[發明專利]一種用嵌段共聚物改進甜菜堿表面活性劑系統及其用途

有效

• 申請號: 201310397131.3
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103409126A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 吳斌;林增琪;林晨;吳安然
• 申請（專利權）人: 上海海瑰化工科技有限公司
• 主分類號: C09K8/588
• 分類號: C09K8/588;C09K8/584;E21B43/22
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;賈慧琴

技術領域

本發明屬于油田開發領域，涉及用于油田開發的化學驅油添加劑，具體地，涉及一種用嵌段共聚物改進甜菜堿表面活性劑系統及其用途，適用于低表面活性劑濃度，無堿加入的化驅系統（即化學驅油系統）。

背景技術

在通常油田開發中，最先的開采方法是利用油層本身能量開采，也就是一次采油。在這個階段，原油靠自身能量隨井管噴發而出。通常15-20%左右的油藏靠這樣（即一次采油）開發出來的。隨著開采的深入，當天然的能量由于衰減而無法滿足需要的時候，水或氣需要被注入油層來維持油井的產量或采收率，這是二次采油階段。另外15-20%的原油儲藏由二次開發而收獲。隨著二次采油的效率不斷下降，向油層注射流體或能量，利用所產生的物理，化學甚至生物作用，以此來提高產量或采收率-三次采油階段。這種向地層注入流體或能量來提高原油的產量或采收率的各種方法，通稱為強化采油?（Enhanced?Oil?Recovery?或者EOR），即三次采油。

二次采油效率下降的原因是，由于毛細作用力，剩余的原油以斷續的形式被束縛在油藏層的巖砂的空隙，造成原油無法隨注入水系統自由流動。普通的注水法無法有效克服這種毛細作用力，造成被注入水攜帶而出的原油越來越少，產油效率下降。這個毛細作用力可以在理論上用一個毛細管數來表示其大小。只有當原油的毛細管數被克服時，被束縛的原油才有可能被釋放。下面的公式可以用來估計注入水系統的所具有的毛細管數：

Nc?=?V?*??μ/IFT

其中，Nc是注入水系統的毛細管數，V是注入水系統的流速，μ是注入水系統的黏度，IFT是油水界面張力。只有當注入水系統的毛細管數大于一個臨界數值（臨界毛細管數）時，原油的毛細管數才能夠被克服。從這個公式可見，提高毛細管數的方法有以下幾種：1）提高流速；2）提高黏度；3）降低油水界面張力。

由于受注入設備和地層條件的限制，提高流速的空間非常有限。提高體系黏度（一般通過添加聚合物來實現）可以提高毛細管數一個數量級。而最有效的方法是降低油水界面張力，如果界面張力從通常不含表面活性劑時的10-30?dyn/cm（達因/厘米；1dyn/cm?=?1mN/m）降到~10^-3?dyn/cm的超低范圍，體系的毛細管數就此提升4個數量級。這個界面張力的減低通常是通過加入表面活性劑來實現的。

油水界面張力是兩種不同液體（油和水）互相排斥的結果。由于表面活性劑同時具有親油和親水的功能，它們聚集在油水界面形成單層或多層吸附。它們親油基團朝向油層，親水基團朝向水相。油水界面張力的降低程度取決于它們的親油作用和親水作用的平衡程度。當這兩種作用越相近，界面張力的數值越小。?當這兩種作用趨近平衡時，油水界面張力就可能進入超低界面張力區域（?~10^-3dyn/cm）。

傳統的表面活性劑為基礎的三次采油采用三元復配技術：即由表面活性劑、聚合物和堿三元復配形成。其中，表面活性劑是一類化學物質同時具有親油基團和親水基團。聚合物是一類高分子化學物質，當它們溶解在水里時，能夠形成高黏度的溶液。堿在是指無機類化學物質，它們能夠在水溶液中產生氫氧根離子，堿金屬氧化物（如氧化鈉），堿金屬氫氧化物（氫氧化鈉）以及強堿弱酸形成的鹽（碳酸鈉）等是這里所指的堿的代表。傳統的三元復配技術用于油田開發的三次采油，主要問題有：1）長期的堿的使用會造成地層的破壞，對采油和環境造成負面影響；2）堿的使用造成一些表面活性劑和聚合物的不穩定和分解，限制了對表面活性劑和聚合物的選擇。

傳統的三次采油的表面活性劑是陽離子型的，最常見的是石油磺酸鹽表面活性劑。它們通常和聚合物，堿同時使用，形成“三元復配系統”。?由于堿對地層和環境的副作用，堿的使用越來越受到限制。無堿的表面活性劑的單獨使用或者表面活性劑-聚合物“二元復配系統”正成為新的發展方向。

常規的三元復配系統中，堿在三次采油的主要作用是皂化原油中的酸性物質，使它們變成皂化的表面活性劑，利用這種就地產生的表面活性劑，來增加表面活性劑的總體濃度（減少實際加入的表面活性劑濃度，減低采油的成本）。?由于前述的堿的負面影響，新配方方向是尋找經濟有效的無堿的表面活性劑系統。但通常不加入堿的情況下，現有技術一般是通過提高表面活性劑的濃度來實現。在高表面活性劑濃度的條件下（表面活性劑的有效使用濃度在3%以上），由于表面活性劑所形成的膠束的溶解油的能力，這種含有表面活性劑的注入水系具有比單純注入水系更高的攜帶油的能力。但是這種只靠膠束溶解，產油能力的提高有限。而且由于表面活性劑的成本原因，這種高濃度的應用限制很大。