一种改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系及其制备方法与流程

本发明属于油田化学领域，具体地，涉及油田深部调驱用的一种改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系及其制备方法。

技术背景

油田的长期注水开发导致地层的非均质性加剧，使油田开发中后期含水上升速度加快，水驱低效或无效循环，导致地层中残留的大量剩余油无法动用。因此如何降低油井含水率，实现中后期高含水油藏剩余油深部挖潜是油田增产稳产的关键。近年来，泡沫以其视粘度高，降低油水界面张力，遇油消泡、遇水稳定的强选择性等优点在油田矿场上得到推广应用。油田常用的泡沫调驱体系主要由单一液相泡沫体系、聚合物强化泡沫体系、冻胶强化泡沫体系和纳米颗粒强化泡沫体系。单一液相泡沫体系由表面活性剂和气体(n2，co2)组成，但该泡沫体系稳定性较差，一般适用于中低温中低盐的油藏条件。对于聚合物强化泡沫，在起泡剂溶液中加入聚合物，依靠聚合物的粘度增加液膜的厚度并降低液膜的排液速度，提高了泡沫的稳定性。但受注入设备、地层孔隙剪切及地层理化性质的影响，聚合物的粘度损失较大，导致聚合物的稳泡能力有限，尤其不适用于中高温中高盐的油藏条件使用。冻胶强化泡沫是以聚合物、交联剂、起泡剂和气体(n2，co2)形成的，依靠冻胶的强粘弹效应提高外相的粘度，增加液膜的厚度，实现泡沫稳定性和长期有效性，一般适用于中高温中高盐的油藏条件。但冻胶中的聚合物也会受注入设备和地层孔隙剪切及地层理化性质影响，会导致冻胶的成冻时间和冻胶强度难以控制，使得稳泡能力有限。最近发展的纳米颗粒强化泡沫体系依靠颗粒的吸附效应强化泡沫的稳定性，但稳泡颗粒主要以改性的纳米二氧化硅为主，受地层理化性质、地层水长期侵蚀的影响，纳米颗粒表面性质发生改变导致稳泡效果较差。此外，纳米二氧化硅颗粒密度较大，会形成重力差异效应，导致颗粒的稳泡效果有限。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中泡沫调驱体系的不足，提供一种适用于中后期高含水油藏深部调驱的改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系及其制备方法，利用改性纳米石墨颗粒吸附特点，提高泡沫液膜的强度，降低液膜的排液速度来增强泡沫的稳定性，进而最大限度的发挥对高渗透层的调控能力，同时利用起泡剂溶液的洗油能力，实现改性纳米石墨颗粒和起泡剂的协同效应，大幅度的提高原油采收率。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

一种改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系，包括液相和气相，液相包括起泡剂、稳泡剂和配液水，起泡剂在液相总质量中的质量分数为0.15％～0.35％，稳泡剂在液相总质量中的质量分数为0.04～0.1％，液相中余量为配液水，各组分质量分数之和为100％；气体与液相的气液比控制在(1～3)∶1。

进一步的，上述起泡剂选自烷基磺丙基甜菜碱或烷基酰胺丙基甜菜碱的一种，或选自这两种的组合。

进一步的，上述稳泡剂优选为改性纳米石墨颗粒，优选粒径为80～150nm。

进一步的，上述气相优选为氮气、二氧化碳或天然气的一种

更进一步的，上述用作起泡剂的烷基磺丙基甜菜碱，其结构式如下式(1)：

式(1)中，r为c12、c14或c16的烷基。

更进一步的，上述用作起泡剂的烷基酰胺丙基甜菜碱，其结构式如下式(2)：

式(2)中，r为c10～c16的烷基。

进一步的，所述的纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系中的配液水为清水或经过处理的油田回注污水。

本发明同时提供了上述的改性纳米石墨颗粒的制备方法，包括如下步骤：

室温下(20±5℃)，去离子水中加入粒径为15μm的石墨颗粒，搅拌10分钟待其分散后，得石墨分散溶液；将制得的石墨分散溶液置于胶体磨中，40～45hz剪切条件下循环剪切5～10分钟得石墨分散溶液；将制得的石墨分散溶液超声分散3～6小时，取上清液，得均匀分散溶液；在制得的均匀分散溶液中加入的十二烷基硫酸钠，40～50℃温度下搅拌3～6小时，得粒径为80～150nm的改性石墨颗粒。

本发明同时提供了上述的改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的制备方法：

室温下(20±5℃)，在配液水中先加入依据本发明上述方法制备的改性石墨颗粒，搅拌10分钟待其均匀分散后；再加入用作起泡剂的烷基磺丙基甜菜碱或烷基酰胺丙基甜菜碱的一种或其二者的组合，搅拌5分钟待其充分溶解，液相中改性石墨颗粒的质量分数为0.04％～0.1％，烷基磺丙基甜菜碱或烷基酰胺丙基甜菜碱一种或组合的质量分数为0.15％～0.35％，然后将气体按照气液比(1～3)∶1由发泡装置通入液相中，从而得到改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系。

进一步的，上述制备方法方法中的气体优选为氮气、二氧化碳或天然气的一种

进一步的，上述用作起泡剂的烷基磺丙基甜菜碱，其结构如下式(1)：

式(1)中，r为c12、c14或c16的烷基。

进一步的，上述用作起泡剂的烷基酰胺丙基甜菜碱，其结构如下式(2)：

式(2)中，r为c10～c16的烷基。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用的改性纳米石墨颗粒与烷基磺丙基甜菜碱或烷基酰胺丙基甜菜碱的一种或组合具有良好的起泡与稳泡协同效应，改性纳米石墨颗粒加入后，增加了泡沫液膜的强度，降低了液膜的排液速度，使得形成泡沫的稳定性大幅度增加。

该泡沫调驱体系在消泡前具有扩大波及体积和提高驱油效率的作用，消泡后，依靠改性石墨颗粒的自润滑性进入储层深部，对高渗流通道产生有效调控，使后续注入压力保持较高的水平，进而提高中后期高含水油藏剩余油的进一步挖潜。

(2)本发明采用的改性纳米石墨颗粒具有耐温耐盐的特点，能够长期稳定分散，提高了改性纳米石墨颗粒三相泡沫的稳定性。

(3)本发明采用的烷基磺丙基甜菜碱或烷基酰胺丙基甜菜碱的一种或组合具有较好的耐温耐盐性能，提高了改性纳米石墨颗粒三相泡沫的油藏适用范围；且具有较高的界面活性，可使油水界面张力降低到10^-2mn/m数量级，扩大波及体积的同时也提高了洗油效率。

(4)本发明采用的改性纳米石墨颗粒一方面具有良好的稳泡性能；另一方面，当泡沫消泡后，改性纳米石墨颗粒依靠其自身颗粒封堵特点通过直接封堵或架桥封堵仍能够对高渗流通道产生有效封堵，具有较好的流度控制能力，能够显著提高后续流体的波及体积。

(5)本发明的改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系制备方法简单，所需起泡剂、气体来源广，价格便宜，且改性纳米石墨颗粒制备方法简单，便于大规模的现场施工。

附图说明

图1是改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的稳泡机理示意图；

图2是实施例1改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的放大50倍的微观形貌图；

图3是实施例2改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的放大50倍的微观形貌图；

图4是实施例3改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的放大100倍的微观形貌图；

图5是实施例4改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的放大100倍的微观形貌图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1:

改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系，包括：烷基磺丙基甜菜碱起泡剂质量分数为0.2％；改性纳米石墨颗粒，质量分数为0.1％；余量配液清水，质量分数为99.7％，各组分质量分数之和为100％。

改性纳米石墨颗粒的制备方法：室温下(20±5℃)，在800g去离子水中加入200g粒径为15μm的石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后，得石墨分散溶液；将制得的石墨分散溶液置于胶体磨中，45hz剪切条件下循环剪切10分钟得石墨分散溶液；将制得的石墨分散溶液超声分散6小时，取上清液，得质量分数为5％的400g均匀分散溶液；在制得的均匀分散溶液中加入20g的十二烷基硫酸钠，40℃搅拌6小时，得粒径为80nm的改性石墨颗粒。

改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的制备方法：室温下(20±5℃)，在19.92g配液水中边搅拌依次加入0.04g烷基磺丙基甜菜碱起泡剂、0.02g改性石墨颗粒，均匀搅拌5分钟配制而成改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱液相体系。采用ross-mile法在80℃下按照气液比3:1通入氮气，测定该改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系起泡体积220ml，半衰期330秒，降低油水界面张力达7.6×10^-2mn/m。

实施例2:

改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系，包括：烷基磺丙基甜菜碱起泡剂质量分数为0.35％；改性纳米石墨颗粒，质量分数为0.06％；余量配液清水，质量分数为99.69％，各组分质量分数之和为100％。

改性纳米石墨颗粒的制备方法：室温下(20±5℃)，在800g去离子水中加入200g粒径为15μm的石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后，得石墨分散溶液；将制得的石墨分散溶液置于胶体磨中，40hz剪切条件下循环剪切5分钟得石墨分散溶液；将制得的石墨分散溶液超声分散4小时，取上清液，得质量分数为4％的400g均匀分散溶液；在制得的均匀分散溶液中加入16g的十二烷基硫酸钠，40℃搅拌4小时，得粒径为120nm的改性石墨颗粒。

改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的制备方法：室温下(20±5℃)，在19.918g配液水中边搅拌依次加入0.07g烷基磺丙基甜菜碱起泡剂、0.012g改性石墨颗粒，均匀搅拌5分钟配制而成改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱液相体系。采用ross-mile法在80℃下按照气液比2:1通入氮气，测定该改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系起泡体积240ml，半衰期350秒，降低油水界面张力达4.6×10^-2mn/m。

实施例3:

改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系，包括：烷基磺丙基甜菜碱质量分数为0.15％，烷基酰胺丙基甜菜碱起泡剂质量分数0.2％；改性纳米石墨颗粒，质量分数为0.08％；余量配液清水，质量分数为99.62％，各组分质量分数之和为100％。

改性纳米石墨颗粒的制备方法：室温下(20±5℃)，在800g去离子水中加入200g粒径为15μm的石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后，得石墨分散溶液；将制得的石墨分散溶液置于胶体磨中，45hz剪切条件下循环剪切5分钟得石墨分散溶液；将制得的石墨分散溶液超声分散5小时，取上清液，得质量分数为4.5％的400g均匀分散溶液；在制得的均匀分散溶液中加入18g的十二烷基硫酸钠，30℃搅拌6小时，得粒径为100nm的改性石墨颗粒。

改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的制备方法：室温下(20±5℃)，在19.914g配液水中边搅拌依次加入0.03g烷基磺丙基甜菜碱起泡剂、0.04g烷基酰胺丙基甜菜碱起泡剂、0.016g改性石墨颗粒，均匀搅拌5分钟配制而成改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱液相体系。采用ross-mile法在80℃下按照气液比3:1通入氮气，测定该改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系起泡体积260ml，半衰期365秒，降低油水界面张力达3.2×10^-2mn/m。

实施例4:

改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系，包括：烷基磺丙基甜菜碱质量分数为0.1％，烷基酰胺丙基甜菜碱起泡剂质量分数0.15％；改性纳米石墨颗粒，质量分数为0.1％；余量配液清水，质量分数为99.65％，各组分质量分数之和为100％。

改性纳米石墨颗粒的制备方法：室温下(20±5℃)，在800g去离子水中加入200g粒径为15μm的石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后，得石墨分散溶液；将制得的石墨分散溶液置于胶体磨中，45hz剪切条件下循环剪切10分钟得石墨分散溶液；将制得的石墨分散溶液超声分散6小时，取上清液，得质量分数为5％的400g均匀分散溶液；在制得的均匀分散溶液中加入20g的十二烷基硫酸钠，30℃搅拌6小时，得粒径为85nm的改性石墨颗粒。

改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的制备方法：室温下(20±5℃)，在19.94g配液水中边搅拌依次加入0.01g烷基磺丙基甜菜碱起泡剂、0.03g烷基酰胺丙基甜菜碱起泡剂、0.02g改性石墨颗粒，均匀搅拌5分钟配制而成改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱液相体系。采用ross-mile法在80℃下按照气液比2:1通入氮气，测定该改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系起泡体积240ml，半衰期335秒，降低油水界面张力达4.1×10^-2mn/m。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。