泡沫驱油体系及其制备方法与流程

本发明属于石油开采领域，涉及一种泡沫驱油体系及其制备方法。

背景技术

泡沫是由大量气体分散于少量液体中形成的分散体系，属于一种复杂流体，这种复杂流体与水、空气等简单流体的粘弹性不同，其可在较小应力作用下呈现弹性，在较大应力作用下呈现塑性，在更大应力作用下可以流动。泡沫的粘度一般远大于液相的粘度，并且泡沫流体的粘度随剪切速率的增加而降低，该性质使其特别适合作为提高采收率的驱替流体。泡沫技术已在泡沫钻井和泡沫排水方面得到应用，而在驱油方面应用的初衷是利用泡沫在多孔介质中的渗流特性来控制气驱过程中气体的流度，尽管还存在一些问题，但泡沫确实起到了这种作用，并且在气驱和水驱油田提高采收率实践中实现应用。气驱中把泡沫作为一种控制气体流度的助剂，而在水驱油田则是把泡沫作为一种驱替介质。

另外，与泡沫在其它工业过程的应用一样，驱油技术也要求泡沫的稳定性，目前泡沫技术研究中，围绕的中心问题之一是以提高泡沫稳定性为目标来优化设计泡沫的配方体系。

泡沫的配方主要含有表面活性剂和其它助剂(如聚合物、纳米颗粒等)。其中，表面活性剂能吸附在气液界面，降低界面张力，从而提高发泡性和稳定性；助剂的作用是提高泡沫的稳定性，如使用水溶性聚合物(聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、黄原胶等)来提高液相粘度，降低排液和气体的扩散速率，从而提高泡沫的稳定性。

表面活性剂种类众多，不同表面活性剂产生的泡沫其稳定性相差很大，目前实验室和矿场主要是以阴离子表面活性剂为起泡剂，也有以阴离子与非离子混合作为起泡剂。cn104762078a公开了一种多功能空气泡沫驱油体系，所采用的起泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，是一种阴离子表面活性剂。cn104745168a公开了一种耐高温的低张力泡沫体系，使用的起泡剂为阴离子表面活性剂(脂肪酸盐或烷基苯磺酸盐)与两性表面活性剂(甜菜碱型)的混合物。cn105315982a公开了一种用于驱油的三相泡沫体系，起泡剂为壬基酚聚氧乙烯醚非离子表活剂和十二烷基苯磺酸钠阴离子表面活性剂，稳泡剂为聚合物交联冻胶体系或纳米颗粒。cn103834379a提出了一种蠕虫状胶束泡沫驱油体系，是由甜菜碱型两性表面活性剂和烷基硫酸盐阴离子表面活性剂组成。cn1032544884a公开的用于三次采油的高效泡沫复合驱油体系是以α-烯烃磺酸钠为主要表面活性剂，与其它阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、阴离子‐非离子表面活性剂复配制得，该体系能降低油水界面张力、与高矿化度水的配伍性好。cn102977872a发明的强化泡沫驱油体系使用阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂的混合物作为起泡剂，利用水溶性高分子与起泡剂间多种缔合及分子间弱相互作用得到强化泡沫驱油体系。

目前，虽然阴离子与非离子表面活性剂有很好的发泡性，但产生的泡沫稳定性较差，因此需要使用水溶性聚合物或纳米颗粒来提高稳定性。水溶性聚合物在泡沫体系中能提高液相粘度，但较高的液相粘度会降低起泡性能。所述纳米颗粒一般是表面经过疏水改性处理的颗粒，目前这种颗粒的产量低、价格高，并不适合石油行业的应用。cn104152128a提出了由阴、阳离子表面活性剂混合构成稳定的且具有一定耐油性的泡沫体系，该泡沫体系由两种阴离子、一种阳离子表面活性剂等组成，制备时将阴离子、阳离子表面活性剂、聚合物、无机盐等混合成水溶液后再进行发泡。但是直接混合阴、阳离子表面活性剂要求严苛，具体对浓度、混合顺序和水质组成等有较高要求，否则很容易出现沉淀。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种组成简单、稳定性高的泡末驱油体系，以及该泡沫驱油体系的制备方法。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种泡沫驱油体系，该泡沫驱油体系包含液相和气相，其中，所述液相为含有起泡剂和稳定剂的水溶液，且水溶液的ph≥10，所述起泡剂为阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂，所述稳定剂选自脂肪醇醚磷酸酯和/或烷基酚醚磷酸酯。

根据本发明的第二方面，本发明提供了上述泡沫驱油体系的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)将所述起泡剂溶解在水中，并调节ph≥10，得到起泡剂水溶液；

2)将所述起泡剂水溶液与气源混合，进行发泡，得到发泡液；

3)将所述发泡液与所述稳定剂的水溶液混合并发泡，制得所述泡沫驱油体系。

与常规的采用阳离子、阴离子表面活性剂(以下也称为“表活剂”)为起泡剂的泡沫体系相比，本发明的泡沫驱油体系制备方法简单，对水质等没有较高要求，由于特定稳定剂的存在，所述泡沫驱油体系的稳定性高(例如半衰期在90min以上)，可用于三次采油，提高石油采收率。另外，在制备方法中，通过先用阳离子、非离子表活剂作为起泡剂制备泡沫，再加入带相反电荷(阴离子)的所述稳泡剂的两步方法，既利用了阴、阳离子表活剂较强的静电相互作用，制得稳定性好的泡沫体系，又避免了阴、阳离子表活剂直接混生沉淀的问题。

附图说明

图1为根据一种实施方式的所述泡沫驱油体系的在线制备流程图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细描述。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种泡沫驱油体系，包含液相和气相，所述液相为含有起泡剂和稳定剂的水溶液，且水溶液的ph≥10，所述起泡剂为阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂，所述稳定剂选自脂肪醇醚磷酸酯和/或烷基酚醚磷酸酯。

本发明中，所述阳离子表面活性剂可选自本领域熟知的季铵盐型阳离子表面活性剂，例如烷基三甲基铵盐型、二烷基二甲基铵盐型等。优选情况下，所述阳离子表面活性剂选自十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵和十八烷基三甲基溴化铵中的至少一种。

本发明中，所述非离子表面活性剂可选自本领域熟知的脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性剂(aeo)和烷基酚聚氧乙烯醚表面活性剂(apeo)中的至少一种。所述非离子表面活性剂可商购获得，例如选自牌号为moa-20、moa-35、o-30、sope-20等表面活性剂，由江苏省海安石油化工厂生产。

本发明中，所述稳定剂选自脂肪醇醚磷酸酯和/或烷基酚醚磷酸酯(以下也统称为“磷酸酯类表活剂”)。所述磷酸酯类表活剂分为单酯和双酯，其中，单酯的实例如式1和式3所示化合物中的至少一种，双酯的实例如式2和式4所示化合物中的至少一种。

式1～式4中，r分别选自烷基或芳烷基(碳原子数通常为8～18)；式3～式4中，n各自通常为3～20。

优选情况下，所述脂肪醇醚磷酸酯选自脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯中的至少一种，所述烷基酚醚磷酸酯选自烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯中的至少一种。即，所述稳泡剂选自式3和式4所示化合物中的至少一种。式3和式4所示化合物可采用以下方法制备得到：将脂肪醇或烷基酚与环氧乙烷进行聚合反应再进行磷酸化，采用的磷酸剂可选自五氧化二磷、三氯化磷以及聚磷酸等。

另外，所述稳定剂也可商购获得，例如选自牌号为moa-3p、moa-9p、txp-4、txp-10等商品，由江苏省海安石油化工厂生产。

本发明对液相中各组分的含量没有特别限定，只要所述泡沫驱油体系的稳定性满足使用要求即可。通常地，以所述液相的总重量为基准，所述阳离子表面活性剂的浓度为0.2～5重量％，所述非离子表面活性剂的浓度为0.1～1重量％，且所述阳离子表面活性剂与所述稳泡剂的摩尔比为5︰1～1︰5。

优选情况下，以所述液相的总重量为基准，所述阳离子表面活性剂的浓度为0.5～3重量％，所述非离子表面活性剂的浓度为0.1～0.5重量％，且所述阳离子表面活性剂与所述稳泡剂的摩尔比为于5︰1～1︰5。

更优选地，所述阳离子表面活性剂与所述稳泡剂的摩尔比为于3︰1～1︰3。

所述泡沫驱油体系中，液相的ph可以是以naoh、nahco3等碱性ph调节剂调节得到。

所述泡沫驱油体系中，所述气相优选为空气、氮气或二氧化碳。

根据本发明的第二方面，本发明提供了所述泡沫驱油体系的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)将所述起泡剂溶解在水中，并调节ph≥10，得到起泡剂水溶液；

2)将所述起泡剂水溶液与气源混合，进行发泡，得到发泡液；

3)将所述发泡液与所述稳定剂的水溶液混合并发泡，制得所述泡沫驱油体系。

步骤2)中，优选以高浓度的稳定剂水溶液与所述发泡液混合并发泡，具体地，所述稳定剂的水溶液的浓度为20～50重量％。

本发明中，所述制备方法可连续进行，优选步骤2)-3)包括以下流程：将所述起泡剂水溶液与气源分别送入第一发泡器(泡沫发生器)中混合并发泡，然后将所得发泡液与所述稳定剂的水溶液送入第二发泡器中混合并发泡。

根据一种具体的实施方式，本发明的泡沫驱油体系的制备流程如图1所示：按照设计浓度配置阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂混合溶液，并用氢氧化钠调整溶液的ph≥10后，得到起泡剂水溶液(也称“起泡剂溶液”)；再用计量泵把起泡剂溶液注入到第一发泡器，同时与来自气源(空气、氮气或二氧化碳)并经过气体流量计控制的气体在第一发泡器内混合并发泡：起泡剂溶液与气体经第一发泡器混合后成为均匀的泡沫，接着与来自另一台计量泵的稳泡剂的水溶液(也称“稳泡剂溶液”)混合进入第二发泡器中，进一步混合并发泡，制得所述泡沫驱油体系。

按照本发明的方法，所述气体与起泡剂溶液的体积流量之比优选为3︰1～20︰1。所采用的第一发泡器、第二发泡器可以是内部填充多孔介质的腔体结构，如cn201236686y所描述的结构。

本发明的方法能够制得稳定性高且对水质无特殊要求(例如为普通清水)的泡沫驱油体系，究其具体原因在于，所述脂肪醇醚磷酸酯、烷基酚磷酸酯的溶液本身是酸性的，在酸性条件下磷酸酯分子是不带电荷的(即属于非离子型)；酸性的磷酸酯类表活剂与碱性(ph≥10)的含阳离子表面活性剂的起泡剂水溶液混合后，发生酸碱中和反应，磷酸酯分子上的活泼氢被氢氧根中和，从而使磷酸酯分子呈现带负电荷的阴离子特性；在泡沫的气液界面上，带负电荷的磷酸酯表活剂分子与带正电荷的阳离子表面活性剂(例如季铵盐表活剂)分子产生较强的静电相互而吸引作用，使界面上表活剂分子的排列更为紧密，同时阴离子、阳离子表活剂相互缔合后，使原来表活剂分子各自的亲水基团集中在了缔合分子体的中间部位，从而显著减少了亲水基团与水分子接触的空间，即降低了界面层中表活剂分子的亲水性，使泡沫体系的界面膜具有很好的抗水稀释能力，上述作用均能大幅度提高泡沫体系的稳定性。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例和对比例中，均采用图1所示的泡沫在线制备方法制备泡沫驱油体系。

泡沫的稳定性利用泡沫扫描分析仪(foamscan)来评价：把制备出的泡沫驱油体系引进到泡沫扫描仪样品容器中，注入150ml泡沫，然后开始记录泡沫体积随时间的变化，计算出半衰期，用以表征泡沫的稳定性，其中仪器恒温45℃，半衰期越长，泡沫稳定性越好。

实施例1

按照所述液相中十八烷基三甲基氯化铵的浓度为1重量％，脂肪醇聚氧乙烯醚moa-20的浓度为0.5重量％来配置起泡剂水溶液(用naoh调节该溶液的ph为11)，使阳离子表面活性剂与稳定剂的摩尔比为1︰1来配置浓度为30重量％的脂肪醇磷酸酯moa-3p稳泡剂的水溶液。以氮气为气源，设定氮气与所述起泡剂水溶液的体积流量比为10︰1，制备出均匀泡沫，再加入所述稳泡剂的水溶液，进行混合并发泡，制得泡沫驱油体系，将该泡沫体系注入到泡沫扫描仪中，测试泡沫的半衰期为118分钟。

实施例2

按照所述液相中十六烷基三甲基氯化铵的浓度为2重量％，脂肪醇聚氧乙烯醚moa-30的浓度为0.5重量％来配置起泡剂水溶液(用naoh调节该溶液的ph为12)，使阳离子表面活性剂与稳定剂的摩尔比为1︰1来配置浓度为30重量％的脂肪醇磷酸酯moa-3p稳泡剂的水溶液。以氮气为气源，设定氮气与所述起泡剂水溶液的体积流量比为8︰1，制备出均匀泡沫，再加入所述稳泡剂的水溶液，进行混合并发泡，制得泡沫驱油体系，将该泡沫体系注入到泡沫扫描仪中，测试泡沫的半衰期为95分钟。

实施例3

按照所述液相中的十八烷基三甲基氯化铵的浓度为3重量％，脂肪醇聚氧乙烯醚moa-20浓度为1重量％来配置所述起泡剂水溶液(用naoh调节该溶液的ph为11)，使阳离子表面活性剂与稳定剂的摩尔比为4︰5来配置浓度为30重量％的脂肪醇磷酸酯moa-9p稳泡剂的水溶液。以氮气为气源，设定氮气与所述起泡剂水溶液的体积流量比为10︰1，制备出均匀泡沫，再加入所述稳泡剂的水溶液，进行混合并发泡，制得泡沫驱油体系，将该泡沫体系注入到泡沫扫描仪中，测试泡沫的半衰期为134分钟。

实施例4

按照所述液相中十八烷基三甲基氯化铵的浓度为1重量％，脂肪醇聚氧乙烯醚moa-35的浓度为0.5重量％来配置起泡剂水溶液(用naoh调节该溶液的ph为11)，使阳离子表面活性剂与稳定剂的摩尔比为1.5︰1来配置浓度为30重量％的脂肪醇磷酸酯moa-3p稳泡剂的水溶液。以氮气为起源，设定氮气与所述起泡剂水溶液的体积流量比为5︰1，制备均匀泡沫，再加入所述稳泡剂的水溶液，进行混合并发泡，制得泡沫驱油体系，将该泡沫体系注入到泡沫扫描仪中，测试泡沫的半衰期为102分钟。

实施例5

按照所述液相中十四烷基三甲基氯化铵的浓度为3重量％，脂肪醇聚氧乙烯醚moa-20的浓度为0.5重量％来配置起泡剂水溶液(用naoh调节该溶液的ph为12)，使阳离子表面活性剂与稳定剂的摩尔比为1︰1来配置浓度为30重量％的脂肪醇磷酸酯moa-3p稳泡剂溶液。以空气为气源，设定空气与所述起泡剂水溶液的体积流量比为10︰1，制备出均匀泡沫，再加入所述稳泡剂的水溶液，进行混合并发泡，制得泡沫驱油体系，将该泡沫体系注入到泡沫扫描仪中，测试泡沫的半衰期为96分钟。

对比例1

采用实施例1的方法制备泡沫驱油体系，所不同的是，不加入稳泡剂溶液，这样制备出的泡沫稳定性较差，测试泡沫的半衰期为42分钟。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。