一种蠕虫状胶束泡沫体系以及用其提高采收率的方法

摘要

本发明涉及一种新型蠕虫状胶束增强的泡沫体系，所述体系包括特定的蠕虫状胶束和气体。本发明还提供了一种使用所述蠕虫状胶束增强的泡沫体系提高原油采收率的方法，其特征在于：将所述蠕虫状胶束与气体交替或所述蠕虫状胶束与气体在泡沫发生器中起泡后注入含油地层中。本发明使用蠕虫状胶束增强泡沫能获得非常稳定的泡沫体系，其能封堵高渗透储层，但不会堵塞低渗透储层，从而大大提高泡沫驱体系的原油采收率。

说明书

技术领域

本发明属于油田化学领域，涉及一种新型蠕虫状胶束泡沫体系以及用 其提高采收率的方法。所述方法可大幅度提高原油三次采油的采收率。

背景技术

在地下原油开采过程中，通常在地下含油层中钻入采出井。由于油藏 的自生压力，原油自动经由采出井流至地表，这称为一次采油。然而，由 于油藏的自生压力很快降低，一次采油仅能采出少量原油。在这种情况下， 需要进行二次采油，将水经由注水井注入地下含油层中，使地下储集岩中 的原油沿注水井至采出井的方向流动，由此采出原油。然而，一次采油和 二次采油仅能开采出地下原油的40%左右，大部分原油滞留在地下有待开 采。因此，热力采油、化学驱、气驱等三次采油提高采收率技术的开发应 用势在必行。

气驱是近年来发展最迅速的三次采油技术之一，烷烃、二氧化碳、氮 气甚至空气都可作为气驱的驱替剂。但是由于气体的低密度、低粘度和高 流动性，与水驱相比，受储层非均质性的影响更大，非常容易发生指进现 象，无法波及低渗透区域，使提高原油采收率效果受到限制。

通过加入表面活性剂，使气体以泡沫流体的形式驱替，由泡沫流体表 观粘度的增加而降低在高渗透层中的流动速度，提高波及系数，可提高原 油采收率。又由于起泡剂本身是表面活性剂，具有界面活性，可降低油/ 水界面张力，显著增大毛管数，可以发挥更好的效果，一次性地大幅度提 高原油采收率。

然而，对泡沫驱方法进行的大量室内和矿场试验表明，泡沫体系的不 稳定性阻碍了泡沫驱技术的成功推广应用。因此，需要增强泡沫驱体系中 泡沫的稳定性。

目前有两种方法可增强泡沫的稳定性，1)加入聚合物形成强化泡沫； 2)加入固相颗粒形成多相泡沫。

CN101314710A公开了一种泡沫调驱剂，其由功能聚合物水溶液与发 泡剂混合后配制而成，且调驱剂中发泡剂浓度为0.05～1wt％。

CN1651545A公开了一种提高油藏原油采收率的方法，其将聚丙烯酰 胺、泡沫剂和水的混合溶液与气体交替或按照地下液:气=1:0.01-2体积比 混合注入注水井中。

张贤松等，“聚合物强化泡沫复合驱油体系试验研究”，石油天然气 学报(江汉石油学院学报)，第28卷第2期，2006年4公开了一种聚合物强化 泡沫驱油体系，其能有效封堵油藏大孔道，改善层间吸入剖面，从而能较 大幅度地提高原油采收率。

李宾飞等，“多相泡沫体系调驱试验”，中国石油大学学报(自然科学 版)，第34卷第4期，2010年一种用于三次采油的多相泡沫体系，其通过复 配泡沫和聚合物冻胶微球而形成。

李兆敏等，“多相泡沫体系深部调剖实验研究”，油气地质与采收率， 第19卷第l期，2012年1月公开了一种新型深部调剖剂，其通过将凝胶微球 与泡沫复合体系(多相泡沫体系)复合而形成，其具有凝胶微球深部调剖和 泡沫封堵能力强的特点。

现有技术的聚合物强化泡沫体系和含有固相颗粒的多相泡沫可以增强 泡沫稳定性，但是，大尺寸的聚合物或固体颗粒在封堵高渗透储层的同时， 也会堵塞低渗透储层，使低渗透区域无法波及并造成油层伤害，使泡沫驱 体系的提高原油采收率效果受到限制。

发明简述

本发明人经过长期研究出人预料地首次发现，当使用蠕虫状胶束增强 泡沫时，不仅能获得非常稳定的泡沫体系，起到封堵高渗透储层的作用。 更重要的是，蠕虫状胶束体系是由分子尺寸仅为1～2nm的小分子在非共价 键作用下形成的分子有序组合体，具有快速解离和重组的特点，这使得蠕 虫状胶束所形成的高稳定泡沫体系不仅能够有效封堵高渗透储层，也能够 通过低渗透储层的纳米级孔隙结构，进而达到扩大波及区域并对储层无伤 害，从而大大改善泡沫驱体系的提高原油采收率效果。

因此，本发明的目的是克服所述现有技术缺点，首次提供了一种新型 蠕虫状胶束增强的泡沫体系以及用其提高原油采收率的方法。

发明详述

本发明首次提供了一种蠕虫状胶束增强的泡沫体系，所述体系包括特 定的蠕虫状胶束和气体。本发明还提供了一种使用所述蠕虫状胶束增强的 泡沫体系提高原油采收率的方法，其特征在于：将所述蠕虫状胶束与气体 在泡沫发生器中起泡后或将蠕虫状胶束与气体交替注入含油地层中。

本发明方法中所用的蠕虫状胶束可为本申请人于2013年7月18日提交 的中国专利申请201310300604.3中所述的蠕虫状胶束，所述体系包含烷基 磺基甜菜碱、烷基硫酸钠表面活性剂以及任选的助剂。

所述烷基磺基甜菜碱选自十六烷基磺基甜菜碱、十八烷基磺基甜菜碱 或其组合，所述烷基硫酸钠选自十烷基硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十四烷 基硫酸钠或其组合。

所述蠕虫状胶束体系还可包含助剂。合适的助剂是本领域所公知的。 具体地，所述助剂可以选自下列之一或者组合：聚环氧基琥珀酸钠、聚天 冬氨酸钠、羟基乙叉二膦酸四钠、氨基三甲叉膦酸五钠、乙二胺四甲叉膦 酸五钠、二亚乙基三胺五甲叉膦酸五钠。所述助剂能屏蔽二价金属离子Ca²⁺和Mg²⁺，提高该蠕虫状胶束体系与驱油效果相关的界面性能和粘弹性能和 泡沫性能。

本发明中所用的蠕虫状胶束体系可在总矿化度5000-20000mg/L，其中 含Ca²⁺和Mg²⁺总浓度为200-3500mg/L的矿化水中使用。本发明蠕虫状体系 具有优异的耐盐性，其可在Ca²⁺和Mg²⁺总浓度最高为3500mg/L的矿化水中 使用。

在优选实施方案中，本发明的蠕虫状胶束体系包含烷基磺基甜菜碱、 烷基硫酸钠表面活性剂和助剂。

本发明蠕虫状胶束体系中的烷基硫酸钠占烷基硫酸钠和烷基磺基甜菜 碱总摩尔量的摩尔分数为0.2-0.6，优选为0.2-0.4，更优选为0.2-0.3。

助剂的用量为0.0-0.5质量%，优选为0.15-0.35质量%，基于所述蠕虫 状胶束体系的总质量。本发明方法中所用的气体是本领域技术人员所已知 的，例如且不限于低级烷烃(如甲烷、乙烷、丙烷等)、二氧化碳、氮气、 空气、烟道气、天然气等。

在本发明方法中，将蠕虫状胶束与气体交替或所述蠕虫状胶束与气体 在泡沫发生器中起泡后注入含油地层中。在所述蠕虫状胶束与气体在泡沫 发生器中起泡后注入含油地层的情况下，所述蠕虫状胶束体系与所述气体 在标准条件下的体积比可为1:1-1:10，优选为1:1-1:5。

本发明使用蠕虫状胶束增强泡沫能获得非常稳定的泡沫体系，其能封 堵高渗透储层，但不会堵塞低渗透储层，从而大大改善泡沫驱体系的提高 原油采收率效果。

具体地，本发明涉及如下技术方案：

1.一种蠕虫状胶束增强的泡沫体系，所述体系包括蠕虫状胶束和用于 起泡的气体，所述蠕虫状胶束包含烷基磺基甜菜碱、烷基硫酸钠表面活性 剂。

2.根据1的体系，其中所述烷基磺基甜菜碱选自十六烷基磺基甜菜碱、 十八烷基磺基甜菜碱或其组合。

3.根据1或2的体系，其中所述烷基硫酸钠选自十烷基硫酸钠、十二烷 基硫酸钠、十四烷基硫酸钠或其组合。

4.根据1-3中任一项的体系，所述蠕虫状胶束还包含助剂。

5.根据权利要求4的体系，其中所述助剂选自下列之一或者组合：聚 环氧基琥珀酸钠、聚天冬氨酸钠、羟基乙叉二膦酸四钠、氨基三甲叉膦酸 五钠、乙二胺四甲叉膦酸五钠、二亚乙基三胺五甲叉膦酸五钠。

6.根据1-5中任一项的体系，其中烷基硫酸钠占烷基硫酸钠和烷基磺基 甜菜碱总摩尔量的摩尔分数为0.2-0.6，优选为0.2-0.4，更优选为0.2-0.3。

7.根据1-6中任一项的体系，其中所述气体为低级烷烃、二氧化碳、氮 气、空气、烟道气或天然气或其混合物。

8.一种使用1-7中任一项的蠕虫状胶束增强的泡沫体系提高原油采收 率的方法，其特征在于：将所述蠕虫状胶束与气体交替地注入含油地层中， 或者将所述蠕虫状胶束与气体在泡沫发生器中起泡后注入含油地层中。

9.根据8的方法，其中所述蠕虫状胶束与所述气体在标准条件下的体 积比可为1:1-1:10，优选为1:1-1:5。

实施例

下面通过实施例更详细地描述本发明，但是这些实施例不以任何方式 限定本发明的范围。

实施例1：十六烷基磺基甜菜碱/十二烷基硫酸钠蠕虫状胶束增强的泡沫驱 油体系

1.蠕虫状胶束的制备：称取0.28g十二烷基硫酸钠和1.18g十六烷基磺 基甜菜碱(其中十二烷基硫酸钠占十二烷基硫酸钠和十六烷基磺基甜菜碱 总摩尔量的摩尔分数为0.25)于500ml烧杯中并加入不同量的总矿化度为 8951mg·L^-1，其中Ca²⁺浓度为200mg·L^-1，Mg²⁺浓度为100mg·L^-1的矿化水。 在35℃下，利用德国IKA-WATERKE搅拌机在200转/分下搅拌10分钟至溶 液混合均匀，放置60分钟。

2.蠕虫状胶束泡沫体系发泡能力和泡沫稳定性实验

所制备的蠕虫状胶束溶液100ml采用搅拌法在7000转/分的下搅拌3分 钟，迅速将其倒入量筒中并读取记录起泡体积；然后再用秒表记录析出 50ml液体所需的时间。

下表1显示了不同浓度下，十六烷基磺基甜菜碱/十二烷基硫酸钠混合 体系的粘度(η)和泡沫半衰期，其中测试温度为60℃，十二烷基硫酸钠占十 二烷基硫酸钠和十六烷基磺基甜菜碱总摩尔量的摩尔分数为0.25。其中表 面活性剂质量分数基于该体系的总重量。由表1可以看出，对该体系而言当 表面活性剂总质量分数高于0.22%时，该体系的粘度高于水的粘度，这表 明体系中形成了蠕虫状胶束；形成蠕虫状胶束体系的泡沫稳定性要显著高 于普通表面活性剂溶液。当表面活性剂质量分数为0.73%时，泡沫的半衰 期为3600秒。

表面活性剂质量分数/% 粘度/mpa.s 起泡体积/ml 泡沫半衰期/s 0.07 0.56 380 272 0.15 1.15 360 410 0.22 2.01 350 683 0.30 4.61 330 1187 0.37 10.2 280 1620 0.55 52.8 240 3340 0.73 148.7 190 3600

3.室内模拟驱油实验

(1)蠕虫状胶束泡沫体系制备：上述十六烷基磺基甜菜碱/十二烷基硫 酸钠，其中总表面活性剂浓度为0.73%，十二烷基硫酸钠的摩尔分数为0.25； 发泡用气体为空气；控制气液比为1:1，在泡沫发生器中起泡。

锦州油区原油密度0.935g.cm^-3，粘度82mPa.s(50℃)；

配方在60℃下剪切速率为6s^-1时粘度144.7mPa.s，与锦州油区原油混合 后的界面张力2.0×10^-2mN·m^-1(60℃)；

(2)驱油效果实验

驱油用模拟填砂管制备和基本数据(实验温度为60℃)：

填砂模型为Φ25mm×500mm，水测渗透率为1169mD；

在60℃下进行模拟驱油实验，首先盐水驱至采出液含水率98%，然后 再注入1.2PV的蠕虫状胶束泡沫驱油液，注完后改为盐水驱至压差稳定，发 现对于1169mD的填砂管，蠕虫状胶束泡沫驱油体系可在水驱基础上进一步 提高原油采收率达38.8%。

由此可见，本发明的蠕虫状胶束泡沫体系可大大提高原油采收率。

对比实施例1

按照中国专利申请201310300604.3中所述的方法利用总矿化度为 8951mg·L^-1，其中Ca²⁺浓度为200mg·L^-1，Mg²⁺浓度为100mg·L^-1的矿化 水配制蠕虫状胶束体系，即十二烷基硫酸钠的摩尔分数为0.25的十六烷基 磺基甜菜碱/十二烷基硫酸钠体系，发现在总表面活性剂浓度为0.73%下， 当填砂模型渗透率为1169mD时，蠕虫状胶束驱提高采收率为23.2%。

由上述对比实施例可以看出，本发明的蠕虫状胶束泡沫驱油体系在相 同的条件下比中国专利申请201310300604.3中所述的蠕虫状胶束体系的提 高采收率效果高出15.6%。

实施例2

按照实施例1的程序，制备蠕虫状胶束泡沫驱油体系，不同之处在于使 用十八烷基磺基甜菜碱/十二烷基硫酸钠作为原料。

在988mD的填砂管上的研究表明，该蠕虫状胶束泡沫驱油体系可在水 驱基础上进一步提高原油采收率达39.1%。

实施例3

按照实施例1的程序，制备蠕虫状胶束泡沫驱油体系，不同之处在于使 用十六烷基磺基甜菜碱/十烷基硫酸钠作为原料。

在1260mD的填砂管上的研究表明，该蠕虫状胶束泡沫驱油体系可在水 驱基础上进一步提高原油采收率达40.5%。

实施例4

按照实施例1的程序，制备蠕虫状胶束泡沫驱油体系，不同之处在于使 用十八烷基磺基甜菜碱/十烷基硫酸钠作为原料。

在895mD的填砂管上的研究表明，该蠕虫状胶束泡沫驱油体系可在水 驱基础上进一步提高原油采收率达38.6%。

本发明使用蠕虫状胶束增强泡沫能获得非常稳定的泡沫体系，其能封 堵高渗透储层，但不会堵塞低渗透储层，从而大大改善泡沫驱体系的提高 原油采收率效果。