(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011146761.X
(22)申请日 2020.10.23
(71)申请人 西南石油大学
地址 610500 四川省成都市新都区新都大
道8号
(72)发明人 蒲万芬 刘锐 石国新 袁述武
罗强 杜代军 孙琳
(74)专利代理机构 北京中索知识产权代理有限
公司 11640
代理人 唐亭
(51)Int.Cl.
C09K 8/584(2006.01)
C09K 8/588(2006.01)
C09K 8/58(2006.01)
E21B 43/22(2006.01)
(54)发明名称
法
(57)摘要
本发明公开了一种原位纳米乳化剂的制备
及油藏应用方法，成功制备了一种原位纳米乳化
剂，其性质为弱疏水弱亲油纳米胶态粒子，本发
比注入水黏度略高，注入性好；在油藏含水饱和
度25～85％条件下，通过油‑水界面的反相弯曲
效应与原油生成动力学稳定的油包水Pickering
乳化液，油包水Pickering乳化液在油藏含水饱 和度范围不发生相变，Pickering乳化液的黏度
与地层含水饱和度成正比与地层含油饱和度成
反比，乳化液的黏度是原油黏度的1.5～20倍，乳
化液在高渗区的黏度高于低渗区乳化液黏度，能够自适应控制流度、稳定排驱前缘，实现智能驱油，
极限化提高原油采收率。权利要求书2页 说明书10页 附图2页CN 112266775 A 2021.01.26
C N 112266775
A
1.一种原位纳米乳化剂的制备及油藏应用方法，其特征在于，所述纳米乳化剂的制备包括以下步骤：
(1)向500mL三颈瓶中加入80-160g去离子水，然后依次加入5-8g水合三氯化铁和1.2-
1.6g水合硫酸亚铁，在室温下搅拌30min～60min，确保充分溶解；
(2)在冰盐浴条件下将0.5-1.2g油溶性表面活性剂溶解在10-30g乙醇中，密封搅拌10-20min，确保充分溶解； (3)在惰性气体氛围保护下，同时将氨水70-160mL和溶解有油溶性表面活性剂的乙醇溶液分别通过两支滴液漏斗向三颈瓶中匀速滴加2-4h，滴加过程中快速搅动，确保反应体系混合均匀；
(4)滴加结束后继续搅拌1-1.5h，反应结束后对反应产物进行抽滤，收集固体产物，在50℃下真空干燥后研磨得到原位纳米乳化剂。
2.如权利要求1所述的一种原位纳米乳化剂的制备及油藏应用方法，其特征在于，所述氨水的质量浓度为25％，所述惰性气体为氮气。
3.如权利要求1所述的一种原位纳米乳化剂的制备及油藏应用方法，其特征在于，所述油溶性表面活性剂可根据油藏地质条件和原油黏度选择油溶性表面活性剂的类型和用量，实现纳米乳化剂润湿性的调节，所述油藏地质条件为油藏渗透率大小和非均质性。
4.如权利要求1所述的一种原位纳米乳化剂的制备及油藏应用方法，其特征在于，所述原位纳米乳化剂为弱疏水弱亲油纳米胶态粒子，优选为油溶性表面活性剂改性的磁性纳米四氧化三铁。
5.如权利要求1所述的一种原位纳米乳化剂的制备及油藏应用方法，其特征在于，所述油溶性表面活性剂为十二胺、油酸二乙醇酰胺、十八烷基伯胺、聚氧乙烯脂肪醇醚中的一种或者多种。
6.如权利要求1-5所述的一种原位纳米乳化剂的制备及油藏应用方法，其特征在于，所述原位纳米乳化剂油藏应用方法为：
(1)用现场注入水分别配制质量浓度为0.3～2％纳米乳化剂和质量浓度为0.1～0.3％的表面活性剂溶液，搅拌15min～60min，确保充分分散、溶解；
(2)将0.05～0.15倍目标油藏孔隙体积的表面活性剂溶液注入地层；
(3)将0.2～0.6倍目标油藏孔隙体积的纳米乳化剂注入地层；
(4)注入纳米乳化剂后，再注入一定量的油田注入水段塞顶替。
7.如权利要求6所述的一种原位纳米乳化剂的制备及油藏应用方法，其特征在于，所述表面活性剂为烷基磺酸纳、烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠、羟基磺基甜菜碱、烷醇酰胺、烷基糖苷、α-烯烃磺酸钠、羧甲基纤维素钠、木质素磺酸钠的一种或组合，表面活性剂油-水界面张力在油藏条件达到10-2mN/m数量级及以下。
8.如权利要求6所述的一种原位纳米乳化剂的制备及油藏应用方法，其特征在于，所述纳米乳化剂质量浓度为0.5％，所述表面活性剂质量浓度为0.15％。
9.如权利要求6所述的一种原位纳米乳化剂的制备及油藏应用方法，其特征在于，所述油藏应用方法适用于高温高盐在内的所有注水开发油藏及部分水驱稠油油藏。
10.如权利要求6所述的一种原位纳米乳化剂的制备及油藏应用方法，其特征在于，所述的表面活性剂和纳米乳化剂处理距离可通过隔离液段塞大小调节，从而实现原位纳米乳
化智能驱油。
一种原位纳米乳化剂的制备及油藏应用方法
技术领域
[0001]本发明涉及原位纳米乳化智能驱油剂在油藏的应用，特别是原位纳米乳化智能驱油剂及其在原油采收率的油藏应用方法，属胶体与界面化学、油田化学和油田开采技术领域。
背景技术
[0002]水驱开发油藏注入水的流度明显高于原油的流度，受不利水油流度比的影响，排驱前缘极易形成黏性指进，水驱波及效率低；另外水沿着高渗透层推进，高渗条带水窜严重，油藏非均质性进一步恶化，大量的原油未波及。以上两方面的原因导致产出液含水率高，水驱采出程度低。据统计，我国绝大数陆上油田的水驱极限(产出液含水率高达98％)采出程度不足40％(何江川等，油田开发战略与接替技术[J]，石油学报,2012,33(3):519-525)。
[0003]以流度控制为主的聚合物驱技术发展迅速，是全球提高采收率(EOR)第二大技术(Koottungal L.2014 Worldwide EOR Survey[J].Oil and Gas Journal,2014,112(4): 79-91)。在聚合物溶液中加入表面活性剂形成的聚合物-表面活性二元复合体系(聚-表二元驱)在聚合物流度控制的基础上降低油水界面张力，改善水-油-固界面性质，提高波及系数和驱油效率。聚合物驱和聚-表二元驱在中国大庆、胜利、渤海湾、克拉玛依等油田工业推广，为油田稳产做出了重要贡献。开展聚合物驱和聚-表二元驱的重要前提是完整专门工艺配注系统，占地空间大、能耗高，所需费用几千万到几亿不等。另外，在配注过程中聚合物大分子链受搅拌剪切、炮眼剪切叠加作用产生降解，流度控制能力降低(Seright R., Campbell A.,Mo
zleyP.,Han P.Stability of partially hydrolyzed polyacrylamides at elevated temperatures in the absence of divalent cations[J].SPE Journal, 2010,15(02):341-348)；以酰胺基和羧酸为主要功能单元聚丙烯酰胺及其衍生物在高温高盐条件增黏不足，黏度长期问题性差，限制了聚合物驱和聚-表二元驱的油藏应用范围。因此，开展速溶(基于油田当前配注设备)、不含聚合物但是具备聚-表的二元驱性能的新技术迫在眉睫。
[0004]大量研究发现，油藏注水开发过程中油水乳化是普遍现象。在地层中油水的乳化需要两个必备条件：一是外力的作用；二是一定量的乳化剂。外力使油水破碎成液滴形式，一相均匀分散于另一相中；而乳化剂吸附于油水界面形成稳定界面膜，阻碍分散相的聚并。油水在多孔介质中流动时受到的剪切作用是外力的来源；而由于水驱过程中没有额外添加化学剂，乳化剂的来源主要依靠原油自身的活性组分。原油自身含有的对乳化有利的组分，一般可称之为天然乳化剂。原油中天然乳化包括沥青质、胶质和酸性组分等。油水自发乳化的乳化液类型与含水率密切相关，在低含水率条件下易形成油包水乳化液，随着含水率增加油外相乳化液发生Ostwald熟化，转变为水包油乳化液(Galindo-Alvarez J,Sadtler V, Choplin L,Salager J L.Viscous oil emulsification by catastrophic phase inversion:influence of oil viscosity and process conditions[J].Industrial&
Engineering Chemistry Research,2011,50(9):5575-5583)。蒲万芬等研究发现油田注水开发过程乳化现象对采收率产生重要影响(Pang S,Pu W,Xie J,Chu Y,Wang C,Shen C.Investigation into the properties of
water-in-heavy oil emulsion and its role in enhanced oil recovery during water flooding[J].Journal of Petroleum Science and Engineering,2019,177:798-807)，油水自乳化液对绝大数油藏的开发不利，主要原因是乳化液类型和黏度在高、低渗透率区域的差异性巨大。当油藏含水在30～40％左右时油包水乳化液发生相态反转，形成低于原油黏度的水包油乳化液。随着油水前缘推进，储层含水不断增加，在高渗区域形成水包油乳化液，且黏度不断降低，在较低渗区域的油包水乳化液黏度上升，将加急形成黏性指进，前缘排驱效率显著低。因此，乳化液实现流度控制、稳定排驱前缘，极限化采油的关键是乳化液的黏度大于原油黏度，高含水条件下乳化液不发生相态反转，并且在水驱油藏含水饱和度范围乳化液的黏度与含水饱和度成正比但与含油饱和度成反比。
[0005]通过添加乳化剂可以调控乳化液的类型，因为乳化剂的亲油亲水性很大程度决定乳化液的类型。国内外学者对此开展了广泛研究，形成了乳化剂的亲油亲水性的多种判定方式，亲油-亲水平衡值HLB、亲水亲油偏差值HLD等。HLB值是根据乳化剂的化学结构、亲水基团和亲油基团的分子量所占的比重计算得到数值。对于非离子表面活性剂，HLB值为4-8易形成油包水乳化液，HLB值为9-12易形成水包油乳化液；HLD值与HLB值的概念相似，但其同时考虑了乳化剂本身和体系如温度、乳化剂类型、原油性质、盐的变化，当HLD＝0，乳化剂从油相转移到水相所需的自由能为0，体系自发曲率处于最低值。但是即使经过精细的分子结构设计，乳化剂也不能在宽跨度含水率范围保证乳化液类型的一致，特别是在高含水率条件仍然形成高内相的油包水乳化液，究其根本原因是高含水条件乳化剂在油-水界面的吸附膜
强度不能平衡液滴的拉普拉斯压力，油包水乳化液发生Ostwald熟化，相变为水包油乳化液。油包水乳化液相变为水包油乳化液，乳化液的黏度呈数量级降低，不利于前缘稳定驱油。
[0006]两亲性的纳-微米尺度固相粒子吸附在油水界面上，形成的乳化液称为Pickering 乳化液。与乳化剂形成的乳化液相比，纳-微米尺度固相粒子在油-水界面产生不可逆吸附，构建物理栅栏，超强抗聚并阻止乳化液Ostwald熟化，形成高内相乳化液。二氧化硅、黏土、氧化铁和原油中的固相物质在界面的吸附稳定乳化液，这些受粒子的尺寸、形状、形貌、密度、浓度、表面覆盖物和润湿性影响。纳-微米尺度固相粒子在油田规模应用的前提是纳-微米尺度固相粒子在油藏环境(温度、矿化度)条件具备良好的稳定性能，然而，未改性的纳-微米尺度固相粒子由于高的表面能，极易发生团聚，油藏环境加剧了团聚行为的发生。因此，形成油藏环境稳定的纳-微米尺度胶态粒子是高内相Pickering乳化液形成并高效驱油的重要前提。
发明内容
[0007]本发明主要是克服现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种原位纳米乳化剂的制备及油藏应用方法，纳米乳化剂为弱疏水弱亲油纳米胶态粒子，在地层中通过油-水界面的反相弯曲效应形成油包水乳化液，乳化液在油藏含水饱和度条件不发生相变，并且乳化液的黏度与地层含水饱和度成正比与地层含油饱和度成反比，从而自适应控制流
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