，界面张力≤3.6×10-3mN/m，起泡体积≥215mL，泡沫半衰期≥75min，洗油率≥92.0％。
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