CN112852398A - 一种海上稠油蒸汽驱用高温泡沫调驱剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上稠油蒸汽驱用高温泡沫调驱剂及其应用。所述高温泡沫调驱剂的质量百分比组成如下：起泡剂0.5％～1％；纳米颗粒稳泡剂1％～2％、界面增效剂0.01％～0.05％；余量为水；起泡剂为阴离子型表面活性剂与阴‑非离子型表面活性剂质量比为1～3：1的复配物；阴离子型表面活性剂为长碳链α‑烯烃磺酸钠，其碳链长度为20～24；阴‑非离子型表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠。所述高温泡沫调驱体系在300～350℃下具有较好稳定性，且阻力因子可达35以上，可以用于蒸汽驱伴注，能够有效解决蒸汽超覆和蒸汽汽窜问题，可大幅度提高海上稠油蒸汽驱的波及效率和驱替效率，从而改善稠油蒸汽驱热采的开发效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上稠油蒸汽驱用高温泡沫调驱剂及其应用，属于油田化学技术领域。
背景技术
注蒸汽热采是目前开采稠油的主要方式，当稠油热采区块进入多轮次吞吐阶段后，转蒸汽驱时，由于地层的非均质性、流度比差异及蒸汽超覆等因素的影响造成周期产油量减少，油汽比降低、含水率升高、经济效益变差。蒸汽超覆和蒸汽汽窜是导致蒸汽纵向和横向波及效率低的主要原因。国内外研究和实践表明，耐高温泡沫调驱剂可以有效解决蒸汽超覆和蒸汽汽窜问题，利用蒸汽洗油效率高的特点，伴蒸汽注入氮气和泡沫剂可有效提高蒸汽的波及效率和驱替效率，从而改善稠油蒸汽热采的开发效果。
满足于海上稠油蒸汽驱伴注要求的泡沫剂需要耐受300℃～350℃温度，同时要保持良好的泡沫性能，而一般的泡沫剂不能满足耐高温性能的要求。中国专利CN107903886A公开一种耐高温辅助蒸汽驱用泡沫剂，该泡沫剂中的稳泡剂聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和烷基醇酰胺难以耐受300℃以上高温，且使用浓度较高，不适合用于蒸汽驱伴注要求。因此，需要提供一种可以应用于海上稠油蒸汽驱伴注的高温泡沫调驱体系，以改善海上稠油油藏蒸汽驱开发效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种海上稠油蒸汽驱用高温泡沫调驱剂，所述高温泡沫调驱体系在300～350℃下具有较好稳定性，且阻力因子可达35以上，可以用于蒸汽驱伴注，能够有效解决蒸汽超覆和蒸汽汽窜问题，可大幅度提高海上稠油蒸汽驱的波及效率和驱替效率，从而改善稠油蒸汽驱热采的开发效果。
本发明所提供的海上稠油蒸汽驱用高温泡沫调驱剂，其质量百分比组成如下：
起泡剂0.5％～1％；纳米颗粒稳泡剂1％～2％、界面增效剂0.01％～0.05％；余量为水。
所述海上稠油蒸汽驱用高温泡沫调驱剂的质量百分比组成具体为下述1)-5)中任一种：
1)起泡剂0.5％～1％；纳米颗粒稳泡剂1％～2％、界面增效剂0.05％；余量为水；
2)起泡剂0.5％～0.8％；纳米颗粒稳泡剂1％～1.5％、界面增效剂0.05％；余量为水；
3)起泡剂0.5％；纳米颗粒稳泡剂1％、界面增效剂0.05％；余量为水；
4)起泡剂0.8％；纳米颗粒稳泡剂1.5％、界面增效剂0.05％；余量为水；
5)起泡剂1％；纳米颗粒稳泡剂2％、界面增效剂0.05％；余量为水。
上述的泡沫调驱剂中，所述起泡剂可为阴离子型表面活性剂与阴-非离子型表面活性剂质量比为1～3：1的复配物，优选为1：1、2：1或3：1；
所述阴离子型表面活性剂可为长碳链α-烯烃磺酸钠(C20～C24)；
所述阴-非离子型表面活性剂可为壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠，其分子式如式(1)所示；
式(2)中，n为10～20中的任一整数，优选为10～15、10～20、15～20、10、15或20。
上述的泡沫调驱剂中，所述纳米颗粒稳泡剂为纳米改性膨润土，粒径为100～300nm。
上述的泡沫调驱剂中，所述界面增效剂可为偏硼酸钠、碳酸钠和碳酸氢钠中至少一种。
本发明还提供了所述泡沫调驱剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、配制所述纳米颗粒稳泡剂的悬浮液；
S2、将所述起泡剂和所述界面增效剂加入至所述悬浮液中，经搅拌分散，即得所述泡沫调驱剂。
上述的制备方法中，步骤S1中，将所述纳米颗粒稳泡剂加入至水中后，在1500～2000r/min的条件下搅拌1～2h，然后静置8～12h。
上述的制备方法中，步骤S2中，在100～200r/min的搅拌条件下，加入所述起泡剂和所述界面增效剂，搅拌分散10～30min得到所述泡沫调驱剂。
本发明海上稠油高温泡沫调驱体系采用耐温阴离子型表面活性剂和阴-非离子型表面活剂的复配体系作为起泡剂，阴离子型表面活性剂和阴-非离子型表面活剂的复配体系在气液界面的紧密排布形成致密界面膜，使得该起泡剂溶液不但具有较好的起泡能力和泡沫稳定性，同时加入的界面增效剂和复配表面活性剂产生协同作用，可将油水界面张力降低到10-2mN·m-1数量级，因此该高温泡沫调驱剂具有较好的调堵和驱油能力，进而可以大幅度提高蒸汽泡沫驱的采收率。
本发明海上稠油高温泡沫调驱体系采用无机纳米改性膨润土作为稳泡剂，既可以吸附在气液界面上强化气液界面膜强度，又可以在水相中形成三维网络结构，提高泡沫体系液膜粘度，从而可以大幅度提高泡沫的稳定性和调驱能力。同时纳米改性膨润土作为无机材料，具有耐温性基本不受温度影响，可以适应于不同稠油油藏蒸汽驱伴注要求。
本发明海上稠油高温泡沫调驱体系具有剪切稀释性，在注入的过程中，受到高剪切速率的影响，导致体系黏度的降低，利于注入，但在注入地层后其体系黏度可以恢复，同时依靠泡沫的贾敏效应，从而可大幅度提高蒸汽的波及系数。本发明的泡沫调驱剂克服了聚合物类作为稳泡剂在注入过程中的注入压力过高、受剪切作用黏度降低、受高温易降解等问题。
本发明海上稠油高温泡沫调驱体系具有较好的起泡能力和极高泡沫稳定性，可大幅度提高蒸汽驱采收率。在室温25℃条件用Waring Blender搅拌法实验测得该泡沫调驱体系的起泡体积可达700mL、析液半衰期为132min，泡沫半衰期大于30h，320℃温度下老化72h后起泡体积可达610mL，析液半衰期为93min，泡沫半衰期大于26h。采用渗透率约为3000×10-3μm2的砂岩岩心，可以在蒸汽驱的基础上提高采收率20％以上，是一种高效的稠油蒸汽驱用调驱体系。
具体实施方式
下述实施例中所使用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材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、
原料的质量百分比组成如下：
起泡剂1.0％、纳米改性膨润土(粒径为100～300nm)2％、偏硼酸钠0.05％，水96.95％；
其中，起泡剂为长碳链α-烯烃磺酸钠(C20～C24)和壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠APEC-10(式(1)中，n＝10)按质量比3：1的复配物。
按照下述步骤进行制备：
(1)称取2g纳米改性膨润土，在500r/min搅拌条件下缓慢加入96.95g水中，提高转速2000r/min搅拌2h，使纳米改性膨润土充分膨胀分散，形成均质悬浮体溶液，放置10h备用。
(2)将1.0g起泡剂和0.05g偏硼酸钠加入步骤(1)所得的纳米改性膨润土颗粒悬浮体溶液中，继续以100r/min的搅拌速率搅拌30min，即可得到高温泡沫调驱剂。
实施例2、
原料的质量百分比组成如下：
起泡剂0.8％、纳米改性膨润土(粒径为100～300nm)1.5％、碳酸钠0.05％，水97.65％；
其中，起泡剂为长碳链α-烯烃磺酸钠(C20～C24)和壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠APEC-15(式(1)中，n＝15)按质量比2：1的复配物。
按照下述步骤进行制备：
(1)称取1.5g纳米改性膨润土，在500r/min搅拌条件下缓慢加入97.65g水中，提高转速1500r/min搅拌2h，使纳米改性膨润土充分膨胀分散，形成均质悬浮体溶液，放置12h备用。
(2)将0.8g起泡剂和0.05g碳酸钠加入步骤(1)所得的纳米改性膨润土颗粒悬浮体溶液中，继续以150r/min的搅拌速率搅拌20min，即可得到高温泡沫调驱剂。
实施例3、
原料的质量百分比组成如下：
起泡剂0.5％、纳米改性膨润土(粒径为100～300nm)1.0％、碳酸氢钠0.05％，水98.45％；
其中，起泡剂为长碳链α-烯烃磺酸钠(C20～C24)和壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠APEC-20(式(1)中，n＝20)按质量比1:1的复配物。
按照下述步骤进行制备：
(1)称取1.0g纳米改性膨润土，在500r/min搅拌条件下缓慢加入98.45g水中，提高转速1800r/min搅拌2h，使纳米改性膨润土充分膨胀分散，形成均质悬浮体溶液，放置8h备用。
(2)将0.5g起泡剂和0.05g碳酸氢钠加入步骤(1)所得的纳米改性膨润土颗粒悬浮体溶液中，继续以200r/min的搅拌速率搅拌10min，即可得到高温泡沫调驱剂。
对比例1、
起泡剂为1.0％的十二烷基苯磺酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠APEC-15按质量比3：1的复配物，其余配方与实施例1相同，按照实施例1的方法制备得到泡沫调驱剂。
对比例2、
起泡剂为1.0％的长碳链α-烯烃磺酸钠(C20～C24)和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES按质量比3：1的复配物，其余配方与实施例1相同，按照实施例1的方法制备得到泡沫调驱剂。
对比例3、
起泡剂为1.0％的长碳链α-烯烃磺酸钠(C20～C24)和壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠APEC-15按质量比3：1的复配物，纳米改性膨润土(粒径为100～300nm)2％、水97％；按照实施例1的方法制备得到泡沫调驱剂。
实施例4、泡沫调驱剂的泡沫性能及高温稳定性
(一)实验样品：实施例1-3制备的泡沫调驱剂。
(1)采用Waring Blender搅拌法对泡沫体系起泡性能和稳泡性能进行评价，实验具体步骤如下：配制200mL一定浓度的化学药剂溶液。取100mL配好溶液倒入搅拌器中，以3000r/min的转速旋转60s，形成均匀稳定的泡沫，将产生的泡沫迅速倒入1000mL量筒中，记录产生泡沫的体积，然后记录泡沫析出液量一半和泡沫体积衰减一半所需要的时间，记录析液半衰期和泡沫半衰期。其结果如表1所示。
(2)高温老化实验：将一定浓度化学剂溶液放入安瓿瓶中，封口后放入高温罐中，放置在320℃高温烘箱中热处理72h，将热处理后的化学剂采用Waring Blender法测定起泡体积、析液半衰期和泡沫半衰期。其结果如表1所示。
表1实施例1-3和对比例所制备的体系的泡沫性能及高温稳定性
从表1中的数据可以看出，对比例1采用十二烷基苯磺酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠为起泡剂，虽然热处理后起泡性能变化不大，但是起泡能力明显不如本发明的长碳链α-烯烃磺酸钠复配表面活性剂起泡体系。而对比例2采用长碳链α-烯烃磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES为起泡剂，室温条件下该体系起泡性能较好，但是热处理后起泡性能大幅度降低，说明脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES耐温较差。而本发明采用长碳链α-烯烃磺酸钠阴离子表面活性剂和壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠阴-非离子表面活剂的复配体系作为起泡剂，阴离子型表面活性剂和阴-非离子型表面活剂的复配体系在气液界面的紧密排布形成致密界面膜，从而使得起泡体系具有较好的起泡性能。同时采用无机纳米改性膨润土作为稳泡剂，耐温性基本不受温度影响，同时进一步强化气液界面膜强度，可以显著提高泡沫液膜黏度，从而大幅度降低泡沫液膜的排液速度，从而大大提高了泡沫体系在高温条件下稳泡性能，满足不同温度稠油油藏蒸汽驱调驱要求。
实施例5、泡沫调驱剂的封堵和驱油性能
以实施例1-3制备的高温泡沫调驱体系及对比例1和2为研究对象，考察本发明所提供的高温泡沫调驱体系的调驱能力。采用内径为25mm、长度为300mm、渗透率为3.00μm2左右填砂管模型进行泡沫的封堵和驱油性能评价。
封堵性能评价实验流程如下：(1)首先将填砂管饱和水，测定岩心水相渗透率；(2)按气液比1:1同时向岩心中注入氮气和蒸汽。当岩心两端的压差达到平稳时，记录此时岩心两端的压差作为基础压差。(3)按同样气液比1：1同时向岩心中注入氮气和高温泡沫体系。当岩心两端的压差达到平稳时，记录此时岩心两端的压差作为工作压差。最后按照公式：Fr＝工作压差/基础压差，计算泡沫体系的阻力因子。
实验采用的稠油黏度在50℃条件下为5862mPa·s，驱油性能评价实验流程如下：(1)向填砂管饱和水后，测定平衡压力后，根据达西公式计算渗透率；(2)饱和原油后在50℃下老化24h；(3)注入320℃蒸汽，当含水率达98％后停止驱替，计算蒸汽驱采收率；(4)注入0.5PV高温泡沫体系；(5)再次注入320℃进行后续蒸汽驱，当采出液的含水率大于98％时结束驱替，计算最终采收率。其结果如表2所示。整个驱替全程记录产油量和产水量，由此计算不同阶段的采收率。驱替过程中回压设置为10.0MPa、温度为320℃，注入气液比为1：1，注入速度为2.0ml/min。
实验结果如表2所示。
表2实施例1-3和对比例1-3所制备的泡沫调驱剂的性能及驱油效果
由表2中的数据可以看出，对比例3采用起泡剂为长碳链α-烯烃磺酸钠(C20～C24)和壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠APEC-15按质量比3:1的复配物，稳泡剂为纳米改性膨润土。虽然对比例3形成的泡沫调驱剂具有较好封堵性能，但是由于没有加入界面增效剂，导致油水界面张力无法降低到10-2mN·m-1数量级，因此采收率增值率小于本发明的泡沫调驱体系。本发明提供的海上稠油高温泡沫体系在高温起泡能力强且稳定时间长，阻力因子可达35以上，因此具有非常好的高温封堵性能，可以有效防止蒸汽超覆和汽窜问题，提高蒸汽驱的纵向和横向波及效率。同时，该泡沫体系可将油水界面张力降低到10-2mN·m-1数量级，驱油能力强，室内实验结果表明可以在蒸汽驱基础上再提高采收率幅度达20％以上，因此，本发明高温泡沫体系是一种高效的稠油蒸汽驱用调驱体系。
Claims (10)
1.一种海上稠油蒸汽驱用高温泡沫调驱剂，其质量百分比组成如下：
起泡剂0.5％～1％；纳米颗粒稳泡剂1％～2％、界面增效剂0.01％～0.05％；余量为水。
2.根据权利要求1所述的泡沫调驱剂，其特征在于：所述起泡剂为阴离子型表面活性剂与阴-非离子型表面活性剂质量比为1～3：1的复配物。
3.根据权利要求2所述的泡沫调驱剂，其特征在于：所述阴离子型表面活性剂为长碳链α-烯烃磺酸钠，其碳链长度为20～24。
4.根据权利要求2或3所述的泡沫调驱剂，其特征在于：所述阴-非离子型表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠，其分子式如式(1)所示；
式(1)中，n为10～20中的任一整数。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的泡沫调驱剂，其特征在于：所述纳米颗粒稳泡剂为纳米改性膨润土，粒径为100～300nm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的泡沫调驱剂，其特征在于：所述界面增效剂为偏硼酸钠、碳酸钠和碳酸氢钠中至少一种。
7.权利要求1-6中任一项所述泡沫调驱剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、配制所述纳米颗粒稳泡剂的悬浮液；
S2、将所述起泡剂和所述界面增效剂加入至所述悬浮液中，经搅拌分散，即得所述泡沫调驱剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，将所述纳米颗粒稳泡剂加入至水中后，在1500～2000r/min的条件下搅拌1～2h，然后静置8～12h。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中，在100～300r/min的搅拌条件下，加入所述起泡剂和所述界面增效剂，搅拌分散10～30min得到所述泡沫调驱剂。
10.权利要求1-6中任一项所述泡沫调驱剂在作为海上稠油油藏蒸汽驱用调驱剂的应用。
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