可同时调控CO2-油和CO2-水界面张力的页岩油驱替体系

本发明涉及油气田开发领域，尤其是一种可同时调控co2-油和co2-水界面张力的页岩油驱替体系。

背景技术：

1、近年来世界范围内的非常规能源勘探开发取得诸多突破性进展，页岩油因为储量巨大且具有商业化开发潜力而备受关注。页岩储层具有孔隙结构复杂、矿物组成多样、有机质丰富和赋存状态复杂多样等特点，导致其动用较为困难。就目前开发技术而言，页岩油有效动用得益于水平井技术和大规模的水力压裂。水力压裂过程中压裂液返排之后，大量的水会残留在地层中，使得储层中水的含量增加，而水的存在会对后续页岩油开采产生不利的影响。

2、室内实验和油田现场实践表明，水力压裂后补充地层能量是页岩油持续高效开发的关键。研究表明co2开发页岩油较水驱、n2驱等具有较大优势，且co2混相驱采收率大于非混相驱，为进一步提高页岩油采收率，向co2中注入与co2亲和能力较高的表面活性剂以降低油气界面张力并促进co2和原油混相，且可促进页岩储层有机质中吸附互溶态油的有效动用。但是，co2与原油的混相压力往往很高，即使加入表面活性剂会降低混相压力，再加上在地层多孔介质中混相过程更加困难，在实际开发中混相驱也往往较难实现。因此，在注co2驱替过程中，co2与页岩油之间的界面相互作用决定了提高页岩油采收率的实际效果。由于压裂后残留水的存在，当驱替体系注入页岩储层时，其首先会与残余的水接触，只有突破水体的屏障作用继而才能与原油发生相互作用。由于co2与水之间的界面张力远高于co2与油之间的界面张力，所以在co2与水两相流动过程中存在较大的毛管阻力，不利于co2突破水体的屏障作用。因此，在co2驱替过程中如何提高co2与水和co2与油的相互作用，快速突破水相以及提高页岩油的采收率，成为了页岩油水力压裂后驱替体系高效开发的关键。

3、目前的研究多围绕油水、油气、油-碳酸水和表面活性剂水溶液-油界面的相互作用等，但对水和co2复合体系研究较少。在已有报道的表面活性剂中，如非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧丙烯醚、酯类表面活性剂等可有效降低co2-原油之间的界面张力，且在co2中的溶解性较好，但上述表面活性剂亲水性能较差，对co2-水之间的界面张力影响甚微。而阴离子型或阳离子型表面活性剂，如aot，os，op-10等，可有效降低co2-水之间的界面张力，但其在co2中的溶解性较差，且对于co2-原油之间的界面张力影响较小。目前co2中使用的表面活性剂体系无法兼顾co2-油和co2-水界面张力的降低。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，针对于页岩储层大规模水力压裂之后地层含水的情况，通过对表面活性剂结构的精准设计，构筑一种可同时调控co2-油和co2-水界面张力的页岩油驱替体系。该体系具有很好的配伍性，同时可以适应于低孔低渗的页岩储层条件。

2、为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

3、一种可同时调控co2-油和co2-水界面张力的页岩油驱替体系，由以下质量百分比的组分组成：0.5％-1.6％的表面活性剂，余量为co2；

4、所述表面活性剂为非离子型表面活性剂，包括烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种或几种。

5、在一种可能设计中，所述表面活性剂化学结构式为cmeojpok，结构式如下：

6、

7、其中，所述表面活性剂分子中亲油端碳链长度m为4-8，亲水端聚氧乙烯醚eo链长度j为3-9，亲co2端聚氧丙烯醚po链长度k为3-9。

8、在一种可能设计中，所述表面活性剂结构式为c4eo3po6。

9、在一种可能设计中，所述可同时调控co2-油和co2-水界面张力的页岩油驱替体系，由以下质量百分比的组分组成：1.0％的表面活性剂，余量为co2。

10、本发明还公开了一种可同时调控co2-油和co2-水界面张力的页岩油驱替体系的制备方法，包括以下步骤：

11、s1.测定设定温度下，设定质量配比的表面活性剂和co2混合物的浊点压力；

12、s2.将所述设定质量配比的表面活性剂和co2混合物在高于设定温度的浊点压力下混合，即得到一种可同时调控co2-油和co2-水界面张力的页岩油驱替体系。

13、在一种可能设计中，所述s2中高于浊点压力下混合包括高于浊点压力4-5mpa下混合。

14、本发明还公开了一种可同时调控co2-油和co2-水界面张力的页岩油驱替体系在三次采油过程中降低co2-油界面张力、降低co2-水界面张力、降低co2-油混相压力和提升co2对油和水萃取膨胀方面的应用。

15、在co2驱替过程中，co2与油之间的相互作用和co2与水之间的相互作用有着明显的不同，当co2与油接触时，co2可以通过传质和扩散溶解作用等进入到油相中，从而改变油相的性质使得界面张力逐渐降低，最终实现co2和油的混相；而co2与水的相互扩散和溶解作用都较弱，即使当压力较高时co2与水之间也存在较大的界面张力，要实现co2与水混相极为困难。

16、co2-表面活性剂驱替体系仅考虑降低co2与油的界面张力和混相压力，所用表面活性剂亲水性较差，在油藏储层含水时不利于降低co2与水的界面张力，无法有效实现对水的突破，驱替体系的效果将大幅度减弱。

17、亲油-亲水型表面活性剂往往易溶于水，由于水的极性要远强于co2，因此，此类表面活性剂在co2中的溶解性很差。

18、亲油-亲co2表面活性剂中炔醇、聚氧丙烯、聚六氟氧丙烯、氟取代丙烯酸酯和硅氧烷等基团具有较强的亲co2性。但这些基团亲水性很差，co2是非极性分子，油分子属于弱极性，而水属于强极性的分子，所以在亲油-亲co2表面活性剂中加入亲水性基团时，会破坏分子原来的亲油-亲co2性质，要实现亲油-亲水-亲co2的平衡并非易事。

19、本发明的有益效果是：

20、(1)本发明所用驱替体系，通过将co2与表面活性剂在一定温度和一定压力下混合而成，通过对表面活性剂分子结构进行精准的设计，在co2中的浊点压力低，可适用的油田地层压力范围更广。本发明的表面活性剂在co2中的浊点压力仅为12-16mpa，以页岩储层为例，目前开发深度为2000m左右，以地层压力系数为0.01mpa/m计算，地层压力为20mpa左右，说明在地层压力以下驱替体系可以完全稳定，避免了因驱替压力过高而导致地层破裂或驱替压力较低表面活性剂从co2中分离等情况的发生。并且由于驱替体系中表面活性剂的浊点压力较低，表面活性剂与co2混合更为均匀，不需要加入助剂来协助表面活性剂的溶解，避免了驱替体系在地层中因压力波动或组成变化等导致发生相分离而影响开发效果。

21、(2)本发明所用驱替体系构成简单，体系稳定，其中的表面活性剂分子量较小，一方面可以增大表面活性剂在co2中的溶解性，另一方面可以减少其在微纳米孔隙结构页岩储层中堵塞的可能。本发明的驱替体系由分子量较小的表面活性剂与co2混合而成，构成简单，表面活性剂在co2中的溶解性较高，无需助溶剂的加入，在油藏储层条件下易于混合且较为稳定。

22、(3)烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚在降低原油-co2界面张力、降低水-co2界面张力以及原油-co2混相压力方面效果显著，且在提升co2密度以及促进co2对水和原油萃取能力方面具有有益作用。50℃时，本发明的驱替体系与原油的最小混相压力为18.89mpa，而co2与原油的最小混相压力为24.10mpa，降幅达21.20％，当压力为28mpa时，驱替体系与水的界面张力为6.62mn/m，同等压力下co2与水之间的界面张力为15.08mn/m，降幅达56.10％。同等温度和压力下，油滴的体积最大能缩小1.83μl，降幅达28.73％，水滴的体积缩小6.48μl，降幅达33.77％。当压力为15-20mpa时，驱替体系密度较co2密度最大可提升0.084g/cm3。本发明的驱替体系在与水和油具有较低的界面张力之外，可以同时提升对水和油的萃取作用，缩小与水和油的之间的密度差。本发明的驱替体系中表面活性剂中含有亲水基团，可以促进驱替体系在水中的溶解进而更容易突破水体与原油发生相互作用，从而提高采收率。