CN109251740A - 一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系及驱油方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，包括以下质量分数的组分：0.5‑2%的纳米二氧化硅，0.01%‑3.0%的季铵盐型表面活性剂，余量为水。本发明还公开了其制备方法，包括室温下，在水中先加入纳米二氧化硅，搅拌后超声至在水中均匀分散；再加入季铵盐型表面活性剂，搅拌使表面活性剂充分溶解，即得。本发明的调驱体系采用季铵盐表面活性剂和易得的二氧化硅纳米材料，具有一定的降压增注效果，有良好的稳定性和地层注入性，具有良好的界面稳定能力和乳化性能，既可以起到驱油的效果，也可以进行地层调剖。

Description

一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系及驱油方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其是一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系及驱油方法。

背景技术

目前，碳酸盐风化壳油藏广泛发育于世界各地的海相含油气盆地。据统计（2009），全球202个碳酸盐岩油气田，风化壳型占到22%。我国也拥有一批优质的大型风化壳油气田，如渤海湾盆地任丘油田、塔里木盆地塔河油田和轮南油气田、鄂尔多斯盆地的靖边（长庆）气田等。碳酸盐风化壳油藏的特点是风化壳的广泛发育提供了重要的油气运移通道和储集空间。但是由于风化壳发育程度的不同，储层的渗透率差异较大，渗透率从小于0.01×10^-3μm²至5×10^-3μm²均有分布，由于物性差异较大，造成储层具有很强的非均质性。因此，采用常规驱油方法的驱油效率非常低。

化学驱是我国注水开发油田提高采收率的主要方法之一。其中，纳米材料驱油体系因其具有降压增注效果和适用于低渗透油藏的特点而备受关注。但是，由于普通纯纳米材料体系在油藏较高矿化度和温度条件下分散性和稳定性差，尤其是在非均质储层如裂缝中，无法在界面上形成稳定吸附；而表面活性剂虽然具有较高界面活性易于形成乳液体系，但是形成的两相界面稳定性差，易破裂和聚并。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系及驱油方法，该调驱体系稳定性强，具有较高的界面强度，在非均质层中可以起到驱油的作用，该驱油方法通过分段塞注入的方式注入油藏地层，能够最大限度的提高体系的驱油和调剖效果。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，包括以下质量分数的组分：0.5-2%的纳米二氧化硅，0.01%-3.0%的季铵盐型表面活性剂，余量为水。

优选的，所述适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，包括以下质量分数的组分： 2%的纳米二氧化硅，0.03%-1%的季铵盐型表面活性剂，余量为水。

优选的，所述适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，包括以下质量分数的组分： 2%的纳米二氧化硅，0.05%的季铵盐型表面活性剂，余量为水。

优选的，所述季铵盐型表面活性剂具有式1所示的结构：

式1

式1中，两端的R为长度相等的碳链，所述碳链为C₁₀H₂₁、C₁₂H₂₅或C₁₄H₂₉的直链碳链，n为1或2。

优选的，所述纳米二氧化硅为亲水性自分散纳米二氧化硅。

优选的，所述纳米二氧化硅的平均粒径为12-18nm。

优选的，所述水为清水或经过处理的油田回注污水，所述水的总矿化度< 50000mg/L，pH>5，ρ_油<50 mg/L，ρ_悬浮物<50 mg/L。

本发明还公开了一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系的制备方法，包括如下步骤：

室温下，在水中先加入纳米二氧化硅，搅拌后超声至纳米二氧化硅在水中均匀分散；再加入季铵盐型表面活性剂，搅拌使所述表面活性剂充分溶解，得到适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系。

优选的，所述搅拌的时间为3-5分钟，所述超声的时间为60-70min。

本发明还公开了一种适用于碳酸盐风化壳藏的驱油方法，采用所述的适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系进行驱油，包括以下步骤：

(1)向地层中注入前置预处理段塞，其体积注入量为地层孔隙体积的0.1%~1.0%；

(2)向地层中注入主段塞，其体积注入量为地层总孔隙体积的30%～50%；

(3)向地层中注入后置保护段塞，其体积注入量为地层总孔隙体积的0.1%~1.0%；

(4)关井5～10天；

(5)开井恢复生产。

所述前置预处理段塞为所述季铵盐型表面活性剂的水溶液，水溶液中季铵盐型表面活性剂的质量分数为0.1%～0.4%；

所述主段塞为所述适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系；

所述后置保护段塞为所述纳米二氧化硅的水溶液，水溶液中纳米二氧化硅的质量分数为2 %。

表面活性剂可以起到降低毛管压力、增大毛管数的作用，而纳米材料具有极强的运移和吸附能力，可以稳定乳液，两者配合可以起到提高洗油效率和波及体积的作用。传统的阳离子表面活性剂在驱油时由于地层表面的电荷吸附而产生沉淀，用量过大，不仅增加成本，还会造成环境污染。而本发明采用的阳离子表面活性剂具有两个亲水基团，亲水性更强，当纳米二氧化硅与季铵盐型表面活性剂复配后，表面活性剂由于疏水链之间的相互作用，在水中采用U型构象存在，纳米二氧化硅在水中带负电荷，季铵盐表面活性剂在水中带正电荷，由于电荷效应，纳米二氧化硅存在于季铵盐表面活性剂U型构象中靠近两个极性基团的水相界面中，由于纳米二氧化硅颗粒间距离大，颗粒间引力作用小，不易发生聚集，其分散稳定性能大幅提高，同时由于极性基团的空间位阻与纳米二氧化硅的存在，一方面使得表面活性剂形成的胶束电荷密度降低，另一方面由于极性基团的本身的体积较大，加之纳米二氧化硅的存在，使得单个胶束在溶液表面的吸附面积增大，降低了表面活性剂的用量，减少聚并。当表面活性剂在地层中遇到油后，随即与水和原油自发形成乳液，形成的乳液能够对纳米二氧化硅重新分散，此时二氧化硅随即脱离季铵盐表面活性剂，吸附在固液和液液界面上，降低原油与岩石表面的粘附力，降低吸附边界层，在水的冲刷作用下，原油更容易被剥离岩石表面。原油、表面活性剂和纳米二氧化硅起到协同作用，促进原油的驱替进行。同时，部分纳米二氧化硅由于电荷吸引，再次对表面活性剂发生静电吸附效应，在乳液油水界面上形成紧密堆积，得到的乳液稳定性好，界面强度高，可以起到一定的调剖作用。

本发明的有益效果是：

（1）与传统的聚合物驱和三元复合驱相比，本发明具有以下优势：纳米二氧化硅系工业化产品，便宜易得，表面活性剂合成及与纳米材料复配时步骤简单，工艺清楚，无需消耗时间作进一步的处理；该调驱体系在均质层中可以起到驱油的作用，且具有一定的降压增注效果，具有良好的稳定性和地层注入性，具有良好的界面稳定能力和乳化性能，既可以起到驱油的效果，也可以进行地层调剖。

（2）本发明采用的纳米二氧化硅与季铵盐型阳离子表面活性剂具有良好的协同效应，单独的纳米二氧化硅体系起乳性能差，而纯表面活性剂体系稳乳性能差，当在纳米二氧化硅与季铵盐型阳离子表面活性剂复配时，纳米二氧化硅参与表面活性剂的构象中，增大表面活性剂形成胶束的吸附面积和降低电荷密度，减少表面活性剂的用量，起到减少表面活性剂聚并的作用，在与原油存在的环境中，纳米二氧化硅参与原油驱替的过程，当乳液形成，纳米二氧化硅再次参与到乳液界面的构筑当中，起到有效地稳定地层中形成乳液的作用。

（3）本发明采用的纳米二氧化硅复合调驱体系，纳米二氧化硅粒径小，能够适用于多种类的非均质油藏，尤其适用于低渗透油藏，采用的纳米二氧化硅具有良好的耐温、耐盐、耐剪切性能，能够避免二元复合驱或三元复合驱中粘度散失带来的不利影响。

（4）本发明采用的纳米二氧化硅复合调驱体系具有良好的老化稳定性，在75℃老化两个月后，复合调驱体系仍保持稳定的体积和粒径，说明长时间的高温并不能破坏纳米二氧化硅和表面活性剂的复合结构及其在界面上的稳定吸附。

（5）本发明采用的纳米二氧化硅乳液在油藏温度老化后仍能保持较好的结构强度，能够对高渗流通道产生有效封堵，使后续注入压力保持较高的水平，具有较好的流度控制能力，能够显著提高后续流体的波及体积。

（6）本发明未加入碱，可避免碱带来的不利影响。

（7）本驱油方法简单，通过设置三个驱油段塞，能够最大限度的提高复合调驱体系的驱油效果。

附图说明

图1为本发明实施例一中的调驱体系乳化后的实验照片。

图2为本发明实施例二中，R为C₁₂H₂₅的直链碳链，n为1的表面活性剂和纳米二氧化硅复配体系，表面张力随浓度的变化趋势图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，包括以下质量分数的组分：0.5-2%的纳米二氧化硅，0.01%-3.0%的季铵盐型表面活性剂，余量为水。

所述季铵盐型表面活性剂具有式1所示的结构：

式1

式1中两端的R为长度相等的碳链，所述碳链为C₁₀H₂₁、C₁₂H₂₅或C₁₄H₂₉的直链碳链，n为1或2。所述纳米二氧化硅为亲水性自分散纳米二氧化硅。所述纳米二氧化硅的平均粒径为12-18nm。所述水为清水或经过处理的油田回注污水，所述水的总矿化度< 50000 mg/L，pH>5，ρ_油<50 mg/L，ρ_悬浮物<50 mg/L。

一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系的制备方法，包括如下步骤：

室温下（20±5℃），在水中先加入纳米二氧化硅，搅拌3-5分钟后超声60-70min，使纳米二氧化硅在水中均匀分散；再加入季铵盐型表面活性剂，搅拌3-5分钟使所述表面活性剂充分溶解，得到适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系。

一种适用于碳酸盐风化壳藏的驱油方法，当注水井对应的油井含水显著上升，水驱低效或无效造成开发效果变差，且地层中残留大量剩余油时，采用所述的适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系进行驱油，包括以下步骤：

(1)向地层中注入前置预处理段塞，其体积注入量为地层孔隙体积的0.1%~1.0%；

(2)向地层中注入主段塞，其体积注入量为地层总孔隙体积的30%～50%；

(3)向地层中注入后置保护段塞，其体积注入量为地层总孔隙体积的0.1%~1.0%；

(4)关井5～10天；

(5)开井恢复生产。

所述前置预处理段塞为所述季铵盐型表面活性剂的水溶液，水溶液中季铵盐型表面活性剂的质量分数为0.1%～0.4%。通过设置前置预处理段塞，可以降低近井含油饱和度，加大油水层的相对渗透率差异，有利于后续工作液的注入。

所述主段塞为所述适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系；通过设置调驱体系段塞，所述调驱体系中的高效表面活性剂通过降低油水界面张力能够显著提高驱油剂的洗油效率，纳米二氧化硅在岩石表面产生吸附，驱出残余油，同时，富有纳米二氧化硅在油水界面上紧密堆积的微米尺度的乳液，由于能够稳定的存在于地层中，能够实现对高渗流通道的封堵，扩大后续流体的波及体积，通过三者的协同作用，大幅度提高原油采收率。

所述后置保护段塞为所述纳米二氧化硅的水溶液，水溶液中纳米二氧化硅的质量分数为2 %。通过设置后置保护段塞，可以保护主体段塞充分发挥作用，防止主体段塞受近井地带较大压差作用而突破，并且提高注入压力。

纳米二氧化硅对乳液的稳定使得乳液在地层中能够实现对高渗流通道的封堵，扩大后续流体的波及体积，增强复合调驱体系的流度控制能力。

表面活性剂的加入可以增强复合调驱体系降低油水界面张力的能力，且能够提高符合体系的成乳和稳乳能力，利于剩余油从岩层表面剥离，提高复合调驱体系的驱油效率。

以下实施例中所用的纳米二氧化硅为粒径大小为13nm左右（pH=5～7）亲水型二氧化硅颗粒分散液，系自Aldrich-Sigma公司购得，比表面积为220 m²/g，密度为1.21 g/mL（25℃）；所用的季铵盐表面活性剂购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

实施例一

本实施例对适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系高温高盐乳化性能进行评价。

在室温下（20±5℃），配置纳米二氧化硅质量分数为2.0%，季铵盐表面活性剂为不同质量分数，余量为水的复合体系溶液10mL，所述表面活性剂具有式1所示的结构：

式1

式1中R 为C₁₀H₂₁的直链碳链，n为1。

所述水为经过处理的油田回注污水，pH值为5.6，总矿化度为20 000 mg/L，ρ_油<30mg/L，ρ_悬浮物<30 mg/L。

所述表面活性剂的质量分数依次为0.03%、0.06%、0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1%。

将上述溶液分别与10mL正十二烷按体积比1：1混合放入玻璃瓶中，通过高速均质器以10000r/min的速度连续搅拌4min。将所得乳液放入75℃的恒温烘箱中，静置72h后观察体系的乳化情况。观察情况如图1，可知，乳液具有明显的大范围的中相，可见具有较强的乳化能力，静置后中相无变化，稳定性好。

实施例二

在室温下（20±5℃），配置纳米二氧化硅质量分数为2.0%，季铵盐表面活性剂质量分数范围从0.02%至1.0%，余量为水的复合体系。测定复合体系的界面张力随表面活性剂质量分数的变化而变化的趋势。所述表面活性剂具有式1所示的结构：

式1

式1中R为 C₁₂H₂₅的直链碳链，n为2。

所述水为经过处理的油田回注污水，pH值为6.7，总矿化度为45 000 mg/L，ρ_油<50mg/L，ρ_悬浮物<50 mg/L。

如图2所示，横坐标表面活性剂浓度，纵坐标为表面张力，使用吊环法测量。可见，当季铵盐表面活性剂质量分数大于0.5%之后，体系界面张力不再下降。

综合乳化性能和界面张力的表现，当纳米二氧化硅质量分数为2.0%，季铵盐表面活性剂质量分数范围在0.03%-1%时，体系的调驱效果最好。

实施例三

本实例提供了适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系的制备方法。

一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，包括：纳米二氧化硅质量分数为0.5%；季铵盐型表面活性剂质量分数为3%；余量为水，各组分质量分数之和为100%。所述表面活性剂具有式1所示的结构：

式1

式1中R为 C₁₄H₂₉的直链碳链，n为1。

所述水为清水，pH值为7.0，总矿化度为0 mg/L，ρ_油=0 mg/L，ρ_悬浮物=0 mg/L。

室温下（20±5℃），在96.5g水中边搅拌依次加入0.5g二氧化硅纳米材料(粒径为13 nm)、3g季铵盐型表面活性剂，均匀搅拌5分钟配制而成适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，所述调驱体系油水界面张力达2.4 mN/m。

实施例四

本实例提供了适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系的制备方法。

一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，包括：纳米二氧化硅质量分数为1.0%；季铵盐型表面活性剂质量分数为0.01%；余量为水，各组分质量分数之和为100%。所述表面活性剂具有式1所示的结构：

式1

式1中R为C₁₀H₂₁的直链碳链，n为2。

所述水为经过处理的油田回注污水，pH值为8.3，总矿化度为49 000 mg/L，ρ_油<50mg/L，ρ_悬浮物<50 mg/L。

室温下（20±5℃），在98.99g水中边搅拌依次加入1.0g二氧化硅纳米材料(粒径为13 nm)、0.01g季铵盐型表面活性剂，均匀搅拌5分钟配制而成适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，所述调驱体系油水界面张力达3mN/m。

实施例五

本实施例提供了适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系的驱油方法，为：在75℃下，将渗透率为1.36μm²的人造岩心(长度8.5cm，直径2.5cm，孔隙体积约11.35mL)抽真空饱和水、饱和油，水驱至96%后，按照以下三个段塞进行复合调驱体系驱油：前置预处理段塞、主段塞和后置保护段塞。纳米二氧化硅复合驱油的步骤具体操作如下：

(1)前置预处理段塞：前置预处理段塞为季铵盐型表面活性剂的水溶液，水溶液中季铵盐型表面活性剂的质量分数为0.1%，体积注入量为岩心孔隙体积的0.1%；

(2)主段塞：主段塞为含有质量分数2.0%纳米二氧化硅 (粒径为13nm)和质量分数0.05%表面活性剂的适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，体积注入量为岩心孔隙体积的50%，所述表面活性剂具有式1所示的结构：

式1

式1中R为C₁₂H₂₅的直链碳链，n为1；

所述水为经过处理的油田回注污水，pH值为8.5，总矿化度为35 000 mg/L，ρ_油<50 mg/L，ρ_悬浮物<50 mg/L。

(3)后置保护段塞：后置保护段塞为纳米二氧化硅 (粒径为13nm)的水溶液，水溶液中纳米二氧化硅的质量分数为2.0%，体积注入量为岩心孔隙体积的1.0%；

完成上述三个步骤，75℃老化5天之后，再次水驱至含水达到98%。

根据实验，在注入适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系后，后续水驱阶段压力明显上升，且在水驱5倍孔隙体积之后仍可保持较高的压力，具有较强的流度控制能力，显著提高采收率增值达12.11%。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，其特征在于，包括以下质量分数的组分：0.5-2%的纳米二氧化硅，0.01%-3.0%的季铵盐型表面活性剂，余量为水。

2.如权利要求1所述的一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，其特征在于，包括以下质量分数的组分：2%的纳米二氧化硅，0.03%-1%的季铵盐型表面活性剂，余量为水。

3.如权利要求1所述的一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，其特征在于，包括以下质量分数的组分：2%的纳米二氧化硅，0.5%的季铵盐型表面活性剂，余量为水。

4.如权利要求1所述的一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，其特征在于，所述季铵盐型表面活性剂具有式1所示的结构：

式1

式1中，两端的R为长度相等的碳链，所述碳链为C₁₀H₂₁、C₁₂H₂₅或C₁₄H₂₉的直链碳链，n为1或2。

5.如权利要求1所述的一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，其特征在于，所述纳米二氧化硅为亲水性自分散纳米二氧化硅。

6.如权利要求5所述的一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，其特征在于，所述纳米二氧化硅的平均粒径为12-18nm。

7.如权利要求1所述的一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系，其特征在于，所述水为清水或经过处理的油田回注污水，所述水的总矿化度< 50000 mg/L，pH>5，ρ_油<50 mg/L，ρ_悬浮物<50 mg/L。

8.如权利要求1所述的一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

室温下，在水中先加入纳米二氧化硅，搅拌后超声至纳米二氧化硅在水中均匀分散；再加入季铵盐型表面活性剂，搅拌使所述表面活性剂充分溶解，得到适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系。

9.如权利要求8所述的一种适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系的制备方法，其特征在于，所述搅拌的时间为3-5分钟，所述超声的时间为60-70min。

10.如权利要求1-7任一项所述的适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系在碳酸盐风化壳藏的驱油方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)向地层中注入前置预处理段塞，其体积注入量为地层孔隙体积的0.1%~1.0%；

(2)向地层中注入主段塞，其体积注入量为地层总孔隙体积的30%～50%；

(3)向地层中注入后置保护段塞，其体积注入量为地层总孔隙体积的0.1%~1.0%；

(4)关井5～10天；

(5)开井恢复生产；

所述前置预处理段塞为所述季铵盐型表面活性剂的水溶液，水溶液中季铵盐型表面活性剂的质量分数为0.1%～0.4%；

所述主段塞为所述的适用于碳酸盐风化壳藏的调驱体系；

所述后置保护段塞为所述纳米二氧化硅的水溶液，水溶液中纳米二氧化硅的质量分数为2 %。