專利名稱：溶致液晶驅(qū)油體系及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面活性劑溶致液晶體系及其制備方法，屬于石油三次采油技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石油是一種非再生性的能源，是發(fā)展石化工業(yè)的基礎(chǔ)原料，同時(shí)也是國家的重要的戰(zhàn)略物資。石油的開采可分為三個(gè)階段，最初開發(fā)油田時(shí)，利用地下能量進(jìn)行自噴，直到油田天然能量降低到一定程度，原油不能自噴時(shí)稱為一次采油，其釆收率一般為15%左右。為了增加油田的可采儲(chǔ)量，通過注水使油藏能量恢復(fù)進(jìn)行開采，其采收率達(dá)到30% 40%,稱為二次采油。當(dāng)二次采油末期油井產(chǎn)出液中含水達(dá)到95%，再注水開采就沒有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，就需要開展三次采油，亦稱為強(qiáng)化開采技術(shù)(Enhanced Oil Recovery, EOR)。
在注水結(jié)束后，油藏中的剩余油以不連續(xù)油塊(oilganglia)被圈捕在油砂的孔隙結(jié)構(gòu)中，此時(shí)每個(gè)油塊受到兩種力的作用(粘滯力和驅(qū)動(dòng)力)，可用一個(gè)無因次準(zhǔn)數(shù)M(毛管數(shù))來表征它們的比值。
其中A^為毛管數(shù)，Vw、 ^為驅(qū)油體系的粘度和流動(dòng)速度，C7為油水界面張力，A尸/Z表示
被圈捕油珠在毛細(xì)孔道兩端所受到壓力梯度。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)毛管數(shù)超過某一值(10,時(shí)，采收率急劇上升。原油、水、巖石體系不同，要求毛管數(shù)值也不同。注水開采之后，一般地層毛管數(shù)為10'6左右，為了繼續(xù)采油，要求把毛管數(shù)增加到1CT3 10—2。
由上式可知，要提高M(jìn)值，可調(diào)參數(shù)有兩個(gè) 一是提高驅(qū)油體系的流動(dòng)速度，實(shí)際上它的流動(dòng)速度提髙就是依靠外界泵壓，即提高壓力梯度(AP/i:)。根據(jù)計(jì)算，驅(qū)油體系當(dāng)油珠
通過喉道時(shí)，需克服附加壓力為lMPa。但是目前最大的機(jī)械泵，將驅(qū)油體系輸送到地層毛細(xì)孔道時(shí)，其壓力約為0.02 0.04MPa。這說明通過調(diào)整z!P/丄值或驅(qū)油體系流動(dòng)速度很難達(dá)到上述要求。二是降低原油和驅(qū)油體系的界面張力。如果注入表面活性劑溶液，使它們的界面張力從20 30mN/m降低到10—3mN/m時(shí)，油就能啟動(dòng)起來并且能改變外形，以油帶(oilbank)順利通過毛細(xì)孔道的頸口流出。這種流動(dòng)的油帶相互聚并成油墻，在泵壓的作用下，油墻向產(chǎn)油井移動(dòng)而被采出。
當(dāng)前原油開采中應(yīng)用的驅(qū)油方法較多，從目前實(shí)踐來看含有表面活性劑的復(fù)合驅(qū)在提高采收率最高，受到世界石油工程技術(shù)人們關(guān)注。
原油采收率=驅(qū)油體系洗油效率x驅(qū)油體系波及系數(shù)
復(fù)合驅(qū)是有表面活性劑/堿/聚合物組成的驅(qū)油體系，其中表面活性劑的作用是降低油/水之間的界面張力，提高洗油效率；加堿的作用是把原油中石油酸轉(zhuǎn)變?yōu)槭退猁}，即為天然表面活性劑，可降低外加表面活性劑的量，有利于降低驅(qū)油體系的成本；聚合物的作用是提高驅(qū)油體系粘度，有利于提高它們的波及系數(shù)。復(fù)合驅(qū)能夠充分發(fā)揮各種化學(xué)試劑的協(xié)同作用，大幅度提高驅(qū)油效率。
三元復(fù)合驅(qū)存在主要的問題，由于組成該體系的化合物一堿、表面活性劑和聚合物三者分子量之間的差別很大，因此它在油層的毛細(xì)通道中運(yùn)移時(shí)，出現(xiàn)色譜分離，使其降低界面張力和增加驅(qū)油體系粘度的功能分離，則該體系驅(qū)油效率大幅度下降。而根據(jù)我們以前的實(shí)驗(yàn)(李干佐，肖洪地等，高等化學(xué)學(xué)報(bào)，2001， 22， 108)可知，由表面活性劑形成的溶致液晶與原油間的界面張力可達(dá)1(^mN/m，既能增加毛管數(shù)，又能大幅度地提高體系的粘度(從近10mPa.s提高到300 mPa.s)，從而增加波及系數(shù)。溶致液晶的成分均是小分子化合物，因此基本上能克服上述色譜分離問題。
溶致液晶廣泛存在于自然界中，由表面活性劑和溶劑組成，有時(shí)還可加入助表面活性劑(-般為中碳鏈長的有機(jī)酸或醇)，它具有熱力學(xué)穩(wěn)定和粘稠的各相異性等特征。溶致液晶通常分為三類層狀液晶、六方狀液晶、立方狀液晶。三者的粘度是依次增加，由于立方液晶粘度太多，在地層中運(yùn)移很困難，為此一般用前二種液晶作為驅(qū)油體系。因此將這類體系應(yīng)用于三次采油中，可擴(kuò)大采油用的體系類型。
液晶的驅(qū)油機(jī)理是對于親水巖砂，水驅(qū)后剩余油呈不連續(xù)的油塊存在于孔道中。液晶注入之后，其邊緣與剩余油之間存在超低界面張力。這樣，使剩余油乳化啟動(dòng)和變形啟動(dòng)，并向前運(yùn)移后續(xù)液晶控制流度，推動(dòng)富集油帶及混相油帶向前運(yùn)移?？偟目磥恚Ｓ嘤驮谶\(yùn)移過程中逐漸富集，最后形成油墻并產(chǎn)出。另外對于親油巖砂，水驅(qū)后的剩余油主要是以油膜的形式吸附在孔隙壁上。注入液晶體系后，超低界面張力使得剩余油發(fā)生乳化啟動(dòng)和乳化運(yùn)移，在運(yùn)移過程中相互聚并形成富集油墻。迄今為止，未見有相關(guān)的溶致液晶驅(qū)油體系，在采油技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，克服三元復(fù)合驅(qū)存在色譜分離，本發(fā)明提供一種價(jià)廉、高效的溶致液晶驅(qū)油體系及其制備方法。
本發(fā)明溶致液晶驅(qū)油體系組成如下，均為質(zhì)量份
表面活性劑20-35份，助表面活性劑10-30份，水相40-65份。
上述的表面活性劑選自下列中的一種
a. 非離子表面活性劑垸基醇聚氧乙烯醚(AEO)、烷基酚聚氧乙烯醚(TX-IO)、月桂酸垸基醇酰胺(6501)、單月桂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯(Tween80)、聚氧乙烯失水山梨醇單月桂酸酯(Tween20)、失水山梨醇單油酸酯(Span80)、失水山梨醇單月桂酸酯
(Span20)等。
b. 陰離子表面活性劑石油磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、天然羧酸鈉、垸基羧酸鈉、硬脂
酸鈉、油酸鈉等。
上述的助表面活性劑選自下列中的一種正丁醇、正戊醇、正己醇、月桂酸、棕櫚酸、
油酸等。
上述的水相是鹽水，按現(xiàn)有技術(shù)即可。優(yōu)選的水相是含質(zhì)量百分比0.5%-5%氯化鈉的水溶液。
本發(fā)明的溶致液晶是層狀液晶或六角狀液晶，層狀液晶紋理具有小十字花狀(圖1所示)，六角狀液晶紋理具有多面體狀(圖2所示)。
開展相圖研究，市購的表面活性劑純度低于95%的需進(jìn)行純化。 一般來說非離子表面活性劑無需純化，而陰離子表面活性劑需用無水乙醇進(jìn)行重結(jié)晶，除去無機(jī)鹽類等雜質(zhì)，然后加熱除去溶劑，真空干燥至恒重。
上述表面活性劑溶致液晶可通過本領(lǐng)域人員熟知的任一種方法進(jìn)行制備。本發(fā)明提供優(yōu)選的制備方法如下
首先取定量的鹽水放入容器中，按上述的用量比例依次加入表面活性劑和助表面活性劑，用玻璃棒攪拌為粘性、透明、均勻體系。取樣在偏振光顯微鏡下，觀察到許多亮點(diǎn)，鑒
定為溶致液晶。
本發(fā)明溶致液晶驅(qū)油體系產(chǎn)品用于原油三次采油驅(qū)替劑、壓裂液或潤滑劑等。在對溶致液晶驅(qū)油體系的配方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),要測定相圖。測定相圖時(shí)還需要加入油相20-40份,上述的油相選自含有八個(gè)碳到十二個(gè)碳鏈的正構(gòu)烷烴中的一種。在我國原油EACN值為十個(gè)碳烴鏈，為此優(yōu)選癸烷。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)在于
(1) 本發(fā)明的溶致液晶是用普通表面活性劑制備的，具有成本低廉的特點(diǎn)；
(2) 本發(fā)明的溶致液晶用于三次釆油中的驅(qū)油體系，迄今為止未見專利報(bào)道。該體系克服復(fù)合驅(qū)的色譜分離的不足，為油田開發(fā)開辟了新的途徑。
(3) 本發(fā)明的溶致液晶化學(xué)驅(qū)采收率達(dá)到18 。/。-25 wt% OOIP。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)三次采油用表面活性劑制備溶致液晶的工藝相對簡單，易于實(shí)施；該體系可克服復(fù)合驅(qū)的色譜分離，有很好的驅(qū)油效果。


圖1本發(fā)明的溶致液晶偏光顯微鏡下獲得的層狀液晶紋理圖片。圖2本發(fā)明的溶致液晶偏光顯微鏡下獲得的六角狀液晶紋理圖片。圖3是25'C石油磺酸鈉/正戊醇/癸烷/鹽水體系的相圖，其中，L!是0/W微乳液，L2是W/0微乳液，LC是溶致液晶，24)是二相區(qū)。
圖4驅(qū)油實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，其中，Z是中間容器；P是壓力表；Y是巖心管；B是油水分尚器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖通過實(shí)施例更詳細(xì)闡述本發(fā)明，但是這些實(shí)施例不以任何方式限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。各實(shí)施例中的溶致液晶組成均為質(zhì)量百分比。實(shí)施例l、以石油磺酸鈉/正戊醇/癸烷/鹽水體系為例，溶致液晶驅(qū)油體系的制備
(1) 三元相圖中溶致液晶的區(qū)域的確定方法
在正三角形坐標(biāo)圖中，將其三條邊線均分IO等分，其三個(gè)頂點(diǎn)分別為鹽水(0.5%-5%氯化鈉)，放在左下角；石油磺酸鈉+60%癸烷(右下角)；正戊醇+60%癸烷(頂角)。首先在鹽水頂角對邊線(正戊醇-石油磺酸鈉)，從上向下取點(diǎn)(分別表為1， 2, 3......9號(hào)樣品)，根據(jù)杠桿
規(guī)則計(jì)算每個(gè)樣品點(diǎn)的組成。 一般每個(gè)樣品點(diǎn)的質(zhì)量為1克，分別把石油磺酸鈉、正戊醇、癸垸依次稱量放入具塞的試管中。在25'C和攪拌條件下,滴加鹽水溶液。根據(jù)樣品由渾濁變澄清,確定微乳液的區(qū)域邊界。對于溶致液晶邊界，還要用偏振光確定,所得的相圖如圖3所示。
(2) 確定溶致液晶驅(qū)油體系的配方在研究相圖時(shí)有四組份構(gòu)成。但是考慮到配方體系進(jìn)入地下原油層，它會(huì)自發(fā)增溶原油形成溶致液晶，為此配方體系中就不加油相，僅三組分構(gòu)成。即24.5wt。/。石油磺酸鈉(表面活性劑)，14.2wt。/。正戊醇(助表面活性劑)，61.3wt%鹽水(水相，鹽水溶液中含0.7 wt %氯化鈉)。
溶致液晶驅(qū)油體系的制備方法如下
首先取鹽水放入200ml燒杯中，按上述的用量比例依次加入表面活性劑和助表面活性劑，
5用玻璃棒攪拌為粘性、透明、均勻體系。 (3)測定溶致液晶驅(qū)油體系的紋理 為了降低驅(qū)油體系的成本，在溶致液晶區(qū)中盡可能選擇靠近水頂角的樣品點(diǎn)，計(jì)算其組 成。在偏光顯微鏡下獲得紋理照片，確定該液晶的類型。根據(jù)得到的圖2紋理照片，判斷其 屬于六角狀液晶。
(4)室內(nèi)模擬驅(qū)油試驗(yàn) 裝置示意圖如圖4。具體實(shí)驗(yàn)過程為向驅(qū)油巖心管(長20cm，直徑2.5cm)中裝滿勝利 油田處理過的油砂。檢測巖心管的氣密性良好后，對油砂飽和礦化水，測定巖心管滲透率及 其孔隙體積(Vp);然后飽和原油，測定原油的飽和度。在恒溫60'C下進(jìn)行模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)
首先進(jìn)行水驅(qū)，至產(chǎn)出液含水量達(dá)98%以上；轉(zhuǎn)注本實(shí)施例的溶致液晶驅(qū)油體系0.3 PV;
隨后注入0.2wt%的HPAM(分子量1500萬，水解度29.1%)水溶液0.1 Vp作緩沖段塞； 最后再進(jìn)行水驅(qū)至產(chǎn)出液含水達(dá)98%以上。試驗(yàn)結(jié)束。
a. 原油和地層參數(shù)勝利油田孤島原油，密度0.915 g/cm3;原油粘度94 mPa's (60'C); 地層滲透率0.985 pm2;地層溫度63'C。
b. 人造巖心的基本數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)溫度60 'C;氣測滲透率0.964 ^m2;孔隙體積40.2 Cm3;
飽和油量39.1 cm3。
c. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果水驅(qū)釆收率65.8wt%OOIP;注入0.3Vp的層狀液晶，化學(xué)驅(qū)采收率 22.2 wt%OOIP。
實(shí)施例2:油酸鈉溶致液晶驅(qū)油體系
詳細(xì)的制備及驅(qū)油實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例1,所不同的是
(1) 油酸鈉溶致液晶驅(qū)油體系的配方29.5wt。/。油酸鈉+26.3wt。/。油酸+44.2wtn/。(3.57。/0 wt
氯化鈉)水溶液，在偏光顯微鏡下獲得紋理照片，測定為層狀液晶；
(2) 室內(nèi)模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)
a. 原油和地層參數(shù)中原油田采油五廠原油，密度0.834 g/cm3;原油粘度28.2 mPa's (6(TC); 地層滲透率0.72 nm2;地層溫度75'C。
b. 人造巖心的基本數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)溫度75 °C;氣測滲透率0.76|im2; 孔隙體積40.2 cm3;飽和油量28.9 cm3。
c. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果水驅(qū)采收率63.4wt°/。OOIP;注入0.3Vp的層狀液晶化學(xué)驅(qū)采收率16.8 wt% OOIP。
實(shí)施例3: AE0-9溶致液晶驅(qū)油體系
(1) AEO-9溶致液晶的配方:30.5%AEO-9 +13.0%正丁醇+ 56.5%(1.67%氯化鈉)水溶液，
測定為層狀液晶；
(2) 室內(nèi)模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)
a. 原油和地層參數(shù):勝利油田純梁采油廠原油,密度0.873 g/cn^,原油粘度19.3 mPa's(60 'C)， 地層滲透率0.185 nn^，地層溫度70 °C。
b. 人造巖心的基本數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)溫度70°C;氣測滲透率0.20 urn2;孔隙體積40.2 cm3; 飽和油量39.1 cm3。
C.實(shí)驗(yàn)結(jié)果水驅(qū)采收率57.43wt^ OOIP;注入0.3Vp的層狀液晶化學(xué)驅(qū)采收率20.71 wt% OOIP。
權(quán)利要求
1. 一種溶致液晶驅(qū)油體系，其特征在于組成如下，均為質(zhì)量份表面活性劑20-35份，助表面活性劑10-30份，水相40-65份；所述的表面活性劑選自下列中的一種a. 非離子表面活性劑烷基醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、月桂酸烷基醇酰胺、單月桂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇單月桂酸酯、失水山梨醇單油酸酯、失水山梨醇單月桂酸酯；b. 陰離子表面活性劑石油磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、天然羧酸鈉、烷基羧酸鈉、硬脂酸鈉、油酸鈉；所述的助表面活性劑選自下列中的一種正丁醇、正戊醇、正己醇、月桂酸、棕櫚酸或油酸；所述的水相是含質(zhì)量百分比0.5％-5％氯化鈉的水溶液。
2. 如權(quán)利要求1所述的溶致液晶驅(qū)油體系，其特征在于測定相圖時(shí)，還需要加入油相 20-40份,所述的油相選自癸烷。
3. 如權(quán)利要求l所述的溶致液晶驅(qū)油體系，其特征在于該溶致液晶是層狀液晶或六角狀液晶。
4. 權(quán)利要求l所述的溶致液晶驅(qū)油體系的制備方法，先取定量的水相放入容器中，按 用量比例依次加入表面活性劑和助表面活性劑，用玻璃棒攪拌均勻。
5. 權(quán)利要求l所述的溶致液晶驅(qū)油體系的應(yīng)用，用于原油三次采油驅(qū)替劑、壓裂液或 潤滑劑，將該驅(qū)油體系注入油層，自發(fā)增溶原油形成液晶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種溶致液晶驅(qū)油體系及其制備方法與應(yīng)用。溶致液晶驅(qū)油體系質(zhì)量份組成為表面活性劑20-35份，助表面活性劑10-30份，水相40-65份；所述的表面活性劑是非離子表面活性劑或陰離子表面活性劑，助表面活性劑選自醇或有機(jī)酸。本發(fā)明溶致液晶驅(qū)油體系的應(yīng)用，用于原油三次采油工藝簡單、易于實(shí)施，有很好的驅(qū)油效果，化學(xué)驅(qū)采收率達(dá)到18％-25wt％OOIP。
文檔編號(hào)C09K8/584GK101475796SQ200910013849
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者麗 于, 李干佐, 肖洪地, 杰 袁, 鄭利強(qiáng), 強(qiáng) 顧, 馬洪超 申請人:山東大學(xué)