一种适用于致密储层中的二氧化碳气溶性发泡剂

1.本发明涉及致密储层开采技术领域，特别是涉及一种适用于致密储层中的二氧化碳气溶性发泡剂。


背景技术：

2.自1900年以来，气体一直用作改进采油过程中的驱动流体，其中二氧化碳驱油具有易混相的特点，且带来的环境问题受到广泛关注。二氧化碳作为驱油剂既可以提高油气开采效率，又能实现二氧化碳减排的社会效益，还可以增加原油产量的经济效益，是二氧化碳高效利用与埋存的最佳途径之一。然而，由于储层的非质性以及二氧化碳的低密度和低粘度，这一过程经常会出现粘性指进、重力超覆和气窜现象，从而导致原油采收率下降。
3.泡沫驱可以有效控制气体流度和储层非均质性的影响，从而提高波及效率，改善气驱效率。目前，在多孔介质中广泛使用的是水溶性表面活性剂的二氧化碳泡沫，并将其应用于提高原油采收率(eor)，特别是在低渗透、超低渗透储层。现场经验表明，使用传统的水溶性表面活性剂输送到所需位置以产生泡沫的能力有限，注入的表面活性剂并不能改善二氧化碳与原油的接触。重力超覆和储层非均质性也对成功地将表面活性剂投放到希望出现泡沫的区域构成挑战，限制了常规二氧化碳泡沫技术的应用。另外，在低渗透、超低渗透等致密油储层中，由于存在注水井吸水能力差，注水压力高，甚至“注不进”的现象，导致表面活性剂水溶液无法注入，从而限制co2泡沫调驱技术在非常规油藏中的应用。


技术实现要素：

4.本发明针对气溶性发泡剂及发泡体系在致密油藏条件下所遇到的问题，提供了一种适合于低渗透、超低渗透以及页岩储层条件下的二氧化碳气溶性发泡剂，能够有效封堵气窜，提高波及效率，提高原油采收率。本发明利用二氧化碳良好的溶剂特性，将表面活性剂溶解于超临界二氧化碳中运送到地层，当与地层水接触后，就地形成二氧化碳泡沫或乳化液。注入的气溶性发泡剂体系与超临界二氧化碳在地下能够有效发泡，形成的co2泡沫有效封堵了地下窜流通道，产出油井表现出增油和二氧化碳含量降低的积极效果。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明目的之一是提供一种适用于致密储层中的二氧化碳气溶性发泡剂，包括如下质量百分比的原料：发泡剂主剂0.03～6.5％、稳泡剂0.01～5％、泡沫促进剂0.01～5％、液膜强化剂0.01～5％、碱性物质0.01～3％、助溶剂0.01～10％，余量为水。
7.进一步地，所述发泡剂主剂为阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂中的一种或多种。
8.进一步地，所述阴离子表面活性剂为琥珀酸酯磺酸钠、琥珀酸二辛酯磺酸钠、脂肪醇羟乙基磺酸钠、椰子酰甲基牛磺酸钠、n-月桂酰肌氨酸钠、十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚羧酸钠、十二醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠中的一种或多种。
9.进一步地，所述非离子表面活性剂为聚乙二醇三甲基壬基醚、四聚乙二醇单月桂
醚、四乙二醇单十二烷基醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基苯基聚氧乙烯醚、烷基酚醚磺基琥珀酸酯、乙基己醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、椰油脂肪酸单乙醇酰胺中的一种或多种。
10.进一步地，所述两性表面活性剂为十二烷基羟丙基磺基甜菜碱、十四烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、十六十八烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺丙基氧化胺中的一种或多种。
11.进一步地，所述稳泡剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、异氰酸酯和聚丙酰胺中的一种或多种。
12.稳泡剂可延长泡沫半衰期，提高发泡体系黏度，增加液膜机械强度，能提高泡沫液膜弹性，使液膜在经受外力时不易破裂，能延续液膜排液速度，气泡不溶于水的能力增加，增加气泡液膜双电层分子排列密度，增强分子间相互作用，使气泡变得更加细小均匀。
13.进一步地，所述泡沫促进剂为二乙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、n,n-二乙基乙醇胺、二甘醇胺、甲酰胺、乙酰胺、月桂酸二乙醇酰胺和椰子油酸中的一种或多种。
14.泡沫促进剂可改善发泡剂在高温时、高矿化度、高ph值环境下的发泡能力，提升发泡剂的发泡性能，提高发泡剂的表面活性，降低水的表面张力。
15.进一步地，所述液膜强化剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锆、纳米三氧化二铝、纳米氧化锌、纳米硅酸镁、纳米硅铝酸盐、纳米粘土、纳米红土、纳米石油焦粉、膨润土颗粒和表面改性的纳米二氧化硅中的一种或多种。
16.二氧化硅表面有大量活性羟基，亲水性强，使其极易形成附聚体或二次聚集，不利于其在材料中的分散，进而影响材料的结构与性能。因此，需要对纳米二氧化硅进行表面改性，以保证其能稳定存放和提高其在聚合物基质中的分散性等。
17.表面改性的纳米二氧化硅的具体制备方法为：取1.0g的纳米sio2粉体，加入去离子水40ml，室温超声分散60min，取3.0g硅烷偶联剂kh-570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)溶解于50ml无水乙醇中，将纳米sio2基液与硅烷偶联剂kh-560乙醇溶液混合，放入三口烧瓶中，边搅拌边加热到60℃，过滤后，用无水乙醇洗涤3次，将其置于60℃真空干燥箱中干燥后，得到表面改性的纳米二氧化硅。
18.液膜强化剂产生的膜，使气相不连续，降低了气体流动性，增加了注入流体的表观粘度；可提高泡沫体系吸附密度，增强泡沫体系空间网状分子间作用，表面薄膜机械强度增加；可以抑制气体的流动，并能阻断气体的流动路径，因此可以封堵气窜通道，提高波及效率。
19.进一步地，所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、硼酸钠、二甲胺、丁胺和苯胺中的一种或多种。
20.加入碱性物质之后，可降低泡沫体系的界面张力。同时碱性物质与超临界co2作用后，可调节储层ph值。加入的碱还可以与储层内原油的某些可以形成稳定泡沫的特定物质进行作用，产生类似于脂肪酸盐(肥皂的主要物质)的分子结构，提高泡沫的半衰期、发泡体积和泡沫综合指数，增强了泡沫的整体性能。
21.进一步地，所述助溶剂为乙醇、乙二醇、丙三醇、己二醇和聚醚三元醇中的一种或多种。
22.助溶剂可实现对溶剂极性的调节，助溶剂加入可极大的提高泡沫剂在二氧化碳中
的溶解量，由于二氧化碳为非极性分子，泡沫剂极性越小在二氧化碳中的溶度越大，助溶剂的加入可以活化二氧化碳与泡沫剂分子之间的相互作用。泡沫剂中醚键上的氧原子与醇类助溶剂的氢原子形成较强的基团相互作用力，氢键的形成使得溶解度显著提高。
23.进一步地，所述水为蒸馏水。
24.本发明公开了以下技术效果：
25.本发明的二氧化碳气溶性发泡剂，在超临界二氧化碳中溶解性能好，具有良好的热稳定性和耐高矿化度性能，耐温性优于传统的泡沫体系。本发明的适用于致密储层中的二氧化碳气溶性发泡剂，具有发泡半衰期时间长，泡沫综合指数强的特点，节约了注气成本费用，还改善了泡沫体系的封窜性能。可根据不同要求的地矿条件，改变组分比例，优化成本。本发明的发泡剂对地层伤害小，是一种环境友好性产品，有助于推动石油工业中ccus技术的发展。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为实施例1的二氧化碳气溶性发泡剂的形貌图。
具体实施方式
28.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
29.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
30.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
31.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
32.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
33.表面改性的纳米二氧化硅的具体制备方法为：取1.0g的纳米sio2粉体，加入去离子水40ml，室温超声分散60min，取3.0g硅烷偶联剂kh-570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧
基硅烷)溶解于50ml无水乙醇中，将纳米sio2基液与硅烷偶联剂kh-560乙醇溶液混合，放入三口烧瓶中，边搅拌边加热到60℃，过滤后，用无水乙醇洗涤3次，将其置于60℃真空干燥箱中干燥后，得到表面改性的纳米二氧化硅。
34.在本发明中，所有原料均为常规市售产品。
35.实施例1
36.按照表1的发泡剂组成称取原料，将原料混合并用磁力搅拌器持续搅拌2h，利用超声波振荡器振荡，使得发泡剂主剂、稳泡剂、泡沫促进剂、液膜强化剂、碱性物质能够均匀的附着在泡沫体系分子线团的周围，得到二氧化碳气溶性发泡剂。
37.表1二氧化碳气溶性发泡剂的组成
[0038][0039]
实施例2
[0040]
按照表2的发泡剂组成称取原料，将原料混合并用磁力搅拌器持续搅拌2h，利用超声波振荡器振荡，使得发泡剂主剂、稳泡剂、泡沫促进剂、液膜强化剂、碱性物质能够均匀的附着在泡沫体系分子线团的周围，得到二氧化碳气溶性发泡剂。
[0041]
表2二氧化碳气溶性发泡剂的组成
[0042][0043]
实施例3
[0044]
按照表3的发泡剂组成称取原料，将原料混合并用磁力搅拌器持续搅拌2h，利用超声波振荡器振荡，使得发泡剂主剂、稳泡剂、泡沫促进剂、液膜强化剂、碱性物质能够均匀的附着在泡沫体系分子线团的周围，得到二氧化碳气溶性发泡剂。
[0045]
表3二氧化碳气溶性发泡剂的组成
[0046][0047]
对比例1
[0048]
同实施例1，区别在于，未使用稳泡剂。
[0049]
对比例2
[0050]
同实施例1，区别在于，未使用泡沫促进剂。
[0051]
对比例3
[0052]
同实施例1，区别在于，未使用液膜强化剂。
[0053]
对比例4
[0054]
同实施例1，区别在于，未使用助溶剂。
[0055]
效果验证例1
[0056]
取各实施例和对比例的二氧化碳气溶性发泡剂，采用waring blender评价发泡剂的起泡能力和稳定性能，具体结果见表4。实施例1的气溶性发泡剂的泡沫在超临界co2的溶解情况见表5。
[0057]
表4二氧化碳气溶性发泡剂的起泡能力和稳定性能
[0058][0059]
由表4可知，本发明的二氧化碳气溶性发泡剂的起泡能力以及泡沫的稳定性均比较高，能够达到防气窜、封堵高渗透层的目的。
[0060]
表5 90℃气溶性泡沫在超临界co2溶解情况
[0061][0062]
注：溶于co2中表面活性剂的浓度高于1％，便能够在地层中形成有效泡沫。
[0063]
效果验证例2
[0064]
实施例1的二氧化碳气溶性发泡剂，在泡沫产生的过程当中，利用扫描电镜观察泡沫微观形貌。由附图1可看到泡沫的局部结构图，泡沫分子间呈现紧密的平面网状结构，气泡分子间相互堆积，气泡间的缝隙形成了微量液体流动的网络通道。同时由于稳泡剂、泡沫促进剂、液膜强化剂、碱及助溶剂的加入，其一部分附着在液膜上，使液膜具有一定的黏弹性，另一部分附着在通道上使得泡沫分子间交联更加紧密，因而增加了泡沫分子的稳定性，起到了较好的稳泡作用。
[0065]
效果验证例3
[0066]
泡沫的阻力因子是评价泡沫封堵性能的一项重要参数，其大小直接反映了泡沫在多孔介质中的流动性能，在一定程度上也反映了泡沫的调剖封窜能力。采用实施例1二氧化
碳气溶性发泡剂进行泡沫封堵性能实验过程中的阻力因子评价，实验过程中温度控制在90℃，回压设定为8mpa。注入泡沫的方式采用气液同注。岩心长8.25cm，直径2.54cm，水平放置于恒温烘箱内，测定岩心水相渗透率。
[0067]
基础压差测定：按照设定的气液比2:1，注入co2和蒸馏水，待岩心压力表读数稳定且出口处的计量气液比等于注入气液比后，读取岩心两端进出口处的压力，即为基础压差。打开发泡剂溶液容器，使发泡剂溶液和co2气体按照基础压差测定中的比例注入泡沫发生器，成泡后注入岩心中。待岩心各压力表读数稳定且出口处的计量气液比等于注入气液比后，读取岩心进出口处的压力，即为工作压差，实验结果如表6所示。
[0068]
表6发泡剂不同浓度对致密储层岩心阻力因子的影响
[0069][0070]
当二氧化碳气溶性发泡剂浓度达到0.5％，形成的泡沫稳定且致密，岩心的阻力因子高，气液比为2:1时，阻力因子可达到10.27，当泡沫体系浓度达到0.7％，气液比为2:1时，阻力因子最高达到11.74，表现出较好的封堵性能。
[0071]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。