本發(fā)明屬于石油開發(fā)，涉及一種基于界面膜數(shù)篩選驅(qū)油組合物的方法、篩選的驅(qū)油組合物及其應(yīng)用，具體涉及一種基于界面膜數(shù)篩選驅(qū)油組合物的方法、篩選的適用于低滲油藏的驅(qū)油組合物及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、低滲透油藏存在空隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、喉道狹窄、非均質(zhì)性嚴重、裂縫復(fù)雜等特點，而且注入壓力高、注入性差、有效驅(qū)替系統(tǒng)建立困難等問題，導(dǎo)致低滲透油藏采收率處于較低狀況。目前國內(nèi)外低滲透油藏多采用蒸汽驅(qū)替和蒸汽吞吐兩種方式開采，但隨著環(huán)保要求的提高，熱采將逐步被冷采取代，因此，化學(xué)冷采是低滲透油藏后續(xù)開發(fā)的主要方式。

2、表面活性劑在提高石油采收率方面起到重要作用，其在油水界面吸附可降低驅(qū)替相與原油之間的界面張力，增強油水兩相的相互作用，使油藏中的剩余原油易于移動和變形，進而在外力作用下乳化為油滴分散于驅(qū)替相，提高洗油效率。室內(nèi)實驗和礦場實驗均表明，表面活性劑對原油的乳化作用對提高驅(qū)油效果十分有利(bryan?j,kantzasa.journalof?canadian?petroleum?technology,2009,48(02):37-46)。然而，表面活性劑形成的界面膜強度較差、功能單一，單獨使用時往往難以滿足復(fù)雜油藏(特別是低滲透油藏)的驅(qū)油需求。因此，以表面活性劑為基礎(chǔ)的復(fù)合體系開發(fā)成為研究熱點。近年來，納米材料應(yīng)用于油氣田開發(fā)成為研究的熱點之一。研究表明，納米材料在降低油水界面張力、增大結(jié)構(gòu)分離壓力、改變潤濕性、增強乳液穩(wěn)定性、增強泡沫穩(wěn)定性、改善流度比、吸附瀝青沉淀、催化瀝青分解、抑制顆粒運移等方面有顯著優(yōu)勢，與表面活性劑復(fù)配使用可以進一步豐富其驅(qū)油功能，提高驅(qū)油效果。

3、目前常用的納米材料存在穩(wěn)定性差、功能單一、油藏環(huán)境適應(yīng)性差、與表面活性劑配伍性低等問題。二氧化硅及其改性產(chǎn)物是驅(qū)油中研究最多的納米粒子。此外，驅(qū)油劑中常用的納米粒子還包括：氧化鋁、四氧化三鐵、二氧化鈦、氧化鎂、氧化鋅、氧化銅等金屬氧化物納米顆粒，以及納米管、納米纖維素晶體、結(jié)晶淀粉、石墨烯等納米粒子。侯吉瑞等人2d智能“納米黑卡”，發(fā)現(xiàn)納米黑卡在流動過程中可剝離油膜，形成“油墻”，增大流動阻力，提高波及體積，進而提高采收率(油田化學(xué).2020,37(01):133-137)。綜合以往的研究發(fā)現(xiàn)，納米顆粒的分散穩(wěn)定性差是普遍存在問題。目前常用的解決方法是對納米顆粒進行修飾改性，但改性工藝手段繁瑣，成本較高，難以推廣應(yīng)用。cn110437814a公開了一種提高三次采油驅(qū)油劑，該驅(qū)油劑原料包括表面活性劑、聚丙烯酰胺、改性納米二氧化硅、碳酸鈉和水。所述表面活性劑為木質(zhì)素磺酸鈉、十二烷基二甲基羥丙基磺基甜菜堿、氟碳表面活性劑，改性二氧化硅為γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅改性納米二氧化硅。該驅(qū)油劑缺點是采收率沒有得到很大程度提升，而且驅(qū)油體系穩(wěn)定性不足。因此，選擇易于制備、成本低廉的納米材料，復(fù)配適宜的表面活性劑，開發(fā)新的復(fù)合驅(qū)油體系仍是納米流體驅(qū)油中亟待解決的關(guān)鍵問題。

4、驅(qū)油體系篩選方法是優(yōu)化設(shè)計驅(qū)油體系的重要保障。目前篩選驅(qū)油體系的方法主要包括：巖心驅(qū)油實驗方法和可視化模型滲流方法。巖心驅(qū)油實驗方法能夠綜合地評價包括驅(qū)油體系乳化滲流能力在內(nèi)的幾乎所有因素對提高采收率的影響，但是實驗成本高、周期長、操作復(fù)雜，難以開展大規(guī)模的樣本篩選?？梢暬Ｐ蜐B流方法篩選驅(qū)油體系技術(shù)可以觀測乳狀液在模型中滲流的形態(tài)與油水分布等直觀可視結(jié)果，但是孔喉的結(jié)構(gòu)與尺寸依舊與真實地層多孔介質(zhì)有一定差距；另外，由于加工工藝和加工材料的限制，可視化模型尺寸往往較小，受尺度效應(yīng)影響，不同體系的驅(qū)油效果區(qū)分度低，對驅(qū)油體系的篩選效果不佳。因此，這兩種驅(qū)油體系篩選方法存在操作復(fù)雜、實驗周期長、成本高、對不同體系驅(qū)油效果的區(qū)分度低等問題，而且無法從化學(xué)劑組合物性質(zhì)特性層面推斷驅(qū)替劑的作用機制，難以用于指導(dǎo)驅(qū)油體系的優(yōu)化設(shè)計。

5、因此，在本領(lǐng)域中，期望開發(fā)一種簡單的篩選方法，并利用該方法篩選一種新型高效的驅(qū)油組合物。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于界面膜數(shù)技術(shù)篩選的適用于低滲油藏驅(qū)油體系組合物，從化學(xué)劑界面參數(shù)性質(zhì)對驅(qū)油體系進行優(yōu)化設(shè)計，避免復(fù)雜驅(qū)替操作，得到提升驅(qū)油性能和提高采收率的驅(qū)油體系組合物，推進低滲透油藏三次采油工業(yè)化應(yīng)用進程。

2、本發(fā)明涉及一種關(guān)于三次采油中所用的化學(xué)驅(qū)配方體系，具體是關(guān)于一種基于界面膜數(shù)篩選方法優(yōu)化設(shè)計得到的，有機無機材料雜化的納米粒子與復(fù)合表面活性劑混合，用于低滲油藏驅(qū)油的驅(qū)油組合物及其在三次采油中的應(yīng)用。本發(fā)明利用基于界面行為的篩選方法，對驅(qū)油用納米粒子與表面活性劑復(fù)合物進行優(yōu)化設(shè)計對于開發(fā)新型高效的驅(qū)油劑具有重要意義。

3、為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明提供一種基于界面膜數(shù)篩選驅(qū)油組合物的方法，所述界面膜數(shù)的計算公式為：

5、其中：φ為界面膜數(shù)，γ為界面張力，e0為界面膜最大彈性模量，θ為界面擴張流變相角；根據(jù)所述界面膜數(shù)的計算公式來篩選驅(qū)油組合物。

6、本發(fā)明提供的基于界面膜數(shù)技術(shù)篩選驅(qū)油組合物，與現(xiàn)有的巖心驅(qū)油實驗以及可視化模型滲流方法篩選驅(qū)油體系技術(shù)相比，擺脫了注采工藝參數(shù)和尺寸效應(yīng)的影響，僅以界面膜數(shù)φ作為指標進行驅(qū)油體系篩選，避免了復(fù)雜的驅(qū)替操作，縮短了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本，適用于大規(guī)模樣本篩選。

7、優(yōu)選地，所述界面張力、界面膜最大彈性模量、界面擴張流變相角依次分別由界面張力實驗、langmuir單分子膜實驗、界面擴張流變實驗得到。

8、優(yōu)選地，所述界面膜數(shù)通過以下方法得到：

9、(1)界面張力實驗：配制驅(qū)油劑水溶液，采用旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀(例如，可參考物理化學(xué)學(xué)報,2009,25(1)：41-46)測定驅(qū)油劑水溶液與原油或模擬油之間的界面張力；

10、(2)langmuir單分子膜實驗：配制驅(qū)油劑有機溶劑溶液，滴加于langmuir膜分析儀的水槽表面，待有機溶劑揮發(fā)后，采用langmuir單分子膜實驗(例如可參考：大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報.2022,17(01)：171-184)測定表面張力隨平均分子所占面積的變化，得到π-a等溫線，得到界面膜最大彈性模量；

11、(3)界面擴張流變實驗：配制驅(qū)油劑水溶液，采用液滴外形分析法(例如可參考天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報.2023,42(02)：34-41)測定驅(qū)油劑水溶液與原油或模擬油之間的界面擴張流變相角；

12、(4)綜合界面張力、界面膜最大彈性模量和界面擴張流變相角，提出界面膜數(shù)：

13、

14、驅(qū)油過程本質(zhì)上是一種界面作用過程，因此，從驅(qū)油體系界面吸附層出發(fā)，發(fā)展一種基于特定界面參數(shù)篩選驅(qū)油體系的方法，能夠解決目前室內(nèi)評價實驗影響因素過于復(fù)雜導(dǎo)致難以有效篩選驅(qū)油體系的問題。

15、優(yōu)選地，步驟(3)具體包括以下步驟：配制驅(qū)油劑水溶液；采用液滴外形分析法測定驅(qū)油劑水溶液與原油或模擬油之間的界面擴張流變性質(zhì)，即，油滴形成后，以一定的工作頻率對油滴進行正弦周期擾動；基于界面張力正弦周期曲線與界面面積正弦周期曲線的相位差得到界面擴張流變相角。

16、優(yōu)選地，所述一定的工作頻率為0.1-0.2hz，例如0.1hz、0.15hz、0.2hz等。

17、優(yōu)選地，步驟(1)和步驟(3)中的驅(qū)油劑水溶液以及步驟(2)中的驅(qū)油劑有機溶劑溶液中的驅(qū)油劑包括甜1-b18、甜3-b26ps、陰非-b26ps、仲烷基苯磺酸鹽、石油磺酸鹽、aeo9、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的任意一種或至少兩種的組合。

18、本發(fā)明使用的界面膜數(shù)(φ)是體現(xiàn)化學(xué)劑體系的綜合界面性質(zhì)的一個界面性能參數(shù)。

19、界面膜數(shù)的數(shù)值與驅(qū)油效果密切相關(guān)，并且界面膜數(shù)φ與提高采收率eor存在線性的一一對應(yīng)關(guān)系，可以作為表征驅(qū)油化學(xué)劑界面性質(zhì)的綜合參數(shù)。界面張力越低、界面膜強度越高、界面黏彈性越好，相應(yīng)地φ數(shù)值也越大，其驅(qū)替效果越好。當界面膜數(shù)﹤550時，提高采收率值＜15％；而界面膜數(shù)≥550時，提高采收率＞15％；界面膜數(shù)繼續(xù)升高，采收率緩慢增加?；诖耍缑婺?shù)值550作為評價化學(xué)劑驅(qū)油效果的標準，在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明得到了界面膜數(shù)值≥550具有高驅(qū)油效率的用于低滲油藏驅(qū)油組合物體系。

20、第二方面，本發(fā)明提供一種基于界面膜數(shù)篩選的驅(qū)油組合物，所述驅(qū)油組合物按照重量百分比計，包括如下組分：

21、復(fù)合表面活性劑?????????0.01％-0.5％；

22、納米粒子???????????????0.001％-0.1％；

23、其余為水；

24、所述復(fù)合表面活性劑包括烷基羥磺基甜菜堿和醇醚磺酸鹽陰非表面活性劑。

25、本發(fā)明提供了一種基于界面膜數(shù)φ技術(shù)篩選的適用于低滲油藏的驅(qū)油組合物，創(chuàng)造性地應(yīng)用界面膜數(shù)技術(shù)，從化學(xué)劑界面參數(shù)性質(zhì)對驅(qū)油體系進行優(yōu)化設(shè)計，縮短了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本，避免了復(fù)雜的驅(qū)替操作，適用于大規(guī)模推廣。本發(fā)明具體是通過界面膜數(shù)得到了高采收率的含復(fù)合表面活性劑和改性氧化鋁納米粒子的驅(qū)油體系組合物。

26、在本發(fā)明中，所述驅(qū)油組合物按照重量百分比計，復(fù)合表面活性劑的用量可以為0.01％、0.03％、0.05％、0.08％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％等，納米粒子的用量可以為0.001％、0.003％、0.005％、0.008％、0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％等，其余為水。

27、優(yōu)選地，所述烷基羥磺基甜菜堿包括直鏈或支鏈的烷基碳數(shù)為16-26(例如16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26)的烷基或芳烷基羥磺基甜菜堿。

28、優(yōu)選地，所述烷基羥磺基甜菜堿包括帶支鏈的烷基碳數(shù)為22的芳烷基羥磺基甜菜堿(10-(3,5-二甲基)-c22烷基羥磺甜菜堿)。

29、優(yōu)選地，所述醇醚磺酸鹽陰非表面活性劑中的脂肪醇碳數(shù)為8-26(例如8、10、12、14、16、18、20、22、24、26等)并且聚氧丙烯和聚氧乙烯數(shù)為5-20，例如5、8、10、12、14、16、18、20等。

30、優(yōu)選地，所述醇醚磺酸鹽陰非表面活性劑包括c18po10eo6so3na。

31、所述烷基羥磺基甜菜堿和醇醚磺酸鹽陰非表面活性劑的質(zhì)量比為8:2～3:7，例如8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7等，優(yōu)選7:3～4:6，進一步優(yōu)選5:5。

32、優(yōu)選地，所述納米粒子包括部分聚丙烯酰胺疏水改性的氧化鋁、甲基化改性二氧化硅、未改性二氧化硅或三氧化二鐵中的任意一種或至少兩種的組合，優(yōu)選部分聚丙烯酰胺疏水改性的氧化鋁。

33、優(yōu)選地，所述部分聚丙烯酰胺疏水改性的氧化鋁包括50％聚丙烯酰胺疏水改性的氧化鋁。所述50％聚丙烯酰胺疏水改性的氧化鋁指的是，以聚丙烯酰胺和氧化鋁的總重量為100％計，所述聚丙烯酰胺的用量為50％。

34、優(yōu)選地，所述納米粒子的粒度為10-80nm，例如10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm等，優(yōu)選15-70nm，進一步優(yōu)選20nm。

35、優(yōu)選地，所述水包括油田注入污水、地層水或清水中的任意一種或至少兩種的組合。

36、優(yōu)選地，所述水的礦化度小于100000mg/l，例如90000mg/l、80000mg/l、70000mg/l、60000mg/l、50000mg/l、40000mg/l、30000mg/l、20000mg/l、10000mg/l、8000mg/l、5000mg/l等。

37、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述驅(qū)油組合物按照重量百分比計，包括如下組分：

38、復(fù)合表面活性劑??????????0.01％-0.2％；

39、納米粒子????????????????0.001％-0.01％；

40、其余為水。

41、作為本發(fā)明的進一步的優(yōu)選技術(shù)方案，所述驅(qū)油組合物按照重量百分比計，包括如下組分：

42、復(fù)合表面活性劑??????????0.15％；

43、納米粒子????????????????0.005％；

44、其余為水。

45、優(yōu)選地，所述驅(qū)油組合物的界面膜數(shù)≥550，例如600、800、1000、3000、5000、8000等。

46、本發(fā)明提供的適用于低滲油藏驅(qū)油組合物體系采用10-(3,5-二甲基)-c22烷基羥磺甜菜堿、c18po10eo6so3na和部分聚丙烯酰胺疏水改性的氧化鋁納米粒子組成，其界面性能達到了超低界面張力，乳化性能優(yōu)良。巖心驅(qū)油實驗表明，本發(fā)明提供的采用低滲油藏驅(qū)油組合物體系采用支鏈的c22芳烷基羥磺基甜菜堿、c18po10eo6so3na和部分聚丙烯酰胺疏水改性的氧化鋁納米粒子組成的驅(qū)油體系的驅(qū)油效率高，并且用量低，因此具有較低的經(jīng)濟成本和較高的驅(qū)油效率雙重優(yōu)勢。

47、第三方面，本發(fā)明提供一種如第二方面所述的基于界面膜數(shù)篩選的驅(qū)油組合物在三次采油中的應(yīng)用。

48、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

49、本發(fā)明提供了一種基于界面膜數(shù)φ技術(shù)篩選的適用于低滲油藏的驅(qū)油組合物，創(chuàng)造性地應(yīng)用界面膜數(shù)技術(shù)，從化學(xué)劑界面參數(shù)性質(zhì)對驅(qū)油體系進行優(yōu)化設(shè)計，縮短了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本，避免了復(fù)雜的驅(qū)替操作，適用于大規(guī)模推廣。本發(fā)明具體是通過界面膜數(shù)得到了高采收率的含復(fù)合表面活性劑和改性氧化鋁納米粒子的驅(qū)油體系組合物。