本發(fā)明涉及天然氣驅(qū)油，具體而言，涉及一種泡沫穩(wěn)定劑原料體系、制備納米穩(wěn)泡劑的方法、納米穩(wěn)泡劑和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、注天然氣驅(qū)油作為三次采油技術(shù)中的一種，在驅(qū)油效率和波及效率等方面都具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，近些年來(lái)一直受到國(guó)內(nèi)外的高度關(guān)注；此外，很多油田單位還同時(shí)具有開(kāi)采天然氣的能力，進(jìn)而為該項(xiàng)技術(shù)保證了豐富的氣源。但是，由于天然氣的流度很低，在裂縫發(fā)育或滲透率級(jí)差較大的非均質(zhì)地層中應(yīng)用時(shí)會(huì)存在比注水更為顯著的氣體早期突破或氣竄的風(fēng)險(xiǎn)，這不僅極大地降低了原油采收率，同時(shí)也構(gòu)成嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)隱患，因此，氣竄的防治對(duì)于上述油藏開(kāi)展天然氣驅(qū)具有至關(guān)重要的作用。

2、泡沫調(diào)驅(qū)是一種有效防治和延緩氣竄的方法。泡沫通過(guò)非均質(zhì)地層時(shí)，會(huì)優(yōu)先進(jìn)入高滲層，通過(guò)疊加的賈敏效應(yīng)，達(dá)到封堵的目的，能有效改善地層非均質(zhì)性，提高后續(xù)氣驅(qū)波及效率。由于泡沫為熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，在地層會(huì)發(fā)生破裂，影響氣竄治理的效果和有效期，因此泡沫液的組成中泡沫穩(wěn)定體系通常是必要的組分，近年來(lái)納米顆粒作為穩(wěn)泡體系逐漸被人們所使用。

3、曾有陰離子表面活性劑(sds)和疏水納米二氧化硅(sio2)顆粒共同穩(wěn)定泡沫的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，疏水納米sio2顆粒可以增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定性，這是由于納米sio2的疏水基團(tuán)與sds的疏水鏈間具有疏水相互作用，納米sio2被吸引到氣液界面形成骨架結(jié)構(gòu)，增加泡沫機(jī)械強(qiáng)度，起到穩(wěn)定泡沫的作用。但是，隨著溫度和礦化度的增加，納米顆粒的穩(wěn)定性會(huì)極大降低甚至生成沉淀而無(wú)法發(fā)揮穩(wěn)定泡沫的作用。同時(shí)疏水改性納米sio2與sds頭基均帶負(fù)電荷，兩者之間還存在靜電斥力作用，會(huì)抵消兩者之間的部分吸引力，減弱納米sio2在氣液界面的吸附作用，也對(duì)泡沫的穩(wěn)定性不利。有專利中使用正電改性sio2納米顆粒與陰-非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉的混合體系發(fā)揮穩(wěn)定天然氣泡沫的作用。但是在地層中深部運(yùn)移的過(guò)程中納米顆粒容易與表面活性劑有脫離，無(wú)法發(fā)揮地層深部泡沫穩(wěn)定作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種泡沫穩(wěn)定劑原料體系、制備納米穩(wěn)泡劑的方法、納米穩(wěn)泡劑和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中泡沫穩(wěn)定劑耐溫耐鹽能力不足的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種泡沫穩(wěn)定劑原料體系，該原料體系包括：無(wú)機(jī)納米顆粒、有機(jī)單體、引發(fā)劑、催化劑和疏水改性劑；其中，有機(jī)單體帶有電中性的親水基團(tuán)。

3、進(jìn)一步地，無(wú)機(jī)納米顆粒為納米sio2、納米tio2、納米zno和納米al2o3中的任意一種或者多種，優(yōu)選的，無(wú)機(jī)納米顆粒的粒徑為20～100nm；

4、優(yōu)選的，引發(fā)劑為2,3-二羥基丙基丙基醚三乙氧基硅烷；

5、優(yōu)選的，疏水改性劑包括三甲基單乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、異丙基三乙氧基硅烷、異丁基三甲氧基硅烷和正辛基三乙氧基硅烷中的任意一種或者多種；

6、優(yōu)選的，催化劑包括選自二過(guò)碘酸合銅鉀和二過(guò)碘酸合鎳鉀中的任意一種或者多種；

7、優(yōu)選的，原料體系包括5～15重量份的無(wú)機(jī)納米顆粒、1.0～2.0重量份的引發(fā)劑、3.0～10.0重量份的有機(jī)單體、0.3～0.6重量份的催化劑和0.8～2.0重量份的疏水改性劑；

8、優(yōu)選的，原料體系還包括反應(yīng)介質(zhì)，反應(yīng)介質(zhì)為水。

9、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種上述原料體系制備納米穩(wěn)泡劑的方法，該方法包括：步驟s1，將無(wú)機(jī)納米顆粒分散于水中，調(diào)節(jié)ph值為堿性，在體系中加入引發(fā)劑，形成第一混合液進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，分離固體，得到第一中間體；步驟s2，將第一中間體和有機(jī)單體分散于水中，通入惰性氣體除氧，加入催化劑，形成第二混合液進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)結(jié)束后，分離固體，得到第二中間體；步驟s3，將第二中間體分散于水中，加入疏水改性劑，形成第三混合液進(jìn)行改性反應(yīng)，改性反應(yīng)結(jié)束后，得到納米穩(wěn)泡劑。

10、進(jìn)一步地，步驟s1中，混合液中無(wú)機(jī)納米顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5～15％，引發(fā)劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.0～2.0％；

11、優(yōu)選的，ph值為8.0～9.0；

12、優(yōu)選的，引發(fā)劑以引發(fā)劑水溶液的形式加入，優(yōu)選引發(fā)劑水溶液以滴加的形式加入，優(yōu)選在滴加過(guò)程中加入堿溶液調(diào)節(jié)ph值為堿性，進(jìn)一步優(yōu)選，滴加過(guò)程中調(diào)節(jié)ph值至8.0～9.0；

13、優(yōu)選的，堿溶液為氫氧化鈉水溶液或碳酸鈉水溶液中的任意一種或者多種。

14、進(jìn)一步地，步驟s1中的反應(yīng)的溫度為70～80℃，優(yōu)選的，將引發(fā)劑水溶液滴加完畢后，再升溫至反應(yīng)的溫度；

15、優(yōu)選地，反應(yīng)的時(shí)間為15～20h。

16、進(jìn)一步地，第二混合液中第一中間體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～15％，有機(jī)單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0～10.0％，催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3～0.6％；

17、優(yōu)選的，聚合反應(yīng)的溫度為50～60℃，優(yōu)選聚合反應(yīng)的時(shí)間為5～8h。

18、進(jìn)一步地，第三混合液中第二中間體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8～15％，疏水改性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5～2.0％；

19、優(yōu)選的，改性反應(yīng)的溫度為60～70℃，優(yōu)選改性反應(yīng)的時(shí)間為20～25h。

20、根據(jù)本申請(qǐng)的又一個(gè)方面，提供了一種納米穩(wěn)泡劑，該納米穩(wěn)泡劑由上述任一種的方法制備得到。

21、根據(jù)本申請(qǐng)的再一個(gè)方面，提供了一種泡沫驅(qū)油體系，該泡沫驅(qū)油體系包括上述的納米穩(wěn)泡劑。

22、根據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)方面，提供了一種上述的泡沫驅(qū)油體系在氣體驅(qū)油中的應(yīng)用，優(yōu)選所述氣體為天然氣。

23、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，由該體系制備的泡沫穩(wěn)定劑由納米顆粒構(gòu)成，其上不僅帶有疏水基團(tuán)，可以和起泡劑尾部產(chǎn)生疏水相互作用，而且顆粒上還帶有電中性的親水聚合物基團(tuán)，一方面可以發(fā)揮耐溫耐鹽的作用；另外一方面，與有些陰離子聚合物相比，如2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉聚合物，有利于減小或避免與表面活性劑頭基的電荷排斥，促進(jìn)納米顆粒在氣液界面的吸附作用，進(jìn)而有助于提高泡沫的穩(wěn)定性。這樣，當(dāng)通過(guò)注入水?dāng)y帶時(shí)有利于其在高溫和高礦化度儲(chǔ)層中順利運(yùn)移，并在注氣過(guò)程中于地層的深部生成泡沫，當(dāng)其和起泡劑聯(lián)合使用時(shí)可以比單獨(dú)使用起泡劑具有更高的阻力因子，實(shí)現(xiàn)深部封堵和延緩氣竄的功能。

技術(shù)特征：

1.一種泡沫穩(wěn)定劑原料體系，其特征在于，包括：無(wú)機(jī)納米顆粒、有機(jī)單體、引發(fā)劑、催化劑和疏水改性劑；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原料體系，其特征在于，所述無(wú)機(jī)納米顆粒為納米sio2、納米tio2、納米zno和納米al2o3中的任意一種或者多種，優(yōu)選的，所述無(wú)機(jī)納米顆粒的粒徑為20～100nm；

3.一種通過(guò)權(quán)利要求1或2所述的原料體系制備納米穩(wěn)泡劑的方法，其特征在于，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述混合液中所述無(wú)機(jī)納米顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5～15％，所述引發(fā)劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.0～2.0％；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟s1中的反應(yīng)的溫度為70～80℃，優(yōu)選的，將所述引發(fā)劑水溶液滴加完畢后，再升溫至所述反應(yīng)的溫度；

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二混合液中第一中間體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～15％，所述有機(jī)單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0～10.0％，所述催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3～0.6％；

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第三混合液中第二中間體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8～15％，所述疏水改性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5～2.0％；

8.一種納米穩(wěn)泡劑，其特征在于，由權(quán)利要求3至7任一項(xiàng)所述的方法制備得到。

9.一種泡沫驅(qū)油體系，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的納米穩(wěn)泡劑。

10.權(quán)利要求9所述的泡沫驅(qū)油體系在氣體驅(qū)油中的應(yīng)用，優(yōu)選所述氣體為天然氣。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種泡沫穩(wěn)定劑原料體系、制備納米穩(wěn)泡劑的方法、納米穩(wěn)泡劑和應(yīng)用。該原料體系包括：無(wú)機(jī)納米顆粒、有機(jī)單體、引發(fā)劑、催化劑和疏水改性劑；其中，有機(jī)單體帶有電中性的親水基團(tuán)。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，由該體系制備的泡沫穩(wěn)定劑由納米顆粒構(gòu)成，其上不僅帶有疏水基團(tuán)，可以和起泡劑尾部產(chǎn)生疏水相互作用，而且顆粒上還帶有電中性的親水聚合物基團(tuán)，一方面可以發(fā)揮耐溫耐鹽的作用；另外一方面，與有些陰離子聚合物相比，如2?丙烯酰胺基?2?甲基丙磺酸鈉聚合物，有利于減小或避免與表面活性劑頭基的電荷排斥，促進(jìn)納米顆粒在氣液界面的吸附作用，進(jìn)而有助于提高泡沫的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：畢衛(wèi)宇,楊海恩,呂偉,何治武,王石頭,趙海峰,劉笑春,賈玉琴,馬麗萍,肖雄
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油天然氣股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2