一种高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂的制备方法
【专利摘要】本发明采用纳米及纳米修饰改性技术，以纳米锂皂石为稳泡剂和高温稳定剂制备高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂，特征工艺步骤如下：将锂皂石加入到50～90℃去离子水中，搅拌分散均匀，降至室温，静置陈化一段时间得锂皂石水分散液，然后加入定量阳离子表面活性剂，均匀搅拌，静置陈化，最后加入起泡剂，在高速乳化机上高速搅拌，即得高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂。泡沫半衰期高达768h，具有超强的泡沫稳定性，矿化度30000mg/L情况下泡沫半衰期高达70h，具有较好的耐盐性，表观粘度高达2000mPa.s，耐温性达90℃，具有较高的泡沫强度和耐温性，剪切速率170s-1剪切60min后的泡沫表观粘度达800mPa.s，具有良好的抗剪切性能，适用于常规和非常规油田的勘探开发。
【专利说明】一种高稳定耐温抗盐空气泡沬驱油剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂的制备方法，本发明制备的高稳 定耐温抗盐空气泡沫驱油剂适用于常规和非常规油田资源的勘探开发。
【背景技术】
[0002] 随着世界能源需求的增加，对石油的开采量及开采效率的要求越来越高，常规的 采油方法（一次和二次）一般仅能采出原油地质储量的1/3,约有2/3的原油仍滞留在油层 中，如何进一步大幅度提高原油采收率，一直是国内外石油界共同关注的课题。
[0003] 随着我国大部分油田进入高含水开发期，利用三次采油技术来稳定和提高原油产 量，已己成为石油工业急需解决时一项重要课题，三次采油主要包括聚合物、表面活性剂及 碱驱和三元复合驱油以及泡沫驱技术。聚合物、表面活性剂及碱驱和三元复合驱油虽在一 定程度上提高了油的产率，在水驱基础上提高20%的采收率，但仍有40-50%的油剩余在地 下，对油田中后期剩余油的采收率提高仍有一定限度，其技术本身也存在一定的问题：聚合 物用量较大、易吸附滞留；表面活性剂易吸附损耗；碱驱带来的矿物溶蚀会再次沉积、结垢 影响驱替效果；复合驱出现色谱分离等问题，这些问题都会降低采油效率，同时也增加了处 理这些问题额外的经济成本，因此对化学驱技术的改进，仍是不断在研究的课题。
[0004] 泡沫驱是近年来发展起来的一种比较有前途的三次采油方法。泡沫是在起泡剂作 用下气体（空气、氮气、C02等）在液相中形成的一种分散体系，泡沫具有驱油作用的主要 原因在于泡沫在多孔介质内的渗流特性。泡沫首先进入流动阻力较小的高渗透大孔道。由 于泡沫在大孔道中流动时有较高的视粘度，流动阻力随泡沫注入量的增加而增大，当增加 到超过小孔道中的流动阻力后，泡沫便越来越多地流入低渗透小孔道。泡沫在小孔道中流 动视粘度低，小孔道中含油饱和度高，泡沫稳定性差。两种因素的共同作用结果导致泡沫 在高、低渗透层内均匀推进。同时，泡沫还具有一定的洗油能力，因而泡沫驱油能力大幅度 提高，在一般情况下可提高采收率10%?25%。
[0005] 从获得气源和安全角度考虑，常规泡沫驱所选择的气相常常为天然气、二氧化碳 气及氮气等。而空气作为一种气源最丰富、成本低廉的气相却由于安全因素很少用于泡沫 驱。国内外对轻质油藏注空气采油作了一定研究，结果表明，空气中的氧与轻质油藏中的 原油产生低温氧化反应（LT0)，氧大部分被消耗，油井产出物可控制在安全极限范围内。国 内的胜利油田和百色油田均进行过空气泡沫驱现场试验，效果很好，并且未出现安全事故。 注空气泡沫驱油综合了泡沫驱与空气驱的优点，成本很低，它适用的油藏种类、深度、范围 较为广泛，尤其适用于高含水、非均质严重、存在裂缝或大孔道的油藏，是相对较廉价、具 有很好发展前景的三次采油方式之一，但是试验表明，注空气需要采用特殊的操作方法，从 空气压缩机、地面管网、注气井到油藏、生产井和采油设备，每个环节都应采取相应的措施。 要采取正确的操作方法，以免从压缩机到注入井的过程中油气混入空气内，导致在进入地 层前燃烧等不安全事故的发生，同时严格监测和记录生产井的井下温度和产出气的氧气含 量，制定全面的安全规则。
[0006] 发明专利《一种泡沫复合驱油剂及其制备方法》（申请号200910242382. 8)提供了 一种泡沫复合驱油剂，包括有以下重量百分比成分的A剂：50%?70%的尿素、10%?30%的 氯化铵、8%?25%的产酸物质；以下重量百分比成分的B剂：30%?60%的亚硝酸盐、8%? 35%的二氯异氰脲酸钠、10%?20%的表面活性剂、10%?20%的聚合物。该发明提供的泡沫 复合驱油剂在进入地层或井筒时，在地层条件下通过化学反应产生气体，配合驱油剂中的 表面活性剂和聚合物，在地层形成大量泡沫，由于不借助外在气体，而是利用溶液自身反应 产生的气体形成泡沫，从而也简化了施工过程和设备，但该方法形成的泡沫稳定性不好，无 法有效控制泡沫的结构，无法形成分布均匀的泡沫，起泡效率较低。
[0007] 发明专利《一种耐温抗盐低张力泡沫驱油剂及其制备方法》（申请号 201010521953. 4)涉及一种耐温抗盐低张力泡沫驱油剂及其制备方法，由烷醇酰胺、双极性 基表面活性剂和水，在40?60°C下持续搅拌至完全溶解制得。该发明的耐温抗盐低张力泡 沫剂适用温度50?120°C、矿化度为0?100, OOOppm条件下的三次采油。与其他现有技术 常用的泡沫剂相比，油水界面张力由10_2mN. m-1降至l(T3mN. m-1，与现有技术常用的界面活 性剂相比，50°C下泡沫半衰期由15分钟提高到40分钟以上，室内模型提高采收率达15% 以上。
[0008] 发明专利《一种泡沫驱油剂》（申请号201210241311. 8)提供一种泡沫驱油剂，包 括以下重量份的组分：A多烷基苯磺酸钠30?60份，B表面活性剂5?15份，C四羟甲基 硫酸磷0?15份，D吐温-20 5-10份，E水25?55份。该发明的优点和有益效果为：1、活 性高，不用加碱即可降低油水界面表面张力；2、耐高温、抗高盐，220° C不分解，可抵抗总 离子浓度；3、与其它现有泡沫驱油剂相比，50°C泡沫半衰期长达400min，泡沫体积330mL， 与其它表面活性剂配伍性良好，室内模拟提高采收率15%以上。
[0009] 发明专利《一种井下自生气泡沫复合驱油剂的制备方法及应用》（申请号 201210344296. X)公开了一种井下自生气泡沫复合驱油剂，其特征是：由A剂和B剂组成， A剂包括以下质量百分比成分为：45%?65%的尿素、20%?35%的硝酸铵、5% 10%的叠 氮化钠、8%?15%的乙酰水杨酸；B剂包括以下质量百分比成分为：35%?65%的亚硝酸 钠、15%?35%的甜菜碱、10%?30%的聚丙烯酰胺。本发明提供的泡沫复合驱油剂是在 进入地层或井筒时，在地层条件下通过化学反应产生气体，这气体与驱油剂中的甜菜碱和 聚丙烯酰胺作用，在地层中形成大量泡沫，泡沫持续的时间长，不用外加气体，操作的工艺 和设备简单，该方法既能提高产率，还降低了成本，但该方法形成的泡沫稳定性不好，无法 有效控制泡沫的结构，无法形成分布均勻的泡沫。
[0010] 发明专利《一种用于三次采油提高原油采收率的强化泡沫驱油剂及其制备方法》 (申请号201210497895. 5)涉及一种用于三次采油提高原油采收率的强化泡沫驱油剂及其 制备方法，泡沫驱油剂由下述原料按质量百分比组成：阴离子表面活性剂0. 2~0. 95% ;非离 子表面活性剂0. 〇1~2. 0% ;水溶性高分子聚合物0. 01~0. 15% ;添加剂0. 01、. 05% ;其余加 水至100%。该发明驱油剂与所用的聚合物是基于具有结构互补和良好配伍型的多种缔合 及分子间弱相互作用得到的新型强化泡沫驱油体系。该体系具有抗盐、抗油、较高粘度及超 低界面张力等性能，且体系符合环保要求，用于油田可明显提高原油采收率。泡沫驱油剂在 高矿化度条件下，在矿化度NaCl>5000mg/L、CaC12>3000mg/L的情况下应用于强化泡沫体 系室内试验，发泡体积920ml~1000ml之间，析液半衰期为2~3h。在加入原油条件下，发泡体 积在95(Tll00ml之间，在原油加量15%条件下析液半衰期仍在45min以上，稳定性较好。 [0011] 发明专利《一种用于三次采油的高效泡沫复合驱油剂及其制备方法》（申请号 201310199421. 7)由以下组分组成：α -烯烃磺酸钠〇. 15?2%，阴离子-非离子表面活性 剂0. 15?3%，两性表面活性剂0. 08?0. 15%，其余加水至100%。该高效复配驱油剂可有 效降低油水界面张力，与矿化度不大于30000mg/L，钙镁离子浓度不大于800mg/L的高矿化 度水配伍性好，且降低油水界面张力不受矿化度影响。矿化度30000mg/L情况下的半衰期 为 120 ?161min。
[0012] 泡沫要想应用到油田最先需要克服的就是泡沫的稳定性问题，尽管泡沫在采油中 的应用已研究了三十多年，常规驱油泡沫体系由于在油藏中的稳定性不好以及泡沫在孔隙 介质中的传播和深入地层的能力问题使其在提高原油采收率中未能得到广泛的应用。现在 国内多数油田已经进入了开发后期，油气井含水量逐渐增大。另外随着地层的深入，压力越 来越大，温度也越来越高，一般是在地层下每加深100米温度会升高3°C，由此带来越来越 多的高温高盐苛刻地层的出现，使得原本就不稳定的泡沫的应用受到了很大的局限，现有 的泡沫研究已经不能满足当前的需要，所以适用于多种苛刻地层的高稳定性、耐温耐盐泡 沫体系的研究与开发将是未来主要的泡沫驱油领域研究方向和重点研究领域，对于提高我 国油田产量具有重大战略意义。
【发明内容】
[0013] 有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂的制 备方法，采用纳米及纳米修饰改性技术，以纳米锂皂石为稳泡剂和高温稳定剂，进一步提 高空气泡沫驱油剂的耐温抗盐性和稳定性。与普通泡沫仅数小时至几十小时的半衰期相 比较，本发明制备的空气泡沫驱油剂半衰期最高达768h，具有超强的泡沫稳定性，矿化度 (NaCl) 30000mg/L情况下泡沫半衰期为10?70h，具有较好的耐盐性，泡沫表观粘度最高 达2000mPa. s，耐温性达90°C，具有较高的泡沫强度和耐温性，剪切速率170s-l剪切60min 后的泡沫表观粘度最高达800 mPa. s，具有良好的抗剪切性能。
[0014] 根据本发明的目的，提出了一种高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂的制备方法，其 特征有如下工艺步骤： 1) 将2?9g锂皂石加入到50?90°C 300mL去离子水中，搅拌30?60min，分散均匀， 然后降至室温，静置陈化36?48 h，得到锂皂石水分散液； 2) 将0. 8?3. 6g阳离子表面活性剂加入到锂皂右水分散液中，均匀搅拌12?24h，静 置陈化6?12h，加入0. 6?1. 5g起泡剂，然后在高速乳化机上以5000?lOOOOrpm的速度 搅拌3?6min，即得到高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂。
[0015] 本发明所使用的阳离子表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基 溴化铵、十六烷基三乙基溴化铵、十八烷基三乙基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷 基三乙基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基溴 化铵和十二烷基二甲基苄基氯化铵。
[0016] 本发明所使用的起泡剂选自十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸铵、 十_焼基硫酸納、十_焼基苯横酸納、十_醇聚氧乙稀酿横基玻?自酸醋_納、十_焼基憐酸 酯三乙醇胺、十二烷基磷酸酯钾盐、月桂醇聚氧乙烯醚羧酸钠、Ν-月桂酰基谷胺酸钠、Ν-月 桂酰肌胺酸钠。
[0017] 本发明制备的高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂室温表观粘度为200?2000 mPa. s，剪切速率170s-l剪切60min后的表观粘度为80?900 mPa. s，90°C表观粘度为50?400 mPa. s，起泡效率为50?100%，泡沫半衰期为100?768h，矿化度（NaCl) 30000mg/L情况下 泡沫半衰期为10?70h。
[0018] 本发明的优点和效果是： 1) 与普通泡沫驱相比较，本发明制备的高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂直接高速搅拌 即可形成空气泡沫驱油剂，不需要特殊的配气及搅拌装置，不需要控制气液比，配制成本较 低，使用简便； 2) 本发明采用纳米及纳米修饰改性技术，以纳米锂皂石为稳泡剂和高温稳定剂，进一 步提高空气泡沫驱油剂的耐温抗盐性和稳定性。与普通泡沫仅数小时至几十小时的半衰期 相比较，本发明制备的空气泡沫驱油剂半衰期最高达768h，具有超强的泡沫稳定性，矿化度 (NaCl) 30000mg/L情况下泡沫半衰期为10?70h，具有较好的耐盐性，泡沫表观粘度最高 达2000mPa. s，耐温性达90°C，具有较高的泡沫强度和耐温性，剪切速率170s-l剪切60min 后的泡沫表观粘度最高达800 mPa. s，具有良好的抗剪切性能； 3) 本发明制备的高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂在长时间放置后，可通过搅拌来起 泡，不需要重新加入起泡剂，起泡后体系的各项性能变化不大，仍然能够满足现场泡沫驱的 需要，这样可很好地节省泡沫驱油剂的成本。
[0019] 本发明所述的高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂的起泡效率、半衰期、表观粘度、抗 温性、耐盐性和抗剪切性的测定方法如下。
[0020] 高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂起泡效率的测定 把100mL锂阜石分散体系在高速乳化机上以8000r/min快速搅拌5min制备泡沫，然后 将得到的泡沫迅速倒入500mL的量筒中，并读取泡沫液的体积，高稳定耐温抗盐空气泡沫 驱油剂起泡效率按下式计算： η = (V~V0)/V0 X100% 式中η -起泡效率，％ ; V0 一初始液体的体积，mL ; V一形成泡沫的体积，mL。
[0021] 高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂半衰期的测定 把100mL锂阜石分散体系在高速乳化机上以8000r/min快速搅拌5min制备泡沫，然后 将得到的泡沫迅速倒入500mL的量筒中，同时开始计时，当500mL量筒中的泡沫析出50mL 液体时，记录所消耗的时间，即为高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂的半衰期。
[0022] 高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂表观粘度的测定 采用NXS-11B型旋转粘度计室温测定高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂的表观粘度。
[0023] 高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂抗温性的测定 采用NXS-11B型旋转粘度计测定不同温度下高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂表观粘 度随温度的变化情况。
[0024] 高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂抗剪切性的测定 采用NXS-11B型旋转粘度计在剪切速率170s-l情况下测定高稳定耐温抗盐空气泡沫 驱油剂表观粘度随剪切时间的变化情况。
[0025] 高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂耐盐性的测定 把100mL矿化度（NaCl)为30000mg/L的锂皂石分散体系在高速乳化机上以8000r/min 快速搅拌5min制备泡沫，然后将得到的泡沫迅速倒入500mL的量筒中，同时开始计时，当 500mL量筒中的泡沫析出50mL液体时，记录所消耗的时间，即为高稳定耐温抗盐空气泡沫 驱油剂的半衰期，通过半衰期的变化来表征其耐盐性。
【具体实施方式】
[0026] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但是本发明 的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0027] 实施例1 : 将6g锂皂石加入到70°C 300mL去离子水中，搅拌45min，分散均匀，然后降至室温，静 置陈化42 h，得到锂皂石水分散液。将2. 4g十八烷基三乙基溴化铵加入到锂皂右水分散 液中，均匀搅拌18h，静置陈化10h，加入1. 3g十二烷基苯磺酸钠，然后在高速乳化机上以 8000rpm的速度搅拌5min，即得到高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂。其室温表观粘度为900 mPa. s，90°C表观粘度为220 mPa. s，起泡效率为60%，泡沫半衰期为420h，剪切速率170s-l 剪切60min后的泡沫表观粘度为400 mPa. s，矿化度（NaCl) 30000mg/L情况下泡沫半衰期为 40h。
[0028] 实施例2 : 将3g锂皂石加入到60°C 300mL去离子水中，搅拌50min，分散均匀，然后降至室温，静 置陈化38h，得到锂皂石水分散液。将1. 2g十六烷基三乙基溴化铵加入到锂皂右水分散液 中，均匀搅拌16h，静置陈化8h，加入1. 2g十二烷基硫酸钠，然后在高速乳化机上以8000rpm 的速度搅拌5min，即得到高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂。其室温表观粘度为400 mPa. s，90°C表观粘度为lOOmPa. s，起泡效率为100%，泡沫半衰期为236h，剪切速率170s-l剪切 60min后的泡沫表观粘度为190 mPa. s，矿化度（NaCl) 30000mg/L情况下泡沫半衰期为21h。
[0029] 实施例3 : 将2g锂皂石加入到50°C 300mL去离子水中，搅拌60min，分散均匀，然后降至室温，静 置陈化36 h，得到锂皂石水分散液。将0. 8g十六烷基三甲基溴化铵加入到锂皂右水分散液 中，均匀搅拌12h，静置陈化6h，加入0. 6g十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠，然后在高速乳化 机上以5000rpm的速度搅拌6min，即得到高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂。其室温表观粘 度为200 mPa. s，90°C表观粘度为50 mPa. s，起泡效率为80%，泡沫半衰期为100h，剪切速率 170s-l剪切60min后的泡沫表观粘度为80 mPa. s，矿化度（NaCl) 30000mg/L情况下泡沫半 衰期为l〇h。
[0030] 实施例4 : 将8g锂皂石加入到80°C 300mL去离子水中，搅拌35min，分散均匀，然后降至室温，静 置陈化45 h，得到锂皂石水分散液。将3. 2g十二烷基三甲基溴化铵加入到锂皂右水分散 液中，均匀搅拌20h，静置陈化llh，加入1. 4g十二烷基磷酸酯三乙醇胺，然后在高速乳化机 上以8000rpm的速度搅拌5min，即得到高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂。其室温表观粘度 为1500 mPa. s，90°C表观粘度为360mPa. s，起泡效率为55%，泡沫半衰期为660h，剪切速率
【权利要求】
1. 一种高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂的制备方法，其特征在于有如下工艺步骤： 1) 将2?9g锂皂石加入到50?90°C 300mL去离子水中，搅拌30?60min，分散均匀， 然后降至室温，静置陈化36?48 h，得到锂皂石水分散液； 2) 将0. 8?3. 6g阳离子表面活性剂加入到锂皂右水分散液中，均匀搅拌12?24h，静 置陈化6?12h，加入0. 6?1. 5g起泡剂，然后在高速乳化机上以5000?lOOOOrpm的速度 搅拌3?6min，即得到高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂。
2. 根据权利要求1所述的一种高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂的制备方法，其特征 在于：所述的阳离子表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十六 烷基三乙基溴化铵、十八烷基三乙基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三乙基氯化 铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵和十二烷 基二甲基苄基氯化铵。
3. 根据权利要求1所述的一种高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂的制备方法，其特征在 于：所述的起泡剂选自十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸铵、十二烷基硫酸钠、 十二烷基苯磺酸钠、十二醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠、十二烷基磷酯酯三乙醇胺、十二 烷基磷酸酯钾盐、月桂醇聚氧乙烯醚羧酸钠、N-月桂酰基谷胺酸钠、N-月桂酰肌胺酸钠。
4. 根据权利要求1所述的一种高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂的制备方法，其特征在 于：所述的高稳定耐温抗盐空气泡沫驱油剂室温表观粘度为200?2000 mPa. s，剪切速率 170s-l剪切60min后的表观粘度为80?900 mPa. s，90°C表观粘度为50?400 mPa. s，起 泡效率为50?100%，泡沫半衰期为100?768h，矿化度（NaCl) 30000mg/L情况下泡沫半衰 期为10?70h。
【文档编号】C09K8/58GK104059625SQ201410310615
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】万涛, 徐敏, 程文忠, 李蕊香, 邹矗张 申请人:成都理工大学