CN115772395A - 一种基于阴阳离子对表活剂的纳米乳液驱油剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的纳米乳液驱油剂具有粒径小、比表面积大、表面活性强、耐温抗盐能力好、吸附损耗低、色谱分离现象弱等优点，既能实现在中低渗透油藏的有效注入，同时也能增强在油水界面的作用效果，提高驱油效率。采用本发明的技术方案，在纳米乳液驱油剂用量为0.1wt%的条件下，在钙离子含量4000mg/L的饱和盐水中，经过120℃老化72h后，仍能与地下原油形成10‑3～10‑4mN/m的超低界面张力，提高采收率可达16％以上，最高可达26.7%。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于阴阳离子对表活剂的纳米乳液驱油剂及其应用。
背景技术
随着世界能源需求的不断增加，石油的有效开发利用已引起人们的极大重视，对石油的开采效率的要求也越来越高。利用三次采油技术提高油藏的采收率已成为石油开采研究的重大课题。
目前化学驱技术已经在中外进行了一些矿场试验，却得了良好的驱油效果，但是也存在着一些问题。目前的化学驱技术主要用于渗透率高、孔喉半径大的中高渗油藏，在中低渗油藏几乎没有应用，这主要是由于中低渗油藏地质上有渗透率低、孔喉半径小的特点，因此在现场存在注入效率低的难题，这一难题也限制了传统的化学驱的应用，导致中低渗透油藏动用程度和开发效果严重偏低。
同时，由于单一的表面活性剂界面张力性能有限，通常需要将不同种类的表面活性剂复配使用，从而获得较低的油水界面张力。但在实际的现场应用过程中，这种表面活性剂组合物会在储层孔道中发生色谱分析现场，影响现场驱油效果。
本发明提供一种基于阴阳离子对表活剂的纳米乳液驱油剂，其具有以下技术优势：首先，其具有的小尺寸效应，使其容易注入地层，特别是低孔低渗地层；其次，其具有大的比表面积，使其能够增强与地层油水界面的相互作用，提高驱油效果；第三，其主要组成为阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂组成，阴阳离子表面活性剂混合体系高表面活性、强耐温抗盐能力、低吸附损耗等优点；第四，其主要组成的阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂具有相似的分子结构，有利于降低甚至避免不同组分在地层孔道中的色谱分离现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是中低渗油藏开发困难的难题，提供一种基于阴阳离子对表活剂的纳米乳液驱油剂。
本发明提供的驱油剂是一种纳米乳液，粒径小、比表面积大，粒径小于100nm，低的粒径有利于其实现在中低渗透油藏的有效注入，同时大的比较面积有助于增强其在油水界面上的作用，有利于提高驱油效果。该纳米乳液驱油剂的主要组成为结构类似的阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂的组合物，一方面阴阳离子表面活性剂混合体系高表面活性、强耐温抗盐能力、低吸附损耗的优点；另一方面阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂具有相似的分子结构，有利于降低甚至避免不同组分在地层孔道中的色谱分离现象，能够强化其在储层中的驱油效果。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种基于阴阳离子对表活剂的纳米乳液驱油剂，其特征在于：该纳米乳液是由表面活性剂组合物、分散相、低碳醇和水组成，其中表面活性剂组合物是由结构相似的阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂组成，阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂是由相同的前驱体制备而成，该前驱体的结构中至少含有烷基、苯环、聚醚链段以及羟基。
所述纳米乳液各组成部分的质量百分比如下：分散相0.01%-10%、表面活性剂组合物25%-60%、低碳醇0.1%-20%，其余为水。
所述的纳米乳液的平均粒径小于100nm。
所述分散相为己烷、庚烷、辛烷、癸烷、正十二烷、正十四烷、正十六烷、液体石蜡、白油、煤油、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、磷酸二丁酯、磷酸三丁酯、磷酸三异丁基酯、磷酸三辛酯、磷酸二辛酯中的一种或多种的组合。
所述的表面活性剂组合物中阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂的物质的量比为1:0.1~1:10。
所述的前驱体的结构式为：
其中R1选自C8-C14的烷基、烯基中的至少一种；R2为C2或C3的一种，n为2-15。
所述的阴离子表面活性剂是由前驱体经羧化反应制得，其结构式为：
其中R1选自C8-C14的烷基、烯基中的至少一种；R2为C2或C3的一种，n为2-15。
所述的阳离子表活剂制备工艺如下：前驱体在镍系催化剂作用下，与氢气和二甲胺经过高温高压临氢胺化制得中间体，中间体的结构为：
其中R1选自C8-C14的烷基、烯基中的至少一种；R2为C2或C3的一种，n为2-15。
再将中间体进行季胺化反应制得阳离子表活剂，其结构式为：
其中R1选自C8-C14的烷基、烯基中的至少一种；R2为C2或C3的一种，R3为甲基或苄基的一种；n为2-15；X为卤素。
所述的C1-C4低碳醇为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇。
本发明还提供中低渗透油藏的驱油方法，包括将所述的纳米乳液注入中低渗透油藏进行驱油。
上述技术方案中任一项所述岩心渗透率范围为0.01～50mD。
本发明提供的纳米乳液驱油剂粒径小、比表面积大，既能实现在中低渗透油藏的有效注入，同时也能增强在油水界面的作用效果，提高驱油效率。本发明提供的纳米乳液驱油剂主要组成为结构类似的阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂的组合物，一方面阴阳离子表面活性剂混合体系高表面活性、强耐温抗盐能力、低吸附损耗的优点；另一方面阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂具有相似的分子结构，有利于降低甚至避免不同组分在地层孔道中的色谱分离现象，能够强化其在储层中的驱油效果。
采用本发明的技术方案，在纳米乳液驱油剂用量为0.1wt%的条件下，在钙离子含量4000mg/L的饱和盐水中，经过120℃老化72h后，仍能与地下原油形成10-3～10-4mN/m的超低界面张力，提高采收率可达16％以上，最高可达26.7%。
具体实施方式
实施例1
1. 纳米乳液的制备
（1）选用前驱体的结构式为：
其中R1选自C8的烷基；R2为C3的烷基；n为6。
（2）将前驱体进行临氢胺化和季胺化反应，得到阳离子表面活性剂，其结构为
其中R1选自C8的烷基；R2为C3的烷基；R3为甲基；n为6；X为Cl。
（3）将前驱体进行羧化反应，得到阴离子表面活性剂，其结构为：
其中R1选自C8的烷基；R2为C3的烷基； n为6。
（4）将步骤（2）和（3）中制备的阴离子和阳离子表面活性剂按物质的量比1:0.1复配混合均匀，即得到表面活性剂组合物。
（5）按质量百分比将50%的表面活性剂组合物、10%的正丁醇、5%的磷酸三丁酯、其余为水混合搅拌，制得纳米乳液驱油剂。
2. 纳米乳液驱油剂性能评价
（1）粒径分布测试
采用美国布鲁克海文仪器公司的ZetaPlus测定纳米乳液的液滴平均粒径，结果见表1。
（2）界面张力评价
采用钙离子含量4000mg/L的饱和盐水作为模拟盐水，将纳米乳液配制成浓度为0.1%的溶液。 采用TX-500C旋转滴界面张力仪，在85℃下，转速为3000 转/分条件下，测定上述0.1％浓度的纳米乳液模拟盐水溶液与脱水原油之间的界面张力，再将上述纳米乳液模拟盐水溶液装入老化釜中，在120℃下老化72h，再次在85℃下，转速为3000 转/分条件下，测试与脱水原油之间的界面张力，结果见表1。
（3）模拟驱油实验
岩心驱替试验在长度为30cm，直径为2.5cm的人工岩心上进行，驱替试验温度为90℃，先用上述模拟盐水驱替至含水98%，再注入0.5PV的浓度为0.1%的纳米乳液模拟盐水溶液，再驱至含水98%，计算采收率，测试结果如表1所示。
实施例2
1. 纳米乳液制备
试验步骤同实施1，区别在于：步骤（4）中阴离子和阳离子表面活性剂按物质的量比1:0.4；步骤（5）中纳米乳液组成为60%的表面活性剂组合物、20%的异丙醇、10%的乙酸丁酯、其余为水。
2. 纳米乳液性能评价
性能评价方法同实施例1。为便于比较，将评价结果列于表1。
实施例3
1. 纳米乳液制备
试验步骤同实施1，区别在于：步骤（4）中阴离子和阳离子表面活性剂按物质的量比1: 10；步骤（5）中纳米乳液组成为25%的表面活性剂组合物、3%的乙醇、0.5%的白油、其余为水。
2. 纳米乳液制备性能评价
性能评价方法同实施例1。为便于比较，将评价结果列于表1。
实施例4
1. 纳米乳液制备
试验步骤同实施1，区别在于：（1）前驱体的结构式为：
其中R1选自C14的烷基；R2为C2的烷基；n为15。
（2）纳米乳液组成为40%的表面活性剂组合物、15%的甲醇、2%的己烷、其余为水。
2. 纳米乳液性能评价
性能评价方法同实施例1。为便于比较，将评价结果列于表1。
实施例5
1. 纳米乳液制备制备
试验步骤同实施1，区别在于：（1）前驱体的结构式为：
其中R1选自C12的烷基；R2为C2的烷基；n为2。
（2）纳米乳液组成为30%的表面活性剂组合物、5%的正丁醇、0.1%的磷酸三丁酯、其余为水。
2. 纳米乳液制备性能评价
性能评价方法同实施例1。为便于比较，将评价结果列于表1。
实施例6
1. 纳米乳液制备
试验步骤同实施1，区别在于：（1）前驱体的结构式为：
其中R1选自C10的烷基；R2为C3的烷基；n为12。
（2）纳米乳液组成为35%的表面活性剂组合物、8%的正丁醇、1%的磷酸三丁酯、其余为水。
2. 纳米乳液性能评价
性能评价方法同实施例1。为便于比较，将评价结果列于表1。
实施例7
1. 纳米乳液制备
试验步骤同实施1，区别在于制得的阳离子表面活性剂结构中的X为Br。
2. 纳米乳液性能评价
性能评价方法同实施例1。为便于比较，将评价结果列于表1。
比较例1
用实施例1中制得的阴离子表面活性剂单独替代表面活性剂组合物制备纳米乳液，进行界面张力、模拟驱油性能评价，将评价结果列于表1。
比较例2
用实施例1中制得的阳离子表面活性剂单独替代表面活性剂组合物制备纳米乳液，进行界面张力、模拟驱油性能评价，将评价结果列于表1。
比较例3
用实施例1中制得的表面活性剂组合物进行界面张力、模拟驱油性能评价，将评价结果列于表1。
表1 实施例和比较例性能评价结果
Claims (10)
1.一种基于阴阳离子对表活剂的纳米乳液驱油剂，其特征在于：该纳米乳液驱油剂是由表面活性剂组合物、分散相、低碳醇和水组成，其中表面活性剂组合物是由结构相似的阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂组成，阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂是由相同的前驱体制备而成，该前驱体的结构中至少含有烷基、苯环、聚醚链段以及羟基。
2.如权利要求1所述的纳米乳液驱油剂，其特征在于：所述纳米乳液驱油剂各组成部分的质量百分比如下：
分散相 0.01%-10%
表面活性剂组合物 25%-60%
低碳醇 0.1%-20%
其余为水。
3.如权利要求1或2所述的纳米乳液驱油剂，其特征在于：所述纳米乳液驱油剂的平均粒径小于100nm。
4.如权利要求1或2所述的纳米乳液驱油剂，其特征在于：所述分散相为己烷、庚烷、辛烷、癸烷、正十二烷、正十四烷、正十六烷、液体石蜡、白油、煤油、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、磷酸二丁酯、磷酸三丁酯、磷酸三异丁基酯、磷酸三辛酯、磷酸二辛酯中的一种或多种的组合。
5.如权利要求1或2所述的纳米乳液驱油剂，其特征在于：所述的表面活性剂组合物中阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂的物质的量比为1:0.1~1:10。
6.如权利要求1所述的纳米乳液驱油剂，其特征在于：所述的前驱体的结构式为：
其中R1选自C8-C14的烷基、烯基中的至少一种；R2为C2或C3的一种，n为2-15。
7.如权利要求1所述的纳米乳液驱油剂，其特征在于：所述的阴离子表面活性剂是由前驱体经羧化反应制得，其结构式为：
其中R1选自C8-C14的烷基、烯基中的至少一种；R2为C2或C3的一种，n为2-15。
8.如权利要求1所述的纳米乳液驱油剂，其特征在于：所述的阳离子表活剂制备方法如下：前驱体在镍系催化剂作用下，与氢气和二甲胺经过高温高压临氢胺化制得中间体，中间体的结构为：
其中R1选自C8-C14的烷基、烯基中的至少一种；R2为C2或C3的一种，n为2-15；
再将中间体进行季胺化反应制得阳离子表活剂，其结构式为：
其中R1选自C8-C14的烷基、烯基中的至少一种；R2为C2或C3的一种，R3为甲基或苄基的一种；n为2-15；X为卤素。
9.如权利要求1或2所述的纳米乳液驱油剂，其特征在于：所述低碳醇为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇。
10.一种中低渗透油藏的驱油方法，其特征是将包括权利要求1-9中任一项所述纳米乳液驱油剂注入中低渗透油藏进行驱油，所述的中低渗透油藏的渗透率为0.01-50mD。
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