[发明专利]一种甜菜碱表面活性剂组合物系统及其用途

说明书

技术领域

本发明属于油田开发领域，涉及用于油田开发的化学驱油添加剂，具体地，涉及一种甜菜碱表面活性剂组合物系统及其用于化学驱油的用途，适用于低表面活性剂浓度，无碱加入的化驱系统。

背景技术

在通常油田开发中，最先的开采方法是利用油层本身能量开采，也就是一次采油。在这个阶段，原油靠自身能量随井管喷发而出。通常15-20%左右的油藏靠这样（即一次采油）开发出来的。随着开采的深入，当天然的能量由于衰减而无法满足需要的时候，水或气需要被注入油层来维持油井的产量或采收率，这是二次采油阶段。另外15-20%的原油储藏由二次开发而收获。随着二次采油的效率不断下降，向油层注射流体或能量，利用所产生的物理，化学甚至生物作用，以此来提高产量或采收率-三次采油阶段。这种向地层注入流体或能量来提高原油的产量或采收率的各种方法，通称为强化采油 （Enhanced Oil Recovery 或者EOR），即三次采油。

二次采油效率下降的原因是，由于毛细作用力，剩余的原油以断续的形式被束缚在油藏层的岩砂的空隙，造成原油无法随注入水系统自由流动。普通的注水法无法有效克服这种毛细作用力，造成被注入水携带而出的原油越来越少，产油效率下降。这个毛细作用力可以在理论上用一个毛细管数来表示其大小。只有当原油的毛细管数被克服时，被束缚的原油才有可能被释放。下面的公式可以用来估计注入水系统的所具有的毛细管数：

Nc = V *  μ/IFT

其中，Nc是注入水系统的毛细管数，V是注入水系统的流速，μ是注入水系统的黏度，IFT是油水界面张力。只有当注入水系统的毛细管数大于一个临界数值（临界毛细管数）时，原油的毛细管数才能够被克服。从这个公式可见，提高毛细管数的方法有以下几种：1）提高流速；2）提高黏度；3）降低油水界面张力。

由于受注入设备和地层条件的限制，提高流速的空间非常有限。提高体系黏度（一般通过添加聚合物来实现）可以提高毛细管数一个数量级。而最有效的方法是降低油水界面张力，如果界面张力从通常不含表面活性剂时的10-30 dyn/cm（达因/厘米）降到~10^-3 dyn/cm的超低范围，体系的毛细管数就此提升4个数量级。这个界面张力的减低通常是通过加入表面活性剂来实现的。

油水界面张力是两种不同液体（油和水）互相排斥的结果。由于表面活性剂同时具有亲油和亲水的功能，它们聚集在油水界面形成单层或多层吸附。它们亲油基团朝向油层，亲水基团朝向水相。油水界面张力的降低程度取决于它们的亲油作用和亲水作用的平衡程度。当这两种作用越相近，界面张力的数值越小。 当这两种作用趋近平衡时，油水界面张力就可能进入超低界面张力区域（ ~10^-3dyn/cm）。

传统的表面活性剂为基础的三次采油采用三元复配技术：即由表面活性剂、聚合物和碱三元复配形成。其中，表面活性剂是一类化学物质同时具有亲油基团和亲水基团。聚合物是一类高分子化学物质，当它们溶解在水里时，能够形成高黏度的溶液。碱在是指无机类化学物质，它们能够在水溶液中产生氢氧根离子，碱金属氧化物（如氧化钠），碱金属氢氧化物（氢氧化钠）以及强碱弱酸形成的盐（碳酸钠）等是这里所指的碱的代表。传统的三元复配技术用于油田开发的三次采油，主要问题有：1）长期的碱的使用会造成地层的破坏，对采油和环境造成负面影响；2）碱的使用造成一些表面活性剂和聚合物的不稳定和分解，限制了对表面活性剂和聚合物的选择。

传统的三次采油的表面活性剂是阳离子型的，最常见的是石油磺酸盐表面活性剂。它们通常和聚合物，碱同时使用，形成“三元复配系统”。 由于碱对地层和环境的副作用，碱的使用越来越受到限制。无碱的表面活性剂的单独使用或者表面活性剂-聚合物“二元复配系统”正成为新的发展方向。

常规的三元复配系统中，碱在三次采油的主要作用是皂化原油中的酸性物质，使它们变成皂化的表面活性剂，利用这种就地产生的表面活性剂，来增加表面活性剂的总体浓度（减少实际加入的表面活性剂浓度，减低采油的成本）。 由于前述的碱的负面影响，新配方方向是寻找经济有效的无碱的表面活性剂系统。但通常不加入碱的情况下，现有技术一般是通过提高表面活性剂的浓度来实现。在高表面活性剂浓度的条件下（表面活性剂的有效使用浓度在3%以上），由于表面活性剂所形成的胶束的溶解油的能力，这种含有表面活性剂的注入水系具有比单纯注入水系更高的携带油的能力。但是这种只靠胶束溶解，产油能力的提高有限。而且由于表面活性剂的成本原因，这种高浓度的应用限制很大。