CN107556994A - 一种乳化型复合驱组合物及其在三次采油中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种乳化型复合驱组合物及其在三次采油中的应用，以该乳化型复合驱组合物的总重量为100％计，其包括：复合表面活性剂0.05wt％‑0.3wt％，聚合物0.1wt％‑0.25wt％，碳酸钠0‑1.2wt％，余量为水；其中，以所述复合表面活性剂的总重量为100％计，该复合表面活性剂由5wt％‑95wt％的石油磺酸盐和95wt％‑5wt％的烷基甜菜碱两性表面活性剂组成。本发明所提供的乳化型复合驱组合物含有复合表面活性剂(石油磺酸盐与烷基甜菜碱两性表面活性剂复配)，用弱碱或者不含碱的情况下，能使油水界面张力达到超低数量级(<1×10‑2mN/m)，同时该乳化型复合驱组合物具有较强的乳化稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种乳化型复合驱组合物及其在三次采油中的应用，属于石油开采技术领域。
背景技术
目前中国石油主力油田水驱开发油田大都进入高含水、高采出程度的“双高”开发阶段，进一步提高采收率的难度加大。同时随着对石油需求压力的加大和老油田开采程度进一步加深，三次采油提高采收率技术的重要性将越发显现出来。化学复合驱技术经现场试验证明是大幅度提高高含水油田采收率的有效方法之一。化学复合驱技术是八十年代后期发展起来的能够大幅度提高采收率的新方法，经过20多年的努力，在驱油用表面活性剂研制、配方体系研究、驱油机理研究、复合驱数值模拟软件研制、矿场试验方案设计、注采工艺研究、矿场试验动态监测研究等方面均取得了重大进展，从而使化学复合驱油技术成功地由室内研究进入到矿场试验研究阶段。自1992年起，我国已先后在胜利、大庆和克拉玛依油田进行了多个碱-表面活性剂-聚合物(ASP)三元化学复合驱先导性矿场试验和工业化矿场试验。这些矿场试验分属不同的油区，试验区的油藏条件差异显著，但化学复合驱矿场试验均见到了明显的效果，化学复合驱提高采收率均较高，为15％-25％(OOIP)，这为化学复合驱油技术的推广应用展现了广阔的前景。
驱油用表面活性剂的种类主要有：石油磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、石油羧酸盐、烯烃磺酸盐、木质素磺酸盐、醇醚磺酸盐、非离子表面活性剂、生物表面活性剂和两性表面活性剂等。前两种表面活性剂已经应用于油田现场试验。例如大庆油田采用国产重烷基苯磺酸盐表面活性剂于强碱ASP三元复合驱现场试验已取得了良好增油效果，但现场试验研究中又不断出现一些新的问题，如矿场试验用配方体系均使用了较高浓度的强碱，在一些试验区发现油井结垢严重，检泵周期缩短，从而增加了采油的技术难度和附加成本，甚至直接影响油井的正常生产；其次，由于碱浓度高对三元体系粘度有较大影响，为了达到设计的流度控制能力，不得不增大了配方体系中聚合物的浓度，从而增加了驱油剂的成本；此外，复合驱产出液脱水处理难度大，采油成本增加。
因此，目前复合驱技术正在由强碱ASP三元复合驱向弱碱ASP三元复合驱或无碱SP二元复合驱转变。适合弱碱三元复合驱体系的石油磺酸盐也在大庆油田获得应用，但仍然存在产品性能对油水的适应性和提高产品乳化性能等问题。长碳链甜菜碱型两性表面活性剂也开始在表面活性剂-聚合物(SP)无碱复合驱配方中采用。但由于溶解性差、价格贵，限制了其应用。近年来室内研究和现场试验表明，除降低界面张力以外，乳化性能对复合驱提高采收率效果影响很大，尤其对弱碱ASP三元和无碱SP二元复合驱体系，碱的负面作用得到减弱或者消除，但体系的乳化性能也大大减弱，尤其无碱二元复合驱体系，乳化性能差，驱油效果较差。近来研究表明，增强体系乳化性能有助于提高采收率，适度的乳化对复合驱配方改善驱油效果十分重要。为此，有必要研制乳化型的弱碱ASP三元或无碱SP二元复合驱配方，主要是在弱碱或无碱条件下通过表面活性剂配方的改进来适度提高其乳化性能，从而在减少强碱三元复合驱副作用的同时，增强弱碱三元、无碱二元复合驱的驱油效率，实现大幅度提高采收率的现场应用效果。高效无伤害的复合驱配方研制也是化学复合驱在各类油藏推广应用的发展方向和研究重点。
综上所述，提供一种乳化型复合驱组合物并将其用于三次采油中已成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种乳化型复合驱组合物。
本发明的目的还在于提供上述乳化型复合驱组合物在三次采油中的应用。
为达到上述目的，本发明提供一种乳化型复合驱组合物，以该乳化型复合驱组合物的总重量为100％计，其包括：
复合表面活性剂 0.05wt％-0.3wt％，
聚合物 0.1wt％-0.25wt％，
碳酸钠 0-1.2wt％，
余量为水；
其中，以所述复合表面活性剂的总重量为100％计，该复合表面活性剂由5wt％-95wt％的石油磺酸盐和95wt％-5wt％的烷基甜菜碱两性表面活性剂组成。
根据本发明具体的实施方案，在所述乳化型复合驱组合物中，优选地，以所述复合表面活性剂的总重量为100％计，该复合表面活性剂由30wt％-90wt％的石油磺酸盐和70wt％-10wt％的烷基甜菜碱两性表面活性剂组成。
根据本发明具体的实施方案，在所述乳化型复合驱组合物中，优选地，所述烷基甜菜碱两性表面活性剂包括不同烷基碳链长度的甜菜碱型两性表面活性剂中的一种或几种的组合，其中，烷基碳链长度为C12-C22；更优选为C13-C16。此外，所用烷基可以为直链烷基或支链烷基，本发明对此不作具体要求只要保证可以实现本发明的目的即可。
根据本发明具体的实施方案，在所述乳化型复合驱组合物中，优选地，所述烷基甜菜碱两性表面活性剂包括烷基酰胺甜菜碱及烷基羟磺基甜菜碱中的一种或几种的组合。
根据本发明具体的实施方案，在所述乳化型复合驱组合物中，优选地，所述石油磺酸盐的平均分子量为400-550，更优选为430-530。
根据本发明具体的实施方案，在所述乳化型复合驱组合物中，优选地，所述石油磺酸盐包括石油磺酸钠盐、石油磺酸钾盐及石油磺酸铵盐中的一种或几种的组合；
更优选地，所述石油磺酸盐为石油磺酸钠盐。
根据本发明具体的实施方案，在所述乳化型复合驱组合物中，优选地，所述聚合物的平均分子量为500-2500万。
根据本发明具体的实施方案，在所述乳化型复合驱组合物中，优选地，所述聚合物包括聚丙烯酰胺及抗盐聚合物(本领域所用常规物质)中的一种或几种的组合。
根据本发明具体的实施方案，在所述乳化型复合驱组合物中，优选地，所述水为油田注入污水；
更优选地，所述油田注入污水的矿化度为3000-30000mg/L。
本发明还提供了上述乳化型复合驱组合物在三次采油中的应用。
根据本发明具体实施方案，在所述应用中，优选地，所述三次采油包括无碱二元复合驱采油或弱碱三元复合驱采油。其中，当本发明所提供的乳化型复合驱组合物含有弱碱碳酸钠时，其为三元(碱/表面活性剂/聚合物)复合驱组合物，可用于弱碱三元复合驱采油；当所述乳化型复合驱组合物不含有弱碱碳酸钠时，其为二元(表面活性剂/聚合物)复合驱组合物，可以用于无碱二元复合驱采油。将本发明所提供的乳化型复合驱组合物用于弱碱三元或无碱二元复合驱体系，通过复合表面活性剂来达到增强体系乳化性能的目的，从而提高三次采油的采收率。
在以往研制化学复合驱用表面活性剂驱油剂中，主要考虑使油水达到超低界面张力，较少关注其乳化性能，近年来室内研究和现场试验表明，除降低界面张力以外，乳化性能对复合驱提高采收率影响很大，尤其对弱碱ASP三元复合驱体系和无碱SP二元复合驱体系，增强乳化有助于提高采收率。在常规的、单一类型的表面活性剂中很难实现暨达到超低界面张力又具有较强乳化性能的目的，而本发明所提供的乳化型复合驱组合物含有复合表面活性剂(石油磺酸盐与烷基甜菜碱两性表面活性剂进行复配)，用弱碱或者不含碱的情况下，能使油水界面张力达到超低数量级(<1×10-2mN/m)，同时该乳化型复合驱组合物具有较强的乳化稳定性。实验证明，该体系对油水具有一定适应性，体系乳化原油作用加强，室内岩心驱油效果良好。同时，室内岩心驱油实验表明，在相同条件下，本发明所提供的乳化型弱碱三元复合驱配方的采收率要比低张力弱碱三元复合驱配方(本领域采用的常规复合驱组合物)的高4.7％。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益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技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
原料选用：
石油磺酸盐DPS系列，大庆炼化公司生产；石油磺酸盐KPS系列，新疆克拉玛依炼化公司生产；石油磺酸盐FPS系列，抚顺石化公司生产，其中，石油磺酸盐DPS系列、石油磺酸盐KPS系列及石油磺酸盐FPS系列均为石油磺酸钠盐。
椰油酰胺甜菜碱，烷基碳链长度为C13；烷基羟磺基甜菜碱，烷基碳链长度为C16。
聚丙烯酰胺HPAM，大庆炼化公司生产，平均分子量为2000-2500万。抗盐聚合物KYPAM，北京恒聚化工厂生产，平均分子量为2000-2500万。
原油样品：华北油田采油厂脱水原油，新疆克拉玛依油田采油厂脱水原油。
水样：华北油田采油厂注入污水，矿化度为9837mg/L；新疆克拉玛依油田采油厂注入污水，矿化度为13293mg/L。
界面张力测试仪器采用TEXAS-500C旋滴界面张力仪，界面张力测试温度为油藏地层温度(华北油田为54℃，克拉玛依油田为42℃)，界面张力测试时间为2小时稳定平衡值。
乳化稳定性(Ste)是指一定量表面活性剂使油水充分乳化后形成乳状液的稳定性大小，用一定时间内乳状液的分水率(fv)来计算，乳化稳定性指标的计算公式为：Ste＝1-fv。
实施例1
本实施例提供了一系列乳化型复合驱组合物，其中，该乳化型复合驱组合物包括三元复合驱组合物及二元复合驱组合物，
所述三元复合驱组合物包括复合表面活性剂(90wt％石油磺酸盐DPS及10wt％椰油酰胺甜菜碱)、聚合物(HPAM 1200mg/L)、碳酸钠及华北油田采油厂注入污水；
所述二元复合驱组合物包括复合表面活性剂(90wt％石油磺酸盐DPS及10wt％椰油酰胺甜菜碱)、聚合物(HPAM 0.12wt％)及华北油田采油厂注入污水；各组分含量见表2-3所示。
测试华北油田油水样品的界面张力及体系(二元、三元体系)乳化稳定性，具体测试结果请见表1-3所示。
表1 石油磺酸盐DPS作为活性剂对华北原油/注入污水界面张力(mN/m)的影响(HPAM 0.12wt％)
表2 复合表面活性剂(SM1)对华北原油/注入污水界面张力(mN/m)的影响(HPAM1200mg/L)
其中，表2中所述复合表面活性剂(SM1)由90wt％石油磺酸盐DPS及10wt％椰油酰胺甜菜碱组成。
表3 二元、三元体系的乳化稳定性测试结果
表1数据表明，单一石油磺酸盐DPS能在无碱和弱碱复合驱配方中使华北油水界面张力达到超低，不加碱条件下，能在表面活性剂浓度为0.1％-0.3％范围达到超低界面张力；加碱条件下，能在碱浓度为0.2％-1.2％范围、表面活性剂浓度为0.05％-0.3％范围达到超低界面张力。
同样由表2数据可见，复合表面活性剂SM1也能在无碱和弱碱复合驱配方中使华北油水界面张力达到超低，不加碱条件下，能在表面活性剂浓度为0.1％-0.3％范围达到超低界面张力；加碱条件下，能在碱浓度为0.2％-1.2％范围、表面活性剂浓度为0.05％-0.3％范围达到超低界面张力。
由表3的复合体系乳化性能测定结果可知，单一石油磺酸盐DPS的二元、三元复合驱配方体系乳化稳定性指标测定值仅为5.15％和5.38％，而复合表面活性剂SM1的二元、三元复合驱配方体系乳化稳定性指标测定值可以达到27.76％和29.55％。这表明单一石油磺酸盐DPS的乳化原油能力较差，而复合表面活性剂SM1乳化原油性能得到提高。
实施例2
本实施例提供了一系列乳化型复合驱组合物，其中，该乳化型复合驱组合物为三元复合驱组合物，
所述三元复合驱组合物包括复合表面活性剂(80wt％石油磺酸盐FPS及20wt％烷基羟磺基甜菜碱)、聚合物(KYPAM 0.12wt％)、碳酸钠及华北油田采油厂注入污水；各组分含量见表5-6所示。
测试华北油田油水样品的界面张力及体系(三元体系)乳化稳定性，具体测试结果请见表4-6所示。
表4 石油磺酸盐FPS作为活性剂对华北原油/注入污水界面张力(mN/m)的影响(KYPAM 0.12wt％)
表5 复合表面活性剂(SM2)对华北原油/注入污水界面张力(mN/m)的影响(KYPAM0.12wt％)
其中，表5中所述复合表面活性剂(SM2)由80wt％石油磺酸盐FPS及20wt％烷基羟磺基甜菜碱组成。
表6 三元体系的乳化稳定性测试结果
从表4和表5的数据可见，石油磺酸盐FPS和复合表面活性剂SM2的弱碱三元复合驱配方均能使华北油水界面张力达到超低，能在碱浓度为0.2％-1.2％范围、表面活性剂浓度为0.05％-0.3％范围达到超低界面张力。
由表6的三元复合体系乳化性能测定结果可知，石油磺酸盐FPS三元复合驱配方体系乳化稳定性指标测定值仅为6.11％，而复合表面活性剂SM2的三元复合驱配方体系乳化稳定性指标可以达到35.56％。这表明复合表面活性剂SM2乳化原油性能得到大幅度提高。
实施例3
本实施例提供了一系列乳化型复合驱组合物，其中，该乳化型复合驱组合物包括三元复合驱组合物及二元复合驱组合物，
所述三元复合驱组合物包括复合表面活性剂(85wt％石油磺酸盐KPS-1及15wt％椰油酰胺甜菜碱)、聚合物(KYPAM 0.13wt％)、碳酸钠及新疆克拉玛依油田采油厂注入污水；
所述二元复合驱组合物包括复合表面活性剂(85wt％石油磺酸盐KPS-1及15wt％椰油酰胺甜菜碱)、聚合物(KYPAM 0.13wt％)及新疆克拉玛依油田采油厂注入污水；各组分含量见表8-9所示。
测试新疆克拉玛依油田油水样品的界面张力及体系(二元、三元体系)乳化稳定性，具体测试结果请见表7-9所示。
表7 石油磺酸盐KPS-1作为活性剂对克拉玛依原油/注入污水界面张力(mN/m)的影响(KYPAM 0.13wt％)
表8 复合表面活性剂(SM3)对克拉玛依原油/注入污水界面张力(mN/m)的影响(KYPAM 0.13wt％)
其中，表8中所述复合表面活性剂(SM3)由85wt％石油磺酸盐KPS-1及15wt％椰油酰胺甜菜碱组成。
表9 二元、三元体系的乳化稳定性测试结果
由表7和表8数据可知，单一石油磺酸盐KPS-1和复合驱表面活性剂SM3均能在无碱和弱碱复合驱配方条件下使新疆克拉玛依油水界面张力达到超低。
由表9的复合体系乳化性能测定结果可知，单一石油磺酸盐KPS-1的二元、三元复合驱配方体系乳化稳定性指标测定结果仅为7.14％和8.27％，而复合表面活性剂SM3的二元、三元复合驱配方体系乳化稳定性指标测定值可以达到36.13％和38.99％。这表明单一石油磺酸盐KPS-1的乳化原油能力较差，而复合表面活性剂SM3乳化原油性能得到提高。
实施例4
本实施例提供了一系列乳化型复合驱组合物，其中，该乳化型复合驱组合物为三元复合驱组合物，
所述三元复合驱组合物包括复合表面活性剂(75wt％石油磺酸盐KPS-2及25wt％烷基羟磺基甜菜碱)、聚合物(KYPAM 0.13wt％)、碳酸钠及新疆克拉玛依油田采油厂注入污水；各组分含量见表10-11所示。
测试克拉玛依油田油水样品的界面张力及体系(三元体系)乳化稳定性，具体测试结果请见表10-11所示。
表10 复合表面活性剂(SM4)对克拉玛依原油/注入污水界面张力(mN/m)的影响(KYPAM 0.13wt％)
其中，表10中所述复合表面活性剂(SM4)由75wt％石油磺酸盐KPS-2及25wt％烷基羟磺基甜菜碱组成。
表11 三元体系的乳化稳定性测试结果
由表10数据可见，复合表面活性剂SM4的弱碱三元复合驱配方能使克拉玛依油水界面张力达到超低，能在碱浓度为0.2％-1.2％范围、表面活性剂浓度为0.05％-0.3％范围达到超低界面张力。
由表11的三元复合体系乳化性能测定结果可知，石油磺酸盐KPS-2三元复合驱配方体系乳化稳定性指标测定值仅为9.12％，而复合表面活性剂SM4的三元复合驱配方体系乳化稳定性指标可以达到40.89％。这表明复合表面活性剂SM4乳化原油性能得到大幅度提高。
实施例5室内岩心驱油实验
1)岩心驱油实验方法
岩心驱油实验采用贝雷岩心，该岩心直径为38mm、长度为200mm左右，空气渗透率为100-200×10-3μm2。驱油实验油水采用华北油田采油厂脱水原油和注入污水样品。
驱油实验步骤：岩心饱和油先采用0.05mL/min驱替速度饱和油，油突破后采用0.1mL/min、0.2mL/min、0.4mL/min驱替速度进一步饱和油。然后进行水驱驱油，水驱至含水达到98％时，改注三元复合驱，复合驱体系注入体积0.5PV，再注入后续水驱至含水达到98％以上。记录驱替过程中流出水量、原油量和压力变化，计算出原油采收率。
2)岩心驱油实验结果
低张力弱碱三元复合驱体系的表面活性剂采用实施例2中的石油磺酸盐FPS样品，聚合物采用抗盐聚合物KYPAM；乳化型弱碱三元复合驱体系的表面活性剂采用实施例2中的复合表面活性剂SM2样品，聚合物采用抗盐聚合物KYPAM。驱油实验结果见表12所示。
表12 岩心驱油效率评价实验结果
从表12中可以看出，低张力弱碱三元复合驱的岩心水驱采收率仅为36.65％，注入低张力三元复合驱后转水驱的总采收率为60.54％，注低张力弱碱三元复合驱提高采收率为23.89％。而乳化型弱碱三元复合驱的岩心水驱采收率为36.73％，注入乳化型弱碱三元复合驱后转水总采收率为65.32％，注乳化型弱碱三元复合驱提高采收率为28.59％，实验观察到采出液出现较强乳化现象。对比表明，增强复合驱配方的乳化性能可以进一步提高配方的驱油效率，在相同条件下，乳化型三元复合驱配方的采收率要比低张力三元复合驱配方的高4.7％。
Claims (10)
1.一种乳化型复合驱组合物，以该乳化型复合驱组合物的总重量为100％计，其包括：
复合表面活性剂 0.05wt％-0.3wt％，
聚合物 0.1wt％-0.25wt％，
碳酸钠 0-1.2wt％，
余量为水；
其中，以所述复合表面活性剂的总重量为100％计，该复合表面活性剂由5wt％-95wt％的石油磺酸盐和95wt％-5wt％的烷基甜菜碱两性表面活性剂组成。
2.根据权利要求1所述的乳化型复合驱组合物，其特征在于，以所述复合表面活性剂的总重量为100％计，该复合表面活性剂由30wt％-90wt％的石油磺酸盐和70wt％-10wt％的烷基甜菜碱两性表面活性剂组成。
3.根据权利要求1或2所述的乳化型复合驱组合物，其特征在于，所述烷基甜菜碱两性表面活性剂包括不同烷基碳链长度的甜菜碱型两性表面活性剂中的一种或几种的组合，其中，烷基碳链长度为C12-C22；优选为C13-C16。
4.根据权利要求3所述的乳化型复合驱组合物，其特征在于，所述烷基甜菜碱两性表面活性剂包括烷基酰胺甜菜碱及烷基羟磺基甜菜碱中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1或2所述的乳化型复合驱组合物，其特征在于，所述石油磺酸盐的平均分子量为400-550，优选为430-530。
6.根据权利要求5所述的乳化型复合驱组合物，其特征在于，所述石油磺酸盐包括石油磺酸钠盐、石油磺酸钾盐及石油磺酸铵盐中的一种或几种的组合；
优选地，所述石油磺酸盐为石油磺酸钠盐。
7.根据权利要求1或2所述的乳化型复合驱组合物，其特征在于，所述聚合物的平均分子量为500-2500万。
8.根据权利要求7所述的乳化型复合驱组合物，其特征在于，所述聚合物包括聚丙烯酰胺及抗盐聚合物中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1或2所述的乳化型复合驱组合物，其特征在于，所述水为油田注入污水；
优选地，所述油田注入污水的矿化度为3000-30000mg/L。
10.权利要求1-9任一项所述的乳化型复合驱组合物在三次采油中的应用；优选地，所述三次采油包括无碱二元复合驱采油或弱碱三元复合驱采油。
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