CN109321225B - 一种适用于高温高盐油藏的co2泡沫剂体系及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系及其制备方法，所述CO2泡沫剂体系包括0.01～0.30wt％的双子型表面活性剂，0.10～0.50wt％的疏水改性纳米SiO2和99.89～99.20wt％的矿化水；其制备方法为向配方量的矿化水中加入配方量的双子型表面活性剂，搅拌50～150分钟，混合均匀，再加入配方量的疏水改性纳米SiO2，搅拌10～60分钟，混合均匀，即得所述适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系。该体系可以有效降低气油流度比，避免CO2泡沫驱油过程中存在的气窜和粘性指进现象，提高CO2泡沫驱油效率，攻克了CO2泡沫驱油技术的气窜防治问题。
Description
技术领域
本发明涉及三次采油技术领域，具体涉及一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系及其制备方法。
背景技术
随着油田开发进入中后期，一次采油和二次采油的总采收率仅仅能够达到30％～40％，因而大部分原油仍滞留在地层中，由于油层十分复杂，具有非均质性，油气水渗流复杂，波及效率及洗油均比较有限，而三次采油技术有效提高油藏原油采收率。
三次采油技术包括：可以提高注入水粘度、降低油水粘度差、提高注入水波及体积的聚合物驱；能够降低界面张力、提高注入水驱油效率的表面活性剂驱；以及碱驱、混相驱、复合驱等。对于高温 (>75℃)、高矿化度油藏(>10000mg/L)，聚合物适应性较差，且对于低渗透性油藏适用性不好。
泡沫流体已经广泛用于油藏泡沫封堵高渗透层或大孔道、防止气体气窜、含水气井排水采气、钻井、压裂、冲沙洗井等领域。泡沫驱在地层中可以选择性封堵高渗透性地层、选择性封堵含水地层、遇油消泡、控制流度比效果好，且由于泡沫流体中起泡剂为表面活性剂也可以在一定程度上提高洗油效率、改变地层表面润湿性、降低毛管力的作用，有效提高原油采收率。
CO2驱可通过降低原油黏度，提高地层能量，降低油水界面张力，与原油实现混相等机理大幅度提高原油采收率，已成为最具有前途的提高采收率方法之一。然而由于气体流度比水油流度高，CO2驱难以避免地存在气窜和粘性指进现象，影响了CO2驱提高采收率的效果，而适宜的CO2泡沫防窜体系能够有效防窜、显著改善该情况，并提高驱油效率。此外，泡沫是一种热力学不稳定的气液分散体系，需要加入泡沫剂以提高泡沫的起泡性能以及泡沫稳定性。
但是在实际地层中，温度较高以及矿化度的存在对泡沫剂的选择要求较高，而且CO2扩散性强、可以在水中溶解呈酸性，需要能够符合地层要求、能够在地层高温、矿化度、酸性条件中形成耐温且稳定性好的泡沫流体有效封堵地层。前期研究中有使用阴离子表面活性剂、高分子聚合物等以增加泡沫的稳定性，但是对高温、高矿化度、酸性的CO2泡沫驱情况适应性有限，因而开发一种高效、稳定、耐温耐盐的CO2泡沫驱油体系对于原油的三次开采具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系及其制备方法。
本发明的目的一是降低气油流度比，避免CO2泡沫驱油过程中存在的气窜和粘性指进现象，提高CO2泡沫驱油效率；目的二是提供了一种在高温下仍具有较良好稳定性的CO2泡沫剂体系，推动了CO2泡沫的驱油项目工作的开展。
本发明所采用的技术方案如下：
一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系，按重量百分比计，由以下组分混合得到：
双子型表面活性剂：0.01～0.30wt％；
疏水改性纳米SiO2：0.10％～0.50wt％；
矿化水：99.89～99.20wt％；
所述双子型表面活性剂由黄色晶体A和白色固体B按质量比 (4～10)：1的比例配制而成。
所述双子型表面活性剂为
所述所述黄色晶体A由十二烷基醇聚氧乙烯醚、三氯甲烷、氯化亚砜按质量比(1～5)：(1～5)：1的配比配制而成。
所述白色固体B由乙二胺、碳酸钾、溶剂及2-溴乙基磺酸钠按质量比1：(1～5)：(50～55):(5～10)的配比配制而成。
所述十二烷基醇聚氧乙烯醚的分子量为318.56～537.92。
所述疏水改性纳米SiO2的粒径为10～100nm，改性程度范围为： 30.2％～76.4％。
所述矿化水的矿化度为10000～80000mg/L。
一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系的制备方法，包括以下步骤：
S1.双子型表面活性剂的合成
取配方量的黄色晶体A和配方量的碳酸钾置于烧瓶或烧杯中，以体积比(1～3)：1的丙酮-水混合溶液作为溶剂，搅拌溶解后升温至50～100℃，缓慢滴加由30mL体积比(1～3)：1的丙酮-水混合溶液溶解的配方量的白色固体B，滴加完成后在50～100℃条件下搅拌反应 8～15h，反应完成后减压蒸馏除去溶剂，加入50～200g乙醇，过滤除去杂质，得到无色透明液体，减压除去乙醇，即得到双子型表面活性剂；
S2.纳米SiO2表面疏水改性
称取0.01～2g纳米SiO2置于烧瓶或烧杯中，搅拌，加热至 50℃～80℃，并恒温10min～20min，称取0.1～50g乙醇置于烧瓶中，配制成4.8wt％的纳米SiO2乳液，继续搅拌分散10min后，一次性加入0.18～36g改性剂二甲基二氯硅烷，而后缓慢滴加0.1～50g的改性助剂水，反应18～24h后，将所得悬浮液用无水乙醇离心洗涤3～4次，经干燥至恒重即得疏水改性纳米SiO2；
S3.矿化水的配制
取5～15g氯化钾，0.001～0.5g硫酸钠，0.001～0.5g碳酸氢钠，15～50g 氯化钠，15～50g氯化钙和0.001～1g氯化镁溶解到1L去离子水中，搅拌10～60分钟，混合均匀，完全溶解后得到配制泡沫剂体系所需的 99.89～99.20wt％的矿化水；
S4.适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系的制备
向步骤S3所配制的99.89～99.20wt％的矿化水中加入 0.01～0.30wt％步骤S1所配制的双子型表面活性剂，搅拌50～150分钟，混合均匀，再加入0.10％～0.50wt％步骤S2所配制的疏水改性纳米 SiO2，搅拌10～60分钟，混合均匀，即得所述适用于高温高盐油藏的 CO2泡沫剂体系。
所述步骤S1中黄色晶体A的制备方法为：取配方量的十二烷基醇聚氧乙烯醚于烧瓶中，加入配方量的三氯甲烷作为溶剂，升温至 35～60℃，缓慢滴加配方量的氯化亚砜，反应1～5h，减压蒸馏即得黄色晶体A。
所述步骤S1中白色固体B的制备方法为：取配方量的乙二胺、碳酸钾置于烧瓶中，以30～60mL体积比(1～3)：1的丙酮-水混合溶液作为溶剂并加入30mL体积比(1～3)：1的乙醇-水混合液溶解，搅拌溶解后升温至30～60℃，缓慢滴加由30mL体积比(1～3)：1的丙酮-水混合溶液溶解的配方量的2-溴乙基磺酸钠，在30～60℃的条件下反应5-20h，停止反应，减压蒸馏即得白色固体B。
本发明的有益效果为：
(1)本发明中的这种CO2泡沫剂体系可以有效降低气体流度比水油流度比，避免CO2泡沫驱油过程中存在的气窜和粘性指进现象，提高CO2泡沫驱油效率。
(2)本发明中的这种泡沫剂体系在高温下仍具有较良好的稳定性，推动了CO2泡沫的驱油项目工作的开展，具有良好的应用前景。
具体实施方式
实施例1
一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系，按重量百分比计，由以下组分混合得到：
双子型表面活性剂：0.01～0.30wt％；
疏水改性纳米SiO2：0.10％～0.50wt％；
矿化水：99.89～99.20wt％。
所述所述双子型表面活性剂由黄色晶体A和白色固体B按质量比(4～10)：1的比例配制而成；
本发明所述的CO2泡沫剂体系可以有效降低气体流度比水油流度比，避免CO2泡沫驱油过程中存在的气窜和粘性指进现象，提高 CO2泡沫驱油效率。
实施例2：
在实施例1的基础上，所述双子型表面活性剂为：
所述双子型表面活性剂的具体合成方法为：
取配方量的黄色晶体A和配方量的碳酸钾置于烧瓶或烧杯中，以体积比(1～3)：1的丙酮-水混合溶液作为溶剂，搅拌溶解后升温至 50～100℃，缓慢滴加由30mL体积比(1～3)：1的丙酮-水混合溶液溶解的配方量的白色固体B，滴加完成后在50～100℃条件下搅拌反应 8～15h，反应完成后减压蒸馏除去溶剂，加入50～200g乙醇，过滤除去杂质，得到无色透明液体，减压除去乙醇，即得到双子型表面活性剂。
所述黄色晶体A由十二烷基醇聚氧乙烯醚、三氯甲烷、氯化亚砜按质量比(1～5)：(1～5)：1的配比配制而成；黄色晶体A的制备方法为：取配方量的十二烷基醇聚氧乙烯醚于烧瓶中，加入配方量的三氯甲烷作为溶剂，升温至35～60℃，缓慢滴加配方量的氯化亚砜，反应1～5h，减压蒸馏即得黄色晶体A。所述所述十二烷基醇聚氧乙烯醚的分子量为318.56～537.92。
所述白色固体B由乙二胺、碳酸钾、溶剂及2-溴乙基磺酸钠按质量比1：(1～5)：(50～55):(5～10)的配比配制而成。白色固体B 的制备方法为：取配方量的乙二胺、碳酸钾置于烧瓶中，以30～60mL 体积比(1～3)：1的丙酮-水混合溶液作为溶剂并加入30mL体积比(1～3)：1的乙醇-水混合液溶解，搅拌溶解后升温至30～60℃，缓慢滴加由30mL体积比(1～3)：1的丙酮-水混合溶液溶解的配方量的 2-溴乙基磺酸钠，在30～60℃的条件下反应5-20h，停止反应，减压蒸馏即得白色固体B。
实施例3：
在实施例1的基础上，所述疏水改性纳米SiO2的粒径为 10～100nm，改性程度范围为：30.2％～76.4％。
所述疏水改性纳米SiO2即通过改性剂对纳米SiO2进行表面疏水改性所得；具体方法为：
称取0.01～2g纳米SiO2置于烧瓶或烧杯中，搅拌，加热至 50℃～80℃，并恒温10min～20min，称取0.1～50g乙醇置于烧瓶中，配制成4.8wt％的纳米二氧化硅乳液，继续搅拌分散10min后，一次性加入0.18～36g改性剂，而后缓慢滴加0.1～50g的改性助剂水，反应 18～24h后，将所得悬浮液用无水乙醇离心洗涤3～4次，经干燥至恒重即得疏水改性纳米SiO2。
实施例4：
在实施例1的基础上，所述矿化水的矿化度为10000～80000mg/L，温度为30～90℃。
所述矿化水的配制方法为：
取5～15g氯化钾，0.001～0.5g硫酸钠，0.001～0.5g碳酸氢钠，15～50g 氯化钠，15～50g氯化钙和0.001～1g氯化镁溶解到1L去离子水中，搅拌10～60分钟，混合均匀，完全溶解后得到配制泡沫剂体系所需的 99.89～99.20wt％的矿化水
实施例5：
一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系的制备方法，包括以下步骤：
S1.双子型表面活性剂的合成
取配方量的黄色晶体A和配方量的碳酸钾置于烧瓶或烧杯中，以体积比(1～3)：1的丙酮-水混合溶液作为溶剂，搅拌溶解后升温至 50～100℃，缓慢滴加由30mL体积比(1～3)：1的丙酮-水混合溶液溶解的配方量的白色固体B，滴加完成后在50～100℃条件下搅拌反应 8～15h，反应完成后减压蒸馏除去溶剂，加入50～200g乙醇，过滤除去杂质，得到无色透明液体，减压除去乙醇，即得到双子型表面活性剂；
S2.纳米SiO2表面疏水改性
称取0.01～2g纳米SiO2置于烧瓶或烧杯中，搅拌，加热至 50℃～80℃，并恒温10min～20min，称取0.1～50g乙醇置于烧瓶中，配制成4.8wt％的纳米SiO2乳液，继续搅拌分散10min后，一次性加入0.18～36g改性剂二甲基二氯硅烷，而后缓慢滴加0.1～50g的改性助剂水，反应18～24h后，将所得悬浮液用无水乙醇离心洗涤3～4次，经干燥至恒重即得疏水改性纳米SiO2；
S3.矿化水的配制
取5～15g氯化钾，0.001～0.5g硫酸钠，0.001～0.5g碳酸氢钠，15～50g 氯化钠，15～50g氯化钙和0.001～1g氯化镁溶解到1L去离子水中，搅拌10～60分钟，混合均匀，完全溶解后得到配制泡沫剂体系所需的 99.89～99.20wt％的矿化水；
S4.适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系的制备
向步骤S3所配制的99.89～99.20wt％的矿化水中加入 0.01～0.30wt％步骤S1所配制的双子型表面活性剂，搅拌50～150分钟，混合均匀，再加入0.10％～0.50wt％步骤S2所配制的疏水改性纳米 SiO2，搅拌10～60分钟，混合均匀，即得所述适用于高温高盐油藏的 CO2泡沫剂体系。
实施例6：
一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)双子型表面活性剂的合成
取十二烷基醇聚氧乙烯醚20～50g于烧瓶或烧杯等玻璃容器中，加入15～60mL三氯甲烷作为溶剂，升温至35～60℃，缓慢滴加5～20mL 氯化亚砜，反应1～5h，减压蒸馏得到产物为黄色晶体A；取乙二胺 1～2g和碳酸钾5～10g置于烧瓶或烧杯等玻璃容器中，以1：1～3：1 体积比的丙酮/水混合溶液30～60mL作为溶剂加入1：1～3：1体积比的乙醇/水混合液溶解，搅拌溶解后升温至30～60℃，缓慢滴加由30mL 混合溶液溶解的2-溴乙基磺酸钠10～20g，反应5-20h(30～60℃)，停止反应，减压蒸馏得白色固体B；取30～50g的黄色晶体A和碳酸钾 5～10g置于单口烧瓶中，以一定体积比的丙酮/水混合溶液作为溶剂，搅拌溶解后升温至50～100℃，缓慢滴加由30mL体积比为1：1～3：1 的丙酮-水混合溶液溶解的5～10g的白色固体B，滴加完成后在 50～100℃条件下搅拌反应8～15h。反应完成后减压蒸馏除去溶剂，加入50～200g乙醇，过滤除去杂质，得到无色透明液体，减压除去乙醇，即得到双子型表面活性剂。
(2)纳米SiO2表面疏水改性
称取0.01～2g纳米SiO2置于三口瓶中，搅拌，加热至一定温度 (50℃～80℃)，并恒温10min～20min。称取0.1～50g乙醇置于三口瓶中，配制成纳米二氧化硅质量分数为4.8wt％的乳液，继续搅拌分散 10min后，一次性加入全部二甲基二氯硅烷(SiO2与二甲基二氯硅烷摩尔比为1:18～2:1)，而后缓慢滴加0.1～50g的改性助剂水。反应 18～24h后，将悬浮液用无水乙醇离心洗涤3～4次，经干燥至恒重即得产物。
(3)矿化水的配制
取5～15g氯化钾，0.001～0.5g硫酸钠，0.001～0.5g碳酸氢钠，15～50g 氯化钠，15～50g氯化钙，0.001～1g氯化镁溶解到1L去离子水中，搅拌10～60分钟，混合均匀，保证完全溶解，得到配制泡沫剂所需的矿化水；
(4)适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系的制备
向所配制的矿化水中加入0.01～0.30wt％的双子型表面活性剂，搅拌50～150分钟，混合均匀，再加入0.10％～0.50wt％的疏水改性纳米 SiO2颗粒，搅拌10～60分钟，混合均匀，完成泡沫剂体系的制备。
实施例7：
配制矿化度为10000mg/L的氯化钠矿化水，搅拌20分钟，使之完全溶解；向配置好的矿化水中加入0.01wt％双子型表面活性剂，搅拌100分钟，混合均匀，再加入1％疏水改性纳米SiO2颗粒，搅拌20 分钟，混合均匀，获得混合溶液；在10000rpm下高速搅拌起泡，所得泡沫体积可达6.5倍，其常温常压下泡沫半衰期为44分钟。
实施例8：
本实施例提供了一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系，配置矿化度50000mg/L的氯化钠矿化水，搅拌40分钟，混合均匀，保证完全溶解；向所配制的矿化水中加入0.015wt％双子型表面活性剂，搅拌120分钟，混合均匀，再加入0.1wt％疏水改性纳米SiO2颗粒，搅拌30分钟，混合均匀，在10000rpm下高速搅拌起泡，所得泡沫体积可达64.2倍，其6MPa、75℃下泡沫半衰期为34.5分钟。
实施例9：
本实施例提供了一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系，配置总矿化度80000mg/L的矿化水，矿化水中包括71000mg/L氯化钠矿化水、4000mg/L氯化钙矿化水、500mg/L碳酸氢钠矿化水、 4500mg/L氯化钡矿化水，搅拌40分钟，混合均匀，保证完全溶解；向所配制的矿化水中加入0.09wt％双子型表面活性剂，搅拌120分钟，混合均匀，再加入0.5wt％疏水改性纳米SiO2颗粒，搅拌30分钟，混合均匀，在10000rpm下高速搅拌起泡，所得泡沫体积可达7.3倍，其8MPa、80℃下泡沫半衰期为52.8分钟。
实施例10：
本实施例提供了一种常用的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠 (SDS)与纳米二氧化硅复配体系。
配制矿化度为60000mg/L的氯化钠矿化水，搅拌20分钟，使之完全溶解；向配置好的矿化水中加入0.1wt％SDS，搅拌100分钟，混合均匀，再加入1％疏水改性纳米SiO2颗粒，搅拌20分钟，混合均匀，获得混合溶液；在10000rpm下高速搅拌起泡，所得泡沫体积可达5.8倍，其常温常压下泡沫半衰期为15.5分钟。
对比实施例7-10可知，本发明的这种泡沫剂体系在高温下仍具有较良好的稳定性，推动了CO2泡沫的驱油项目工作的开展，具有良好的应用前景。
本发明所涉及的十二烷基醇聚氧乙烯醚、三氯甲烷、氯化亚砜、乙二胺、碳酸钾、丙酮、乙醇、2-溴乙基磺酸钠、纳米SiO2等均为油田行业常用试剂，均可在市场上购买。
以上举例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系，其特征在于：按重量百分比计，由以下组分混合得到：
双子型表面活性剂：0.01~0.30wt%；
疏水改性纳米SiO2：0.10%~0.50wt%；
矿化水：99.89~99.20wt%；
所述双子型表面活性剂由黄色晶体A和白色固体B按质量比（4~10）：1的比例配制而成；
所述黄色晶体A由十二烷基醇聚氧乙烯醚、三氯甲烷、氯化亚砜按质量比（1~5）：（1~5）：1的配比配制而成；
所述白色固体B由乙二胺、碳酸钾、溶剂及2-溴乙基磺酸钠按质量比1：（1~5）：（50~55）:（5~10）的配比配制而成。
2.如权利要求1所述的一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系，其特征在于：所述十二烷基醇聚氧乙烯醚的分子量为318.56~537.92。
3.如权利要求1所述的一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系，其特征在于：所述疏水改性纳米SiO2的粒径为10~100nm，改性程度范围为：30.2%~76.4%。
4.如权利要求1所述的一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系，其特征在于：所述矿化水的矿化度为10000~80000mg/L。
5.一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系的制备方法，至少包括权利要求1-4任意一项所述的适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系，其特征在于，包括以下步骤：
S1.双子型表面活性剂的合成，
取配方量的黄色晶体A和配方量的碳酸钾置于烧瓶或烧杯中，以体积比（1~3）：1的丙酮-水混合溶液作为溶剂，搅拌溶解后升温至50~100℃，缓慢滴加由30mL体积比（1~3）：1的丙酮-水混合溶液溶解的配方量的白色固体B，滴加完成后在50~100℃条件下搅拌反应8~15h，反应完成后减压蒸馏除去溶剂，加入50~200g乙醇，过滤除去杂质，得到无色透明液体，减压除去乙醇，即得到双子型表面活性剂；
S2.纳米SiO2表面疏水改性
称取0.01~2g纳米SiO2置于烧瓶或烧杯中，搅拌，加热至50℃~80℃，并恒温10min~20min，称取0.1~50g乙醇置于烧瓶中，配制成4.8wt%的纳米SiO2乳液，继续搅拌分散10min后，一次性加入0.18~36g改性剂二甲基二氯硅烷，而后缓慢滴加0.1~50g的改性助剂水，反应18~24h后，将所得悬浮液用无水乙醇离心洗涤3～4次，经干燥至恒重即得疏水改性纳米SiO2；
S3.矿化水的配制
取5~15g氯化钾，0.001~0.5g硫酸钠，0.001~0.5g碳酸氢钠，15~50g氯化钠，15~50g氯化钙和0.001~1g氯化镁溶解到1L去离子水中，搅拌10~60分钟，混合均匀，完全溶解后得到配制泡沫剂体系所需的99.89~99.20wt%的矿化水；
S4.适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系的制备
向步骤S3所配制的99.89~99.20wt%的矿化水中加入0.01~0.30wt%步骤S1所配制的双子型表面活性剂，搅拌50~150分钟，混合均匀，再加入0.10%~0.50wt%步骤S2所配制的疏水改性纳米SiO2，搅拌10~60分钟，混合均匀，即得所述适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系。
6.如权利要求5所述的一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中黄色晶体A的制备方法为：取配方量的十二烷基醇聚氧乙烯醚于烧瓶中，加入配方量的三氯甲烷作为溶剂，升温至35~60℃，缓慢滴加配方量的氯化亚砜，反应1~5h，减压蒸馏即得黄色晶体A。
7.如权利要求5所述的一种适用于高温高盐油藏的CO2泡沫剂体系的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中白色固体B的制备方法为：取配方量的乙二胺、碳酸钾置于烧瓶中，以30~60mL体积比（1~3）：1的丙酮-水混合溶液作为溶剂并加入30mL体积比（1~3）：1的乙醇-水混合液溶解，搅拌溶解后升温至30~60℃，缓慢滴加由30mL体积比（1~3）：1的丙酮-水混合溶液溶解的配方量的2-溴乙基磺酸钠，在30~60℃的条件下反应5-20h，停止反应，减压蒸馏即得白色固体B。
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| CN201811010426.XA CN109321225B (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 一种适用于高温高盐油藏的co2泡沫剂体系及其制备方法 |
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