一种热力采油用耐高温的蒸汽化学辅助剂

摘要

本发明提供了一种新型的热力采油用耐高温的蒸汽化学辅助剂，包括可耐受高温的多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺非离子表面活性剂和互溶剂；其中按重量百分比计，多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺表面活性剂含量为65-85％，互溶剂含量为15-35％，该蒸汽化学辅助剂克服了现有技术化学驱油剂无法在高温下使用的技术瓶颈，可以在高达350℃的蒸汽氛围内具有高的稳定性和驱油性能，从而实现了将化学驱和蒸汽驱完美地有机结合，有利于降低采油成本，提高热力驱油采收率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油工业中用于辅助蒸汽吞吐和蒸汽驱采油的蒸汽化 学添加剂，具体地说涉及一种在蒸汽注入地层过程中，伴蒸汽注入的化学 助剂。

技术背景

随着对石油的不断开采，世界石油储量尤其是易开采易炼制的常规原 油不断减少，然而人们对于石油的需求仍然很大，因此稠油作为一种非 常规石油资源越来越受研究者的重视。现如今采用的主要开采方法有掺稀 降粘、加热降粘、乳化降粘和聚合物降粘等。其中蒸汽吞吐和蒸汽驱是目 前世界上稠油开采应用最广泛的开采方法，采用这两种方法是在注入高温 蒸汽后加热油层，使得原油粘度降低进行开采。然而，国内外的实践证明， 稠油体系较多沥青、胶质成分导致的粘稠流动困难，以及油藏地质条件复 杂性导致的蒸汽汽窜和蒸汽超覆现象，严重制约稠油热采手段的实际效 果。

化学驱技术是我国提高原油采油收率的主要技术措施之一，其中水溶 性聚合物和表面活性剂是实施化学驱的两种关键化学剂，通过聚合物的增 粘性扩大驱替液的波及面积，通过表面活性剂的界面活性提高驱替液的驱 油效率，进而实现大幅度提高原油采收油的目的。

如在蒸汽驱热力驱油操作中添加化学助剂，可将化学驱和蒸汽驱有机 结合，添加的化学助剂可起到增强稠油流动性、有效抑制汽窜以及增加蒸 汽作用面积、降低油水界面张力的作用，将有利于提高热力驱油采收率。 事实上，化学助剂广泛应用于油田原油采出上，将化学辅助剂用以辅助热 力驱油操作符合正常逻辑，因此在上个世纪80-90年代，美国进行了一系 列的原油热采辅助化学剂评估实验，对石油行业通用的阴离子、阳离子及 非离子表面活性剂进行了评估，但是不幸的是由于表面活性剂不能耐受蒸 汽驱高达350℃的高温，即使采用段塞注入的方式，即在蒸气注入的间歇 注入化学辅助剂，以避免化学辅助剂直接接触高温蒸气的操作方式，此系 列实验仍然没有达到预期成果，其不耐高温性已经严重影响了化学驱技术 在高温热采中的应用及推广。因此在整个90年代和21世纪初期，辅助蒸 汽提高采收率的化学剂没有受到重视，化学剂辅助热力采油报道逐渐减 少，2000年后在国外文献中的出现则非常罕见。但是2010年开始，随着 世界各地油田进入蒸汽吞吐采收原油后期，特别是采用蒸汽吞吐多轮次 后，石油开采量下降显著，此项技术逐渐开始受到重视。

由于地层岩石表面一般带负电荷，因此阳离子表面活性剂基本被排除 在驱油用表面活性剂之外，目前驱油用表面活性剂主要是阴离子型、非离 子型、高分子聚合物和两性型，可单独或复合使用，但均存在耐温性差、 用量大，使用成本高等缺点，而且增产效果不显著；此外，由于辅助化学剂 耐温性差，即使在热力驱油中使用，也不能直接蒸汽伴注，导致施工复杂， 成本较高，目前急需开发有效的热力驱油辅助化学剂，以有效开采稠油油 藏。

为此，国内外进行了大量研究和相关报道。CN201210103967.3公开了 一种海上稠油热化学采油方法，其采用换热器将注入水加热至150℃-200 ℃，然后向注入水加入石油酸盐表面活性剂和/或无机盐催化剂后注入稠油 油层进行驱油，对稠油有较好的乳化降粘效果，但是耐温性还是达不到蒸 汽驱的要求，事实上这是一种助剂加热水驱油方法；CN201210088826.9 公开了一种蒸汽驱辅助重力泄油采油方法，其是靠物理辅助手段而非化学 驱手段进行采油，其增大了泄油速度，提高了稠油开采的采收率； CN201010144443.X公开了一种稠油型有藏开采方法，向油层中的原油顺 利渗流中加入化学剂和热流体，有效解决原油在油层中的沥青质相析出问 题，使油层中的原油顺利渗流至油井，然后让原油从油井中升至地面，大 幅降低稠油型油藏开采成本，延长油井生产周期，增加油井产量； CN200910011365.3公开了一种底层催化氧化稠油热采方法，其在稠油蒸汽 吞吐或蒸汽驱动过程中，注入一种具有催化氧化和裂化双功能的催化剂， 并辅助以一定量的空气注入，在焖井或蒸汽驱期间在底层间发生催化氧化 和裂化功能，使原油轻质化降粘，同时生成能改善原油流动性的表面活性 剂。

然而，上述辅助剂均不能完全适用蒸汽驱采油的高温环境。开发合适 的蒸汽辅助化学剂十分困难，其受诸多性能条件和现场油层条件的制约， 另外受到蒸汽辅助采油高昂的蒸汽成本限制，要求蒸汽助剂必须成本低廉 或使用量低。对于蒸汽助剂，其首先必须能耐受蒸汽操作时350℃左右的 高温，而目前油田常用的表面活性剂或化学物质在此条件下，或者分解， 或者失效，不能使用，此外并应能在提高蒸汽波及体积、增强稠油流动性、 降低油水界面张力三个主要方面中的一个或几个方面起到切实可行的作 用。现有技术中还没有研究开发出新型的适应强、功能范围广的稠油热采 助剂，使之满足工业要求。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的技术问题，提供一种新型 的热力采油用耐高温的蒸汽化学辅助剂，它能有效改善原油中胶质和沥青 质的流动特性，提高热力驱油的波及能力，使岩石表面由油湿性向水湿性 转变，从而有利于原油被采出，达到提高原油采收率的目的。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种热力采油用耐高温 的蒸汽化学辅助剂，其特征是：由可耐受高温的多聚脂肪酸酰胺基烷基二 甲基叔胺非离子表面活性剂和互溶剂组成；其中按重量百分比计，多聚脂 肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺表面活性剂含量为65-85％，互溶剂含量为 15-35％；优选的，表面活性剂含量为70-80％，互溶剂为20-30％；更优选 的，表面活性剂含量为75％，互溶剂为25％；

其中所述的多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺的脂肪酸的来源为选 自具有C16-C22链长且含有双键的不饱和脂肪酸及其混合物；优选的，选 自具有C18链长且含有双键的不饱和脂肪酸及其混合物；更优选的，选自 油酸、亚油酸或亚麻酸及其混合物，其中，原料中亚油酸的含量按重量计 不低于50％。

本发明的多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺表面活性剂是由不饱和 脂肪酸聚合物为原料制备而成，原料为C16-C22不饱和脂肪酸的二聚、三 聚、多聚产物及其混合物产物；优选的，原料为C18不饱和脂肪酸的二聚、 三聚、多聚产物及其混合物产物。

所述的多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺表面活性剂中的烷基为乙 基、丙基或丁基。

采用醇、醚或醇醚混合物的表面活性剂互溶剂，形成稳定的微乳液， 表面活性剂互溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇和乙二醇 单丁醚中的一种或一种以上混合物。

所述的蒸汽化学辅助剂的水溶液为微乳液，在高温环境下稳定存在， 这个微乳液的形成，对化学剂在高温地层中的分散作用至关重要，区别于 以往互溶剂只是使不溶于水的化学剂溶于水的目的。在蒸汽吞吐和蒸汽驱 热力采油操作中，蒸汽化学辅助剂注入地层量按重量计为蒸汽注入地层量 的0.01～0.5％。

所述的蒸汽化学辅助剂的用途，其特征是：在蒸汽吞吐和蒸汽驱热力 采油过程中添加上述蒸汽化学辅助剂。

不饱和脂肪酸烷基链上分别包含C＝C双键结构，不饱和脂肪酸上的双 键在聚合反应中可相互结合，生成二聚、三聚及多聚脂肪酸产物，此不饱 和脂肪酸聚合物与N，N-二甲基-1，3-烷基二胺在一定条件下反应，即 可获取多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺，包括多聚脂肪酸酰胺基的乙基 二甲基叔胺、丙基二甲基叔胺、丁基二甲基叔胺多聚脂肪酸酰胺基烷基二 甲基叔胺为高分子聚合物，分子量大，活性强，热稳定性好，能够耐受高 达350℃的高温，从而能够适用于蒸汽驱油操作中，更为重要的是在蒸汽 热力采油中使用，其与油的互溶性好，能够有效溶解原油中的胶质和沥青 质，能够改善蒸汽流动，提高蒸汽波及范围，有效提高原油采收率。

多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺由不饱和脂肪酸烷基链上的C＝C双 键结合而成，形成环状、线状及网状分子结构，此分子结构与原油中胶质 和沥青质的分子结构类似，因此其能够有效溶解吸附在地层岩石上难以流 动的胶质和沥青质，形成水包油结构，从而使其可以有效采出。此外，多 聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺的叔胺活性基团，活性高，当溶解在热水 中时，可形成大量泡沫堵塞大孔径孔道，促使蒸气通入低渗地层，从而改 善蒸气流动，提高蒸汽波及范围，有效提高原油采收率。

多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺可由原料为C16-C22不饱和脂肪酸 的二聚、三聚及多聚产物制成，其均可有效提高原油热力驱油效果，但本 发明发现由C18链长不饱和脂肪酸制成的多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔 胺效果最为突出。C18不饱和脂肪酸有油酸(十八碳烯酸)、亚油酸(十八 碳二烯酸)及亚麻酸(十八碳三烯酸)三种形式，其中亚油酸及亚麻酸属 于多不饱和脂肪酸，在C18烷基链上分别包含一个、两个和三个不饱和C＝C 双键结构。作为生产原料，C18不饱和脂肪酸通常以油酸、亚油酸及亚麻 酸的混合物形式存在，这三种C18不饱和脂肪酸上的双键在聚合反应中相 互结合，生成的二聚、三聚及多聚脂肪酸产物中环状和网状结构居多，与 原油中胶质和沥青质包含的大量环状和网状分子结构类似，有良好的驱油 效果。由于环状和网状聚合结构大多由两个和三个不饱和C＝C双键结构聚 合形成，因此C18不饱和脂肪酸原料中的油酸、亚油酸及亚麻酸的相对含 量对生成的多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺热力辅助驱油性能有很大 影响，当原料中亚油酸含量＞50％时，C18不饱和脂肪酸生成的二聚、三聚 及多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺表面活性剂驱油效果特别突出。

由于多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺表面活性剂为非离子表面活 性剂，与水不互溶，无法均匀分散于水中，影响其在地层中的作用范围， 因此本发明使用低碳链醇、醚或醇醚混合物作为表面活性剂互溶剂，例如 甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、异丁醇和乙二醇单丁醚中的一种或一种以上 混合物作为表面活性剂互溶剂，改善多聚脂肪酸酰胺基烷基二甲基叔胺表 面活性剂的水溶液特性，以形成高温条件下稳定的微乳液。此微乳液操作 的方式区别于油田驱油中广为使用的化学辅助剂透明水溶液方式，此微乳 液操作方式避免了通常非离子表面活性剂水溶液在地层吸附量大的缺点， 并且能够使化学辅助剂在地层中随水有效分布，提高其使用效果，并减少 成本损耗。

发明所述的辅助热力驱油的蒸汽化学辅助剂，其总的使用量按重量计 为热力驱油使用的蒸汽量的0.01～0.5％。使用时可采用纯化学辅助剂或水 稀释的化学辅助剂伴蒸汽注入底层，注入时，根据地层地质状况，应保持 纯化学辅助剂的注入流量占蒸汽注入流量的0.01～0.5％；使用时也可采用 段塞注入的方式，在蒸汽注入的间隙，集中注入此化学辅助剂或此化学辅 助剂的水溶液，注入化学辅助剂的量应为热力驱油使用的蒸汽量的0.01～ 0.5％。特别值得提出的是，发明所述的辅助热力驱油的蒸汽化学辅助剂可 以在极低浓度下起作用，例如在0.01～0.02％，即100～200ppm的浓度范 围内起作用，原因在于其高分子量导致的低临界束胶浓度，使其可在低浓 度下起作用。

因此本发明原料简单便宜、使用方便、适合大规模生产，与现有技术 相比，用本发明所述的辅助热力驱油的蒸汽化学辅助剂，可以在高达350 ℃的蒸汽氛围内具有高的稳定性和驱油性能，从而实现了将化学驱和蒸汽 驱完美地有机结合，有利于降低采油成本，提高热力驱油采收率。

附图说明：

图1为实施例1驱油效率和含水率图

具体实施方式：

实施例一：

将75％多聚脂肪酸酰胺基丙基二甲基叔胺+25％异丁醇配制成辅助热力 驱油蒸汽化学添加剂，并将此辅助热力驱油蒸汽化学添加剂配置成0.1％ 的微乳液药剂，按照中国石化集团胜利石油管理局企业标准Q/SH 1020 1258-2005进行模拟蒸汽驱油实验，蒸汽温度为250℃，填砂模型规格为 Φ50×1000mm，实验采用的胜利稠油在50℃脱水脱气粘度为17314mpa.s， 模型渗透率为2.35dc。实验时，用高压计量泵以5mL/min的流量向阻尼器 系统注水，启动蒸气发生系统，使蒸汽发生器出口的蒸汽达到如下指标： 温度250℃，干度20％，压力4.1Mpa。利用电动阀将蒸汽转入管式模型系 统中，持续使用单纯蒸汽驱驱至原油含水率达到99％以上，称取产出液总 量，分离原油并计算原油质量。然后，同时启动药剂注入泵和注水泵，保 持药剂注入流量1ml/min，锅炉注水泵注入流量为4ml/min，干度为20％， 持续进行伴注药剂蒸汽驱油实验直至原油含水率达到99％以上，称取产出 液总量，分离原油并计算原油质量。

实验结果如图1所示，实验过程中，在0～3.8PV的单纯蒸汽驱阶段， 采出油的含水率逐渐上升，在3.5PV时含水率已经达到99％以上，驱油效 率曲线趋于平缓，表明单纯的蒸汽驱已经无法有效的驱出原油，单纯的蒸 汽驱已经失去意义，此时对应的管式模型驱油效率为53.3％。在经过蒸汽 中伴化学剂驱替后，采出液的含水率逐渐降低，产出油量明显增加，而驱 油效率在原有基础上有着显著的提高，表明蒸汽中伴注该化学剂后驱油效 果明显，最终实验的驱油效率达到72.2％。图中红色曲线为用软件拟合的 蒸汽驱外推驱油效率曲线，蒸汽驱外推驱油效率为58.1％，因此蒸汽中伴 注该化学剂驱可使管式模型驱油效率提高14.1％。

本发明采用的蒸汽化学辅助剂具有显著的驱油性能，在现有技术中， 既没有成功研究出具有在高温下辅助蒸汽驱的化学剂，也没有相关的报 道，本发明经过大量的实践摸索和实验，从上千种胺类驱油剂筛选出适合 的蒸汽化学驱油剂，而且取得了预料不到的效果。