一种原位乳化型表面活性剂驱油体系及其应用

1.本发明属于石油开发技术领域，尤其涉及一种原位乳化型表面活性剂驱油体系及其应用。


背景技术：

2.低渗透油藏具有孔隙小、喉道细、结构复杂等特点，目前开采主要采用注水开发的方式，但随着注水开发时间的延长，油井出现了含水率高和产油量下降等现象导致低渗透油藏开采率下降，常规的化学驱油方式对提高低渗透油藏采收率的效果远不如中高渗透油藏。
3.现有技术针对大庆采油三厂低渗透油藏相继开展了聚驱、聚表剂驱、复合驱等研究和矿场试验，但效果均不明显，并且大多数聚丙烯酰胺驱油产品存在着流动性差的问题，导致在低渗透油藏中注入困难。一直以来，表面活性剂用于低渗透油藏开采较多，并且主要研究如何降低表面活性剂的界面张力，后来经研究发现，表面活性剂除了可以通过降低油水界面张力，提高洗油效率，乳化现象对提高采收率也有较大帮助，当采出液是w/o乳液，黏度大于原油的初始黏度，液滴在大孔隙中的堆积及贾敏效应可调整吸水剖面，改善流度比，并且对于不同渗透率的岩心，乳液也可以起到较好的封堵作用，从而对非均质地层进行改善，既具有驱油作用，也能起到调剖作用。因此，具有乳化性能的表面活性剂驱油技术在低渗透油藏化学驱油过程中越来越受到重视，蒲万芬发现表面活性剂可通过乳化作用扩大波及体积提高洗油效率，提高采收率(参见：蒲万芬,梅子来,杨洋,王铎,沈超,陈珮.高含水高温油藏w/o型乳化剂ob-2性能评价及驱油研究[j].油气藏评价与开发,2019,9(01):38-43.)。曹绪龙研究了特高温中低渗透油藏增粘乳液/低张力型驱油体系，矿场应用取得较好效果，原油由1.2t/d升至5.3t/d，试验区累计增油1.3万吨，当量吨増油27.5t/d(参见：曹绪龙,马宝东,张继超.特高温油藏增粘型乳液驱油体系的研制[j].油气地质与采收率,2016(1):7.)。
[0004]
中国专利申请cn112239663a公开了一种基于苯乙烯焦油的水包油乳状液驱油剂，其是加入苯乙烯焦油大幅度降低乳状液驱替前沿稠油的粘度，且需要加入纳米硼润土来显著提高乳状液体相黏度，大幅度提高水包油乳状液的稳定性和流度控制能力，但该专利申请中公开的水包油乳状液驱油剂却不适用于黏度较低的大庆采油三厂低渗透油藏原油的驱油；中国专利申请cn105086979a公开了一种用于低渗透油藏的乳化驱油剂，其是通过在单一的表面活性剂中结合更多的活性基团，使其具有复配表面活性剂的特性，但是该乳化驱油剂是需要合成的，合成过程繁琐，且其对低粘度原油的乳化能力较弱，其对低粘度原油的采收率有待进一步提高。目前针对大庆低渗透油藏的纯表面活性剂乳化驱油体系还未见报道。
[0005]
综上，非常有必要提供一种原位乳化型表面活性剂驱油体系及其应用，特别适用于低渗透油藏原油的采收。


技术实现要素：

[0006]
为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种原位乳化型表面活性剂驱油体系及其应用。
[0007]
本发明在第一方面提供了一种原位乳化型表面活性剂驱油体系，所述原位乳化型表面活性剂驱油体系包含复配表面活性剂和水；所述复配表面活性剂由脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与失水山梨醇脂肪酸酯复配而成，所述复配表面活性剂的hlb值为7.8～9.8；所述原位乳化型表面活性剂驱油体系中含有的所述复配表面活性剂的质量百分含量为0.2～1.0％。
[0008]
优选地，所述复配表面活性剂的hlb值为7.8、8.3、8.8、9.3或9.8。
[0009]
优选地，所述原位乳化型表面活性剂驱油体系中含有的所述复配表面活性剂的质量百分含量为0.6～1.0％。
[0010]
优选地，所述原位乳化型表面活性剂驱油体系的制备为：先将由脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与失水山梨醇脂肪酸酯进行复配，得到hlb值为7.8～9.8的复配表面活性剂，然后将所述复配表面活性剂加入水中并搅拌混合均匀，制得所述原位乳化型表面活性剂驱油体系。
[0011]
本发明在第二方面提供了本发明在第一方面所述的原位乳化型表面活性剂驱油体系在低渗透油藏中作为驱油剂的应用。
[0012]
优选地，所述低渗透油藏为大庆采油三厂低渗透油藏。
[0013]
优选地，所述大庆采油三厂低渗透油藏中含有的原油具有如下一个或多个性质：地层温度45℃、黏度36mpa
·
s、密度0.86g/cm3。
[0014]
优选地，当所述原位乳化型表面活性剂驱油体系中含有的所述复配表面活性剂的质量百分含量不小于0.6％时，所述复配表面活性剂能乳化低渗透油藏中的原油形成稳定的乳状液。
[0015]
优选地，当所述乳状液中的水相体积百分含量不大于30％时，所述复配表面活性剂能促使油水两相形成w/o型乳状液。
[0016]
优选地，形成的所述w/o型乳状液的黏度为132.47～327.3mpa
·
s；和/或所述原位乳化型表面活性剂驱油体系的黏度为0.7～1.4mpa
·
s。
[0017]
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0018]
(1)本发明中的原位乳化型表面活性剂驱油体系较传统的聚合物驱油剂相比具有流动性强和黏度低的优点，更易于注入到低渗透油藏中，所述原位乳化型表面活性剂驱油体系注入地下后通过地层的剪切作用可原位自发与原油发生乳化形成乳状液从而代替聚合物驱起到扩大波及体积、改善分流和提高乳化携带的效果，可以进一步携带出水驱之后未采出的残余油滴，从而大幅度提高低渗透油藏的采收率。
[0019]
(2)本发明中的原位乳化型表面活性剂驱油体系是以aes(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠)和span80(失水山梨醇脂肪酸酯)为主剂的，无需添加其它助剂的纯表面活性剂的驱油体系，乳化效果极佳；本发明发现，当包含的复配表面活性剂(也记作表面活性剂asd)的质量分数在0.2％-0.6％之间时，乳化原油形成的乳状液析水率随着表面活性剂asd质量分数的增大而迅速降低；本发明在研究过程中发现，当水相体积百分含量不大于30％时，表面活性剂asd可促使油水两相形成w/o型乳状液，黏度可达到132.47mpa
·
s以上，至少为原油自
身黏度的3.6倍，具有极强的乳化性能，且本发明中的原位乳化型表面活性剂驱油体系自身黏度低、流动性强，更易适用于低渗透油藏，特别有利于提高大庆采油三厂低渗透油藏原油的采收率。
附图说明
[0020]
图1是采用实施例1中的复配表面活性剂得到的原位乳化型表面活性剂驱油体系在与原油形成油水乳状液后，测得的油水乳状液在不同时间的析水率结果。
[0021]
图2是采用实施例2中的复配表面活性剂得到的原位乳化型表面活性剂驱油体系在与原油形成油水乳状液后，测得的油水乳状液在不同时间的析水率结果。
[0022]
图3是采用实施例3中的复配表面活性剂得到的原位乳化型表面活性剂驱油体系在与原油形成油水乳状液后，测得的油水乳状液在不同时间的析水率结果。
[0023]
图4是采用实施例4中的复配表面活性剂得到的原位乳化型表面活性剂驱油体系在与原油形成油水乳状液后，测得的油水乳状液在不同时间的析水率结果。
[0024]
图5是含有不同质量分数的aes/span80的原位乳化型表面活性剂驱油体系对乳状液在不同时间的析水率曲线图。
[0025]
图6是原位乳化型表面活性剂驱油体系中含有的aes/span80的质量分数对乳状液在24h的析水率的影响关系曲线图。
[0026]
图7是实施例7中考察的原位乳化型表面活性剂驱油体系中含有的复配表面活性剂的质量分数对乳状液黏度的影响结果图。
具体实施方式
[0027]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
本发明在第一方面提供了一种原位乳化型表面活性剂驱油体系，所述原位乳化型表面活性剂驱油体系(也简记为表面活性剂驱油体系)包含复配表面活性剂和水；所述复配表面活性剂由脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(aes)与失水山梨醇脂肪酸酯(span80)复配而成，所述复配表面活性剂的hlb值为7.8～9.8；所述原位乳化型表面活性剂驱油体系中含有的所述复配表面活性剂的质量百分含量为0.2～1.0％(例如0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1.0％)；在本发明中，也将所述复配表面活性剂记作表面活性剂asd或简记为aes/span80。
[0029]
虽然具有乳化性能的表面活性剂驱油技术在低渗透油藏化学驱油过程中越来越受到重视，本领域技术人员均知道表面活性剂可通过乳化作用扩大波及体积提高洗油效率，提高采收率，但能用于低渗透油藏的且无需添加其它助剂的纯表面活性剂的驱油体系却未见报道。而本发明是在众多表面活性剂种类中，创造性地仅采用aes(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠)和span80(失水山梨醇脂肪酸酯)形成复配表面活性剂，并将其与水混合形成了纯表面活性剂的驱油体系，即得到了本发明中无需添加其它助剂的所述的原位乳化型表面活性剂驱油体系，本发明意外发现，本发明所述的驱油体系是一种原位乳化型表面活性剂
驱油体系，其含有的所述表面活性剂asd相比其它种类的复配表面活性剂具有强乳化性能，具有显著提高低渗透油藏的采收率的作用，本发明所取得的这一技术效果，并不是任意采用其它表面活性剂种类进行组合可以预期或者得到的。
[0030]
本发明所述的原位乳化型表面活性剂驱油体系，乳化效果极佳；当包含的复配表面活性剂(也记作表面活性剂asd)的质量分数在0.2％-0.6％之间时，乳化原油形成的乳状液析水率随着表面活性剂asd质量分数的增大而迅速降低，且当包含的复配表面活性剂(也记作表面活性剂asd)的质量分数不小于0.6％时，能乳化原油形成稳定的乳状液，析水率最低为42％，当水相体积百分含量不大于30％时，表面活性剂asd可促使油水两相形成w/o型乳状液，乳状液的黏度随着质量分数的增加先升高后降低，在质量分数为0.8％时，乳状液黏度最大为327.3mpa
·
s；本发明中的表面活性剂asd具有强乳化性能，原位乳化型表面活性剂驱油体系注入地下后在地层的剪切作用下可与原油原位发生乳化，形成乳状液可以代替传统聚合物驱起到增大驱替相的波及体系、调整吸水剖面、改善流度比和提高采收率的作用，并且原位乳化型表面活性剂驱油体系自身黏度低，流动性强，与传统的聚合物驱相比具有易注入和耐剪切的优点，更易适用于低渗透油藏，特别是非常适用于粘度较低的大庆采油三厂低渗透油藏原油的采收。
[0031]
根据一些优选的实施方式，所述复配表面活性剂的hlb值为7.8、8.3、8.8、9.3或9.8。
[0032]
根据一些优选的实施方式，所述原位乳化型表面活性剂驱油体系中含有的所述复配表面活性剂的质量百分含量为0.6～1.0％。
[0033]
根据一些优选的实施方式，所述原位乳化型表面活性剂驱油体系的制备为：先将由脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(aes)与失水山梨醇脂肪酸酯(span80)进行复配，得到hlb值为7.8～9.8的复配表面活性剂，然后将所述复配表面活性剂加入水中并搅拌混合均匀，制得所述原位乳化型表面活性剂驱油体系；本发明在将由脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(aes)与失水山梨醇脂肪酸酯(span80)进行复配得到所述复配表面活性剂时，通过如下公式(1)确定所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(aes)与失水山梨醇脂肪酸酯(span80)的质量比，具体公式(1)如下所示：
[0034]
hlb值
(复配表面活性剂)
＝hlb值
(aes)
×
a％ hlb值
(span80)
×
b％
[0035]
式中，a％为aes的质量分数，b％为span80的质量分数。
[0036]
本发明在第二方面提供了本发明在第一方面所述的原位乳化型表面活性剂驱油体系在低渗透油藏中作为驱油剂的应用。
[0037]
根据一些优选的实施方式，所述低渗透油藏为大庆采油三厂低渗透油藏。
[0038]
根据一些优选的实施方式，所述大庆采油三厂低渗透油藏中含有的原油具有如下一个或多个性质：
[0039]
地层温度45℃、黏度36mpa
·
s、密度0.86g/cm3。
[0040]
根据一些优选的实施方式，当所述原位乳化型表面活性剂驱油体系中含有的所述复配表面活性剂的质量百分含量不小于0.6％时，所述复配表面活性剂能乳化低渗透油藏中的原油形成稳定的乳状液。
[0041]
根据一些优选的实施方式，当所述乳状液中的水相体积百分含量不大于30％时，所述复配表面活性剂能促使油水两相形成黏度高于原油黏度的w/o型乳状液；当所述乳状
液中的水相体积百分含量大于30％时，所述复配表面活性剂能促使油水两相形成的乳状液黏度与原油自身黏度相近。
[0042]
根据一些优选的实施方式，形成的所述w/o型乳状液的黏度为132.47～327.3mpa
·
s；和/或所述原位乳化型表面活性剂驱油体系的自身黏度为0.7～1.4mpa
·
s。
[0043]
下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
[0044]
下述实施例中所使用的实验方法未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
[0045]
以下实施例中，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(aes)，ar，山东优索化工科技有限公司；失水山梨醇脂肪酸酯(span80)ar，国药集团化学试剂有限公司；十二烷基苯磺酸钠(sdbs)、脂肪醇聚氧乙烯醚(aeo-3)和癸基葡糖苷(apg)，ar，上海麦克林生化科技有限公司，以下实施例中涉及的不同表面活性剂的结构及hlb值如表1所示；实施例中所用原油为大庆采油三厂低渗透油藏脱水脱气原油：地层温度45℃、黏度36mpa
·
s、密度0.86g/cm3。实施例中所用水为实验室配置的模拟水，具体离子组成见表2；氯化钠、硫酸钠、氯化钙、氯化钾和氯化镁均购自于天津大茂化学试剂有限公司。
[0046]
表1：不同表面活性剂的结构及hlb值。
[0047][0048]
表2：模拟水离子组成表。
[0049]
离子类型na

k

ca
2
mg
2
so
42-cl-co
32-hco
3-总矿化度浓度(mg/l)187655152483331831106231
[0050]
实施例1
[0051]
利用表1中的aes与span80复配了hlb分别为7.8、8.3、8.8、9.3和9.8的阴-非离子
型复配表面活性剂(简记为aes/span80)。
[0052]
实施例2
[0053]
利用表1中sdbs与aeo-3复配了hlb分别为7.8、8.3、8.8、9.3和9.8的阴-非离子型复配表面活性剂(简记为sdbs/aeo-3)。
[0054]
实施例3
[0055]
利用表1中aes与aeo-3复配了hlb分别为7.8、8.3、8.8、9.3和9.8的非离子型复配表面活性剂(简记为aes/aeo-3)。
[0056]
实施例4
[0057]
利用表1中apg与span80复配了hlb分别为7.8、8.3、8.8、9.3和9.8的非离子型复配表面活性剂(简记为apg/span80)。
[0058]
实施例5
[0059]
将实施例1～4得到的复配表面活性剂与水搅拌混合均匀，得到含有复配表面活性剂的质量分数为1％的表面活性剂驱油体系，然后将其与原油进行混合，测试形成的乳状液的稳定性能，具体方法为：按照v
原油
：v
表面活性剂驱油体系
＝7：3的比例量取原油和表面活性剂驱油体系，在45℃，snr-020z型真空干燥箱中密封静置1h，然后在烧杯中用fa25型高剪切分散乳化机，在10000r/min的条件下乳化2min，进行油水乳状液的制备，在制备乳状液的过程中确保环境温度始终为45℃，将乳状液装入全刻度具塞量筒中，在45℃恒温干燥箱中放置6h、12h、18h、24h，测定下层析出水体积，相同时间内乳状液的析水体积越小乳状液越稳定，并计算乳状液在不同时间的析水率，结果分别如图1至图4所示；其中，析水率计算公式为：
[0060]
xw＝v1/v0×
100％
[0061]
式中：xw为析水率，％；v0为表面活性剂驱油体系加入量，ml；v1为乳状液一段时间后下层析出水量，ml；在相同时间内乳状液的析水率越小，则乳状液越稳定。
[0062]
图1至图4中的五条曲线在24h的析水率分别在40％-43％、50％-75％、40％-75％和67％-83％之间，说明采用实施例1中的阴-非离子型复配表面活性剂(aes/span80)配制的表面活性剂驱油体系与原油形成的乳状液在24h的析水率最小，形成的乳状液稳定性最好，乳化能力最强。
[0063]
实施例6
[0064]
将实施例1得到的hlb为8.8的复配表面活性剂(具体质量比aes:span80＝44％：56％)与水搅拌混合均匀，得到含有复配表面活性剂(aes/span80)的质量分数分别为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％的表面活性剂驱油体系，然后将其与原油进行混合(按照v
原油
：v
表面活性剂驱油体系
＝7：3的比例量取原油和表面活性剂驱油体系)，采用与实施例5中相同的方法测试形成的乳状液的稳定性能，结果如图5所示，图5为含有不同质量分数的aes/span80的表面活性剂驱油体系对乳状液在不同时间的析水率曲线图；本实施例还得到了aes/span80的质量分数对乳状液在24h的析水率的影响关系曲线，如图6所示。
[0065]
从图5至图6的结果可知，复配表面活性剂(aes/span80)的质量分数在0.2％-0.6％之间时，析水率迅速降低，最低为42％；大于等于0.6％时，析水率趋于稳定，乳状液整体呈现黑褐色。
[0066]
实施例7
[0067]
在45℃，按照v
原油
：v
表面活性剂驱油体系
＝7：3的比例量取原油和表面活性剂驱油体系，使得
水相体积百分含量为30％的条件下，考察实施例1中hlb为8.8的表面活性剂aes/span80的质量分数对乳状液黏度的影响，结果如图7；具体方法为：将实施例1得到的hlb为8.8的复配表面活性剂与水搅拌混合均匀，得到含有复配表面活性剂的质量分数分别为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％的表面活性剂驱油体系，然后将其与原油进行混合，在45℃，snr-020z型真空干燥箱中密封静止1h，然后在烧杯中用fa25型高剪切分散乳化机，在10000r/min的条件下乳化2min，进行油水乳状液的制备，在制备乳状液的过程中确保环境温度始终为45℃；然后将制备的油水乳状液倒入温度设定为45℃的ndj-1c型布氏黏度计中，测定乳状液在45℃，剪切速率为7.34s-1
时的黏度，乳状液黏度越高则乳化性能越好。
[0068]
由图7可看出表面活性剂驱油体系(图7中简记为表面活性剂体系)自身黏度低更易注入到低渗透率油藏中，质量分数在0.2％-1.0％之间时，形成的乳状液黏度先升高后降低，黏度最高为327.3mpa
·
s，最低为132.47mpa
·
s，是原油自身黏度的3.6倍，本实施例7中的复配表面活性剂(表面活性剂aes/span80)可促使油水两相形成高于原油黏度的乳状液，这种高粘度的乳液可以取代传统的聚合物，从而提高驱替相在低渗透油藏中的流度控制能力。
[0069]
实施例8
[0070]
在45℃，按照v
原油
：v
表面活性剂驱油体系
的比值(油水体积比)分别为7:3、1:1、3:7的比例量取原油和表面活性剂驱油体系，考察实施例1中hlb为8.8的表面活性剂aes/span80在不同水相体积百分含量的条件下对乳状液黏度的影响，结果如表3所示；具体方法为：将实施例1得到的hlb为8.8的复配表面活性剂与水搅拌混合均匀，得到含有复配表面活性剂的质量分数为1.0％的表面活性剂驱油体系，然后将其按照不同油水体积比与原油进行混合，在45℃，snr-020z型真空干燥箱中密封静止1h，然后在烧杯中用fa25型高剪切分散乳化机，在10000r/min的条件下乳化2min，进行油水乳状液的制备，在制备乳状液的过程中确保环境温度始终为45℃；然后将制备的油水乳状液倒入温度设定为45℃的ndj-1c型布氏黏度计中，测定乳状液在45℃，剪切速率为7.34s-1
时的黏度。
[0071]
表3：油水体积比与乳状液黏度的结果。
[0072][0073]
实施例9
[0074]
将实施例1～4中的hlb均为8.8的aes/span80、sdbs/aeo-3、aes/aeo-3、apg/span80表面活性剂分别与水搅拌混合均匀，得到四种复配表面活性剂含量均为0.6％的表面活性剂驱油体系(表4中分别记作：aes/span80驱油体系、sdbs/aeo-3驱油体系、aes/aeo-3驱油体系、apg/span80驱油体系)进行驱油性能测试：岩心渗透率为0.08μm2，岩心中含有的原油为大庆采油三厂低渗透油藏原油：地层温度45℃、黏度36mpa
·
s、密度0.86g/cm3；注
入水进行水驱油，当采出液的含水率大于88％时停止水驱，计算水驱采收率，然后注入表面活性剂驱油体系进行驱油，驱油体系总注入量均为0.5倍岩心孔隙体积，驱油性能测试结果如表4所示。
[0075]
表4：驱油性能测试结果。
[0076][0077]
表4中，对比样1采用的表面活性剂驱油体系是cn105086979a中的ch3(ch2)no(c2h4o)mch(cooh)ch2so3na表面活性剂与水搅拌混合均匀，配制的表面活性剂质量分数为0.5％的乳化驱油剂，其中n＝5～17，m＝4～10；对比样2、对比样3、对比样4、对比样5、对比样6、对比例7对应的驱油体系均采用复配表面活性剂与水搅拌混合均匀得到，其中，复配表面活性剂的质量分数为0.6％，水的质量分数为99.4％，对比样2～7中含有的复配表面活性剂如下表5所示；对比样8和对比样9是采用由表1中的aes与span80复配形成的hlb分别为6.5和10.8的aes/span80表面活性剂与水搅拌混合均匀，配制的表面活性剂质量分数为0.6％的驱油体系。
[0078]
表5：对比样2～7对应的复配表面活性剂。
[0079][0080]
对比样1至对比样9中采用的水与本发明各实施例中采用的水相同。
[0081]
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
[0082]
最后应说明的是：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精神和范围。