耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系及其制备方法和应用

摘要

本发明提出一种耐温抗盐纳米非均相复合驱油体系及其制备方法和应用,属于石油开采、输送和化工技术领域。本发明提供的耐温抗盐纳米非均相复合驱油体系由预交联凝胶颗粒、速溶聚合物和纳米渗吸剂分步复配而成，在温度≤90℃，总矿化度≤32868mg/L的条件下，体系具有更高的粘度和粘弹性，能够深入渗透率≤50×10‑3μm2的地层中发挥驱油作用。

说明书

技术领域

本发明属于石油开采、输送和化工技术领域，涉及一种耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系及其制备方法和应用。

背景技术

我国发现的低渗透油田占新发现油藏的一半以上，而低渗透油田产能建设的规模则占油田产能建设规模总量的70%以上，低渗透油田成为油田开发建设的主战场。低渗透油田最基本的特点就是流体渗透能力差、产能低，我国低渗透油田平均采收率仅有21.4%。

预交凝胶颗粒是一种新型深部液流转向剂，吸水膨胀后具有弹性，压力作用下能够变形通过孔隙，在油田应用中取得了较高的控水增油效果。尽管预交联凝胶颗粒在地层中具有变形特性和选择性进入等特点，但由于吸水溶胀后颗粒的尺寸较大，难以进入较低渗透率的地层进行深部调驱。

现有技术中公开了一种预交联凝胶颗粒、聚合物与表面活性剂非均相复合驱油体系（孙焕泉，《聚合物驱后井网调整与非均相复合驱先导试验方案及矿场应用》[J]，油气地质与采收率，2014），其所记载的非均相复合驱油体系中表面活性剂为石油磺酸盐和非离子表面活性剂GD-3。受限于自身分子结构，石油磺酸盐耐盐性能较差，非离子表面活性剂GD-3耐温效果欠佳。此外，还公开了一种PPG、聚合物和表面活性剂非均相复合驱油体系（崔晓红，《新型非均相复合驱油方法》[J]，石油学报，2011），但由于传统粘弹性颗粒驱油剂PPG吸水膨胀后的颗粒尺寸远大于预交联凝胶颗粒，因此，粘弹性颗粒驱油剂PPG所形成的非均相复合驱油体系难以进入较低渗透率的地层发挥作用。因此，耐温抗盐性能更好、稳定性更好、吸水膨胀后粒径更小的非均相复合驱油体系，发挥协同增效作用，提高低渗油藏采收率具有重要意义。

发明内容

本发明提出一种耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系及其制备方法和应用，该非均相纳米复合驱油体系各组分在温度≤90℃、矿化度≤32868mg/L、渗透率≤50×10

为了达到上述目的，本发明提供了一种耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系的制备方法，包括如下步骤：

称取表面活性剂，并加入到纳米水分散液中，得到纳米渗吸剂溶液；

称取速溶聚合物和模拟盐水，在搅拌状态下，将速溶聚合物缓慢加入到模拟盐水中，得到聚合物溶液；

称取预交联凝胶颗粒和模拟盐水，在搅拌状态下，将预交联凝胶颗粒缓慢加入到模拟盐水中，得到预交联凝胶颗粒溶液；

将所得聚合物溶液按体积比加入到预交联凝胶颗粒溶液中，搅拌混匀后，向体系中加入纳米渗吸剂溶液，搅拌混匀后，得到耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系。

作为优选，以380-420 r/min将速溶聚合物样品加入到模拟盐水中，然后以680-720r/min搅拌均匀，至所得溶液浓度为5000mg/L，使用时，稀释溶液浓度为2000-5000mg/L；

以380-420 r/min将预交联凝胶颗粒样品加入到模拟盐水中，然后以480-520r/min搅拌均匀，至所得溶液浓度为5000mg/L，使用时，稀释溶液浓度为1250-4500mg/L。

作为优选，所加入的表面活性剂的分子式为：

式中，R

作为优选，所加入的纳米水分散液选自纳米SiO

作为优选，所加入的纳米渗吸剂粒径的中值范围为20-100nm，所加入的预交联凝胶颗粒溶胀后的粒径中值范围为300-500μm。可以理解的是，本方案中所加入的预交联凝胶颗粒可商购获得，例如可选自品牌号为HJK-3、CQKL-1及SAK-3的预交联凝胶颗粒。

作为优选，所述纳米渗吸剂溶液中纳米渗吸剂的质量浓度为0.3%-0.5%，所述聚合物溶液中速溶聚合物的质量浓度为1000mg/L-2000mg/L，所述预交联凝胶颗粒溶液中预交联凝胶颗粒的质量浓度为500mg/L -1500mg/L。

作为优选，所加入的速溶聚合物的分子式为：

式中，R

可以理解的是，Re、Mo核外电子层有空的d轨道，与PPG分子、纳米渗吸剂分子中N原子及O原子核外孤对电子发生作用，形成分子间作用力，起到协同增效的作用。

作为优选，所加入的聚合物溶液与预交联凝胶颗粒溶液的体积比为（1-2）：1。

本发明还提供了一种根据上述任一项技术方案所述的制备方法制备得到的耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系。

本发明还提供了一种根据上述技术方案所述的耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系在温度≤90℃、矿化度≤32868mg/L、渗透率≤50×10

作为优选，在35℃、矿化度32868mg/L条件下，其水分散体系弹性模量≥2.98Pa；在高温90℃下、矿化度32868mg/L条件下水分散体系粘度(5000mg/L)≥64.3mPa•s；在50℃、矿化度32868mg/L条件下，洗油率≥32.85%

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明提供的耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系由预交联凝胶颗粒、速溶聚合物、纳米渗吸剂复配而成。预交联凝胶颗粒、速溶聚合物及纳米渗吸剂分子结构本身具有良好的稳定性，在一定温度、矿化度范围内(温度≤90℃，总矿化度≤32868ppm)，不发生分解。

2、本发明提供的耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系中纳米渗吸剂具有优异的渗吸采油性能，能够将聚合物分子牢牢束缚在预交联凝胶颗粒分子中，从而增强体系的稳定性。此外，纳米渗吸剂、速溶聚合物以及预交联凝胶颗粒三者之间由于存在较强烈的分子间作用力，能够协同作用形成较大的空间位阻，因而可有效改善体系的悬浮性能，促使颗粒沉降的速度大大减缓。

3、本发明提供的耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系，在一定温度、矿化度范围内(温度≤90℃，总矿化度≤32868mg/L)，预交联凝胶颗粒与速溶聚合物溶液复配后具有更高的粘度及粘弹性，可将纳米渗吸剂携带入更深更小的孔隙中，由于纳米渗吸剂的粒径中值在20-100nm，因而可使该体系更容易在渗透率≤50×10

具体实施方式

为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系的制备方法及应用，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

模拟盐水的配制：在10kg天平上放置一5L细口瓶，向细口瓶中加入4831.8g 蒸馏水，放入磁力搅拌子后将其置于磁力搅拌器上，开动搅拌器，使溶液形成旋涡，按顺序加入以下物质：无水氯化钙9.716g、六水合氯化镁7.344g、氯化钠151.19g。每加入一种试剂待其完全溶解后再加入另一种试剂。用磁力搅拌器搅拌15min后待用。所得溶液总矿化度为32868mg/L，其中钙离子和镁离子总量为874mg/L。

产品性能测定方法：

1、固含量

1.1 称量清洁且已干燥至恒重的称量瓶质量，精确至0.0001g，记作m

1.2 在已恒重的称量瓶中加入约2g粘弹性颗粒驱油剂试样，使试样均匀平铺于称量瓶中，精确至0.0001g，记为m

1.3 将1.2中装有试样的称量瓶置于恒温干燥箱中，于（120±2）℃下恒温烘干2h。

1.4 取出称量瓶，放入干燥器内，冷却30 min 后称量，精确至0.0001 g，记为m

1.5 一个样品做三个平行样，然后以算术平均值作为测定结果。当单个值与算术平均值偏差大于0.5%时，需要重新取样测定。

1.6 固含量S按下式计算：

S=（m

式中：

S——固含量，%；

m

m

m

2、水分散体系粘度

2.1 取耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系模拟盐水（矿化度32868mg/L）适量。

2.2 按流变仪操作说明书进行开机、条件设置，测定温度设置为90℃，将待测溶液移入测量筒中，恒温3min，选择同轴圆筒模式，转子型号CC27，剪切速率设置为7.34s

2.3 每个样品应按1.1～1.2做3个平行样，每个测定值与算术平均值相对误差不大于10％，取算术平均值为测定结果。

3、水分散体系弹性模量

3.1 取耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系模拟盐水（矿化度32868mg/L）适量。

3.2 按流变仪操作说明书进行开机、条件设置，测定温度设置为35℃，选择平板模式，转子型号PP60Ti，取测试液适量于平板上，设置间隙为200μm，使机头下降到设置的间隙，擦去多余的试液。按流变仪操作说明书测定水分散体系的弹性模量。

3.3 每个样品应按2.1～2.2做3个平行样，每个测定值与算术平均值相对误差不大于10％，取算术平均值为测定结果。

4、洗油率

4.1 将0.8mm-1.2mm的石英砂（或地层岩心碎屑）洗净，烘干后与目的层原油（密度ρ）按6:1混合均匀，放置2h以上。（油砂不能太稀，否则重新调整油砂比例）；

4.2 在磨口刻度渗吸瓶（Amott cell）中加入非均相纳米复合驱油体系溶液500mL，在50℃下恒温60min；

4.3 加入m

4.4 观察并记录洗出油量V；

4.5 取出油砂并用溶剂洗净晾干称重，记为m

4.6 洗油率计算

P=（Vρ/ m

式中：

P-洗油率，%；

V-排出油的体积，mL；

m

m

ρ-实验原油密度，g/cm

5、界面张力

用蒸馏水配制0.3%的样品溶液，取配制好的溶液，在70℃条件下，以煤油作为低密度相，按SY/T 5370-1999中3.3规定的旋转滴法测定其界面张力值，连续测量三次，取其平均值。

6、溶胀后粒径中值

取纳米渗吸剂样品或模拟盐水配制的5000mg/L的预交联凝胶颗粒适量，在激光颗粒分布测量仪上按其操作步骤测粒径中值（D50）。

实施例1

按量称取所需的表面活性剂和纳米SiO

准确称取1.1071g速溶聚合物样品（R

准确称取5.5036g 预交联凝胶颗粒样品，称取994.4964g模拟盐水于1000mL广口瓶中，开启恒速搅拌器在（400±20）r/min下沿漩涡壁30 s内慢慢加入试样，然后在搅拌速率为（500±20）r/min下搅拌2 h，所得溶液浓度为5000mg/L，用玻璃棒稍微搅拌再稀释溶液浓度为2000mg/L。

按照体积比2:1，将配好的聚合物溶液加入到预交联凝胶颗粒溶液中，搅拌混匀，再向体系中加入与预交联凝胶颗粒等体积配好的纳米渗吸剂溶液，继续充分搅拌混匀，得到耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系JXQ-1，JXQ-1中预交联凝胶颗粒浓度500mg/L、速溶聚合物浓度1000mg/L、纳米渗吸剂浓度0.3%。其中，表面活性剂的分子式如下所示：

实施例2

按量称取所需的表面活性剂和纳米SiO

准确称取1.1049g速溶聚合物样品（R

准确称取5.4867g 预交联凝胶颗粒样品，称取994.5133g模拟盐水于1000mL广口瓶中，开启恒速搅拌器在（400±20）r/min下沿漩涡壁30 s内慢慢加入试样，然后在搅拌速率为（500±20）r/min下搅拌2 h，所得溶液浓度为5000mg/L，用玻璃棒稍微搅拌再稀释溶液浓度为1250mg/L。

按照体积比1:1，将配好的聚合物溶液加入到预交联凝胶颗粒溶液中，搅拌混匀，再向体系中加入0.5倍上述体积配好的纳米渗吸剂溶液，继续充分搅拌混匀，得到耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系JXQ-2，JXQ-2中预交联凝胶颗粒浓度500mg/L、速溶聚合物浓度2000mg/L、纳米渗吸剂浓度0.5%。其中，表面活性剂的分子式如下所示：

实施例3

按量称取所需的表面活性剂和纳米SiO

准确称取1.1029g速溶聚合物样品（R

准确称取5.4831g 预交联凝胶颗粒样品，称取994.5169g模拟盐水于1000mL广口瓶中，开启恒速搅拌器在（400±20）r/min下沿漩涡壁30 s内慢慢加入试样，然后在搅拌速率为（500±20）r/min下搅拌2 h，所得溶液浓度为5000mg/L，用玻璃棒稍微搅拌再稀释溶液浓度为4500mg/L。

按照体积比1.5:1，将配好的聚合物溶液加入到预交联凝胶颗粒溶液中，搅拌混匀，再向体系中加入0.5倍预交联凝胶颗粒体积配好的纳米渗吸剂溶液，继续充分搅拌混匀，得到耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系JXQ-3，JXQ-3中预交联凝胶颗粒浓度1500mg/L、速溶聚合物浓度2000mg/L、纳米渗吸剂浓度0.5%。其中，表面活性剂的分子式如下所示：

实施例4

按量称取所需的表面活性剂和纳米SiO

准确称取1.1045g速溶聚合物样品（R

准确称取5.4843g 预交联凝胶颗粒样品，称取994.5157g模拟盐水于1000mL广口瓶中，开启恒速搅拌器在（400±20）r/min下沿漩涡壁30 s内慢慢加入试样，然后在搅拌速率为（500±20）r/min下搅拌2 h，所得溶液浓度为5000mg/L，用玻璃棒稍微搅拌再稀释溶液浓度为3000mg/L。

按照体积比1:1，将配好的聚合物溶液加入到预交联凝胶颗粒溶液中，搅拌混匀，再向体系中加入等体积配好的纳米渗吸剂溶液，继续充分搅拌混匀，得到耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系JXQ-4，JXQ-4中预交联凝胶颗粒浓度1000mg/L、速溶聚合物浓度1500mg/L、纳米渗吸剂浓度0.4%。其中，表面活性剂的分子式如下所示：

实施例5

按量称取所需的表面活性剂和纳米SiO

准确称取1.1079g速溶聚合物样品（R

准确称取5.5006g 预交联凝胶颗粒样品，称取994.4994g模拟盐水于1000mL广口瓶中，开启恒速搅拌器在（400±20）r/min下沿漩涡壁30 s内慢慢加入试样，然后在搅拌速率为（500±20）r/min下搅拌2 h，所得溶液浓度为5000mg/L，用玻璃棒稍微搅拌再稀释溶液浓度为3750mg/L。

按照体积比1:1，将配好的聚合物溶液加入到预交联凝胶颗粒溶液中，搅拌混匀，再向体系中加入0.5倍体积配好的纳米渗吸剂溶液，继续充分搅拌混匀，得到耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系JXQ-5，JXQ-5中预交联凝胶颗粒浓度1500mg/L、速溶聚合物浓度2000mg/L、纳米渗吸剂浓度0.3%。其中，表面活性剂的分子式如下所示：

对比例1

按量称取所需的表面活性剂和纳米SiO

准确称取1.1071g速溶聚合物样品（R

按照体积比1:2，将配好的纳米渗吸剂溶液加入到聚合物溶液中，搅拌混匀，得到耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系JXQ-6，JXQ-6中速溶聚合物浓度1000mg/L、纳米渗吸剂浓度0.3%。其中，表面活性剂的分子式如下所示：

对比例2

准确称取1.1049g速溶聚合物样品（R

准确称取5.4867g 预交联凝胶颗粒样品，称取994.5133g模拟盐水于1000mL广口瓶中，开启恒速搅拌器在（400±20）r/min下沿漩涡壁30s内慢慢加入试样，然后在搅拌速率为（500±20）r/min下搅拌2 h，所得溶液浓度为5000mg/L，用玻璃棒稍微搅拌再稀释溶液浓度为1250mg/L。

按照体积比1:1，将配好的聚合物溶液加入到预交联凝胶颗粒溶液中，搅拌混匀，得到耐温抗盐非均相复合驱油体系JXQ-7，JXQ-7中预交联凝胶颗粒浓度500mg/L、速溶聚合物浓度2000mg/L。

对比例3

按量称取所需的渗吸剂（表面活性剂）配成浓度为3.0%溶液；

准确称取1.1029g速溶聚合物样品（R

准确称取5.4831g 预交联凝胶颗粒样品，称取994.5169g模拟盐水于1000mL广口瓶中，开启恒速搅拌器在（400±20）r/min下沿漩涡壁30 s内慢慢加入试样，然后在搅拌速率为（500±20）r/min下搅拌2 h，所得溶液浓度为5000mg/L，用玻璃棒稍微搅拌再稀释溶液浓度为4500mg/L。

按照体积比1.5:1，将配好的聚合物溶液加入到预交联凝胶颗粒溶液中，搅拌混匀，再向体系中加入0.5倍预交联凝胶颗粒体积配好的渗吸剂溶液，继续充分搅拌混匀，得到耐温抗盐非均相复合驱油体系JXQ-8，JXQ-8中预交联凝胶颗粒浓度1500mg/L、速溶聚合物浓度2000mg/L、渗吸剂浓度0.5%。其中，渗吸剂的分子式如下所示：

对比例4

按量称取所需的表面活性剂和纳米SiO

准确称取5.4843g 预交联凝胶颗粒样品，称取994.5157g模拟盐水于1000mL广口瓶中，开启恒速搅拌器在（400±20）r/min下沿漩涡壁30 s内慢慢加入试样，然后在搅拌速率为（500±20）r/min下搅拌2 h，所得溶液浓度为5000mg/L，用玻璃棒稍微搅拌再稀释溶液浓度为2000mg/L。

按照体积比1:1，将配好的纳米渗吸剂溶液加入到预交联凝胶颗粒溶液中，搅拌混匀，得到耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系JXQ-9，JXQ-9中预交联凝胶颗粒浓度1000mg/L、纳米渗吸剂浓度0.4%。其中，表面活性剂的分子式如下所示：

对比例5

按量称取所需的表面活性剂和纳米SiO

准确称取1.1079g速溶聚合物样品（R

准确称取5.5006g PPG样品，称取994.4994g模拟盐水于1000mL广口瓶中，开启恒速搅拌器在（400±20）r/min下沿漩涡壁30 s内慢慢加入试样，然后在搅拌速率为（500±20）r/min下搅拌2 h，所得溶液浓度为5000mg/L，用玻璃棒稍微搅拌再稀释溶液浓度为3750mg/L。

按照体积比1:1，将配好的聚合物溶液加入到粘弹性颗粒驱油剂PPG溶液中，搅拌混匀，再向体系中加入0.5倍体积配好的纳米渗吸剂溶液，继续充分搅拌混匀，得到耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系JXQ-10，JXQ-10中粘弹性颗粒驱油剂PPG浓度1500mg/L、速溶聚合物浓度2000mg/L、纳米渗吸剂浓度0.3%。其中，表面活性剂的分子式如下所示：

实验过程中配制了一系列JXQ-1、JXQ-2、JXQ-3、JXQ-4、JXQ-5、JXQ-6、JXQ-7、JXQ-8、JXQ-9、JXQ-10非均相复合驱油体系溶液。其中，按照产品性能测定方法，性能对比情况如下。

注：

[1] 产品性能测定方法中1固含量测试条件120℃、2h下测定速溶聚合物结果；

[2] 产品性能测定方法中1固含量测试条件120℃、2h下测定预交联凝胶颗粒结果；

[3] 《粘弹性颗粒驱油剂技术要求Q/SH1020 2374 2020》中6.2固含量测试条件105℃、2h下测定结果；

[4] 产品性能测定方法中2水分散体系粘度测试条件90℃、矿化度32868mg/L下测定结果；

[5] 《粘弹性颗粒驱油剂技术要求Q/SH1020 2374 2020》中6.8.2水分散体系粘度测试条件75℃、矿化度19334mg/L下测定结果；

[6] 产品性能测定方法中4水分散体系弹性模量测试条件35℃、矿化度32868mg/L下测定结果；

[7] 《粘弹性颗粒驱油剂技术要求Q/SH1020 2374 2020》中6.7.2水分散体系弹性模量测试条件25℃、矿化度19334mg/L下测定结果；

[8] 产品性能测定方法中2洗油率测试条件50℃下测定结果。

由上表可以看出，实施例中JXQ-1、JXQ-2、JXQ-3、 JXQ-4、JXQ-5技术指标均明显高于对比例JXQ-6、JXQ-7、JXQ-8中的技术要求，表明由预交联凝胶颗粒、纳米聚合物及纳米渗吸剂形成的耐温抗盐非均相纳米复合驱油体系能够大幅改善单一聚合物或预交联凝胶颗粒的水分散体系及水分散体系弹性模量，并且两者形成的复配体系可将纳米渗吸剂携带入更深更小的孔隙中，从而提高低渗油藏条件下的洗油率，更好发挥驱油效果。

可以理解的是，对比例1为实施例1中未加入预交联凝胶颗粒，由纳米渗吸剂与速溶聚合物直接复配；对比例4为实施例4中未加入速溶聚合物，由纳米渗吸剂与预交联凝胶颗粒直接复配。结合表中数据可知，在对比例1与对比例4所形成的非均相纳米复合驱油体系中，预交联凝胶颗粒因无法与聚合物形成复配体系，大量分布的粘弹性预交联凝胶颗粒颗粒无法与粘稠的本体溶液形成结构粘度， 从而使得该单一速溶聚合物与纳米渗吸剂溶液及单一预交联凝胶颗粒与纳米渗吸剂形成的非均相体系粘度、粘弹性增加不明显。

对比例2为实施例2中未加入纳米渗吸剂，由速溶聚合物与预交联凝胶颗粒两者形成的复合驱油体系中分子间作用力相对较弱，体系的悬浮性能降低，从而体系粘度及弹性模量均表现出一定程度的下降。此外，洗油率及界面张力指标均针对含有表面活性剂的体系而言，由于对比例2中未加入纳米渗吸剂（属于表面活性剂），因此，对比例2所形成的非均相复合体系中难以协同发挥调剖和洗油的效果。

对比例3为将实施例3中纳米渗吸剂换成普通渗吸剂，普通渗吸剂粒径中值为72μm，远超出权利要求5中对于渗吸剂粒径中值的要求；对比例5为将实施例5中预交联凝胶颗粒替换为粘弹性颗粒驱油剂PPG，传统粘弹性颗粒驱油剂PPG吸水膨胀后粒径中值1231μm，远超出权利要求7中对于预交联凝胶颗粒溶胀后粒径中值的要求。因而，对比例1与对比例5所形成的非均相复合驱油体系中难以在低渗透率地层中进行深部调驱，洗油率均大幅降低。