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1、(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 201710980124.4 (22)申请日 2017.10.19 (71)申请人 中国石油大学 （华东） 地址 266580 山东省青岛市黄岛区 (72)发明人 赵光戴彩丽谷成林李玉阳 吕亚慧由庆孙永鹏赵明伟 吴一宁 (74)专利代理机构 北京汇泽知识产权代理有限 公司 11228 代理人 张瑾 (51)Int.Cl. C09K 8/594(2006.01) C09K 8/584(2006.01) (54)发明名称 一种改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系 及其制备方法 (57)摘。
2、要 本发明提供了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， 液相中包括 0.150.35的起泡剂、 0.040.1的稳泡 剂， 余量为配液水， 各组分质量百分比之和为 100； 气相与液相的气液比为(13) 1。 起泡剂 选自烷基磺丙基甜菜碱和烷基酰胺丙基甜菜碱 中的一种或两种的组合。 稳泡剂为改性纳米石墨 颗粒， 其粒径为100300nm。 本发明同时分别提 供了上述改性纳米石墨颗粒和三相泡沫调驱体 系的制备方法。 采用本发明的纳米石墨颗粒三相 泡沫调驱体系， 可大幅度增加所形成泡沫的稳定 性， 具有较好的流度控制能力， 同时成本低廉、 制 备方法简单、 便于大规模的现场施工。
3、。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 107841302 A 2018.03.27 CN 107841302 A 1.一种改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系， 包括液相和气相， 其特征在于： 所述液相中包括0.150.35的起泡剂、 0.040.1的稳泡剂， 余量为配液水， 上 述各组分质量百分比之和为100； 所述气相与液相的气液比为(13) 1。 2.根据权利要求1所述的纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系， 其特征在于， 所述液相中的 起泡剂选自烷基磺丙基甜菜碱和烷基酰胺丙基甜菜碱中的一种， 或选自这两种的组合。 3.根据权利要求2所述的纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系， 其特征在于： 所述。
4、用作起泡剂的烷基磺丙基甜菜碱的结构式如下式(1)所示： 式(1)中， R为C12、 C14或C16的烷基。 4.根据权利要求2所述的纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系， 其特征在于： 所述用作起泡剂的烷基酰胺丙基甜菜碱起泡剂的结构式如下式(2)所示： 式(2)中， R为C10C16的烷基。 5.根据权利要求1所述的纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系， 其特征在于， 所述液相中的 稳泡剂为改性纳米石墨颗粒， 其粒径为80150nm。 6.根据权利要求1所述的纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系， 其特征在于， 所述液相中的 配液水为清水或经过处理的油田回注污水。 7.根据权利要求1所述的纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系。
5、， 其特征在于， 所述气相为氮 气、 二氧化碳或天然气的一种。 8.权利要求5所述的改性纳米石墨颗粒的制备方法， 包括如下步骤： 第一步： 室温下， 在去离子水中先加入分散石墨颗粒， 搅拌分散， 制得石墨分散溶液； 第二步： 将上述制得的石墨分散溶液置于胶体磨中， 循环剪切制得石墨分散溶液； 第三步： 将上述制得的石墨分散溶液超声分散36小时， 取上清液， 制得均匀分散溶 液； 第四步： 加入十二烷基硫酸钠， 在高于室温的温度下搅拌， 制得改性石墨颗粒。 9.权利要求5所述的改性纳米石墨颗粒的制备方法， 其特征在于， 所述： 第一步中加入的石墨颗粒的粒径为15 m， 搅拌分散时间为10分钟； 。
6、权利要求书 1/2 页 2 CN 107841302 A 2 第二步中的剪切条件为4045Hz下循环， 剪切时间510分钟； 第三步中的超声分散时间为36小时； 第四步中的搅拌温度为3050， 搅拌分散时间为36小时， 制得的改性石墨颗粒的 粒径为80150nm。 10.权利要求1所述的纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的制备方法， 包括如下步骤： 第一步： 室温下， 在配液水中先加入根据权利要求8的方法制备的改性石墨颗粒， 搅拌 分散， 制得石墨分散溶液； 第二步： 加入起泡剂， 搅拌待其充分溶解； 第三步： 然后将气体按照气液比(13) 1由发泡装置通入液相中， 制得所述的纳米石 墨颗粒三相泡沫。
7、调驱体系。 11.权利要求10所述的纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的制备方法， 其特征在于， 所 述： 第一步中搅拌分散时间为510分钟； 第二步中的起泡剂选自烷基磺丙基甜菜碱和烷基酰胺丙基甜菜碱中的一种， 或选自这 两种的组合。 权利要求书 2/2 页 3 CN 107841302 A 3 一种改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系及其制备方法 技术领域 0001 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 0002 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。
8、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。
9、。 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， 。
10、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。 发明内容 0003 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。 0004 为实现上述目的，。
11、 本发明采用下述方案： 0005 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0.150.35， 稳泡剂在液相总质 量中的质量分数为0.040.1， 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(13) 1。 0006 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。 说明书 1/5 页 4 CN 107841302 A 4 0007 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80150nm。 0008 进一步的， 。
12、上述气相优选为氮气、 二氧化碳或天然气的一种 0009 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)： 0010 0011 式(1)中， R为C12、 C14或C16的烷基。 0012 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)： 0013 0014 式(2)中， R为C10C16的烷基。 0015 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。 0016 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： 0017 室温下(205)， 去离子水中加入粒径为15 m的石墨颗粒， 。
13、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， 4045Hz剪切条件下循环剪切 510分钟得石墨分散溶液； 将制得的石墨分散溶液超声分散36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， 4050温度下搅拌36小 时， 得粒径为80150nm的改性石墨颗粒。 0018 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： 0019 室温下(205)， 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。
14、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 0.040.1， 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 0.150.35， 然后将气体按照气液比(13) 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。 0020 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 0021 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)： 说明书 2/5 页 5 CN 107841302 A 5 0022 0023 式(1)中， R为C12、 C14或C16的烷基。 0024 进一步的， 上述用作起泡剂的烷基。
15、酰胺丙基甜菜碱， 其结构如下式(2)： 0025 0026 式(2)中， R为C10C16的烷基。 0027 与现有技术相比， 本发明具有如下有益效果： 0028 (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。 0029 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。
16、油藏剩余油的进一步挖潜。 0030 (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。 0031 (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。 0032 (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。
17、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。 0033 (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 0034 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； 0035 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； 说明书 3/5 页 6 CN 107841302 A 6 0036 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； 0037 图4是实施例3改性纳米石墨颗粒三相。
18、泡沫调驱体系的放大100倍的微观形貌图； 0038 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 0039 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。 0040 实施例1: 0041 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。 0042 改性纳米石墨颗粒的制备方法： 室温下(205)， 在800g去离子水中加入200g粒 径为15 m的石墨颗粒， 。
19、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。 0043 改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的制备方法： 室温下(205)， 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。
20、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7.610-2mN/m。 0044 实施例2: 0045 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。 0046 改性纳米石墨颗粒的制备方法： 室温下(205)， 在800g去离子水中加入200g粒 径为15 m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。
21、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。 0047 改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的制备方法： 室温下(205)， 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。
22、起泡体积240mL， 半衰期 350秒， 降低油水界面张力达4.610-2mN/m。 0048 实施例3: 0049 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。 说明书 4/5 页 7 CN 107841302 A 7 0050 改性纳米石墨颗粒的制备方法： 室温下(205)， 在800g去离子水中加入200g粒 径为15 m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。
23、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。 0051 改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的制备方法： 室温下(205)， 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。
24、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3.210-2mN/m。 0052 实施例4: 0053 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。 0054 改性纳米石墨颗粒的制备方法： 室温下(205)， 在800g去离子水中加入200g粒 径为15 m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。
25、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。 0055 改性纳米石墨颗粒三相泡沫调驱体系的制备方法： 室温下(205)， 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:。
26、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4.110-2mN/m。 0056 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。 说明书 5/5 页 8 CN 107841302 A 8 图1 图2 说明书附图 1/3 页 9 CN 107841302 A 9 图3 图4 说明书附图 2/3 页 10 CN 107841302 A 10 图5 说明书附图 3/3 页 11 CN 107841302 A 11 。