一种适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及油气藏开采领域，具体涉及一种适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物及其制备方法和应用。

背景技术

在天然气藏和油藏的开发过程中，广泛存在着水锁伤害。水锁伤害是指在油气藏开发过程中，当非润湿相驱替润湿相时，由于储层微孔结构存在毛细管自吸现象，润湿相对非润湿相将产生毛细管阻力，被采储层不能依靠自身地层压力有效地排出侵入水，减弱毛细管效应，使得储层孔喉中的含水饱和度不断增加，同时，渗透率不断降低。

水锁伤害是油气藏开发过程中普遍存在的问题。例如，在油气藏开发后期，随着生产时间延长，一些高压低产井的生产压差会逐渐增大，导致储层外围地层中的束缚水逐渐流入近井地带，造成水锁；当气井产量低于临界携液量后，在井底形成的积液会在井筒回压、微孔隙毛细管压力和储层岩石润湿性等作用下，向储层中的微毛细管孔道产生反向渗吸，造成水锁伤害；在油气藏压裂作业过程中，尤其是在低渗透非均质储层中，由于水基流体的滤失，这些液体持续滞留在岩石孔隙中导致水锁伤害。

水锁伤害一旦发生，将极大程度影响油气藏的产能。因此，如何预防和解除水锁伤害是实现油气田稳产增产的重要课题之一。

水锁伤害产生的主要原因主要有两个方面，包括毛细管自吸和液相滞留，受到流体表面张力、毛细管润湿角、流体粘度和孔喉半径等因素的直接影响。此外，地层原始压力和外来流体侵入深度等也会加剧水锁伤害的发生。

目前，油气藏解除水锁伤害的技术手段，包括采用增大生产压力、热力清洗、地层压裂等物理手段，但是最主要的解水锁方法为使用解水锁剂。解水锁剂的工作原料为利用表面活性剂等药剂来降低水的表面张力、调控地层润湿性等，进而促进油气藏地层中堵塞水的排出，从而达到解除水锁伤害的效果。

本发明旨在提出一种适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物。具体地说涉及一种适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物及其制备方法和应用。本发明提供的表面活性剂组合物能够降低水的表面张力，将强水湿基质表面调控为中性润湿甚至疏水，有效解除油气藏水锁带来的伤害。

本发明目的之一是提供一种适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物，包括双子型有机硅阳离子表面活性剂和双子型有机硅阴离子表面活性剂。本发明提供的表面活性剂组合物，通过将双子型有机硅阳离子表面活性剂、双子型有机硅阴离子表面活性剂进行组合，能够使得各组分之间相互作用，协同增效，大幅降低水的表面张力，将强水湿基质表面调控为中性润湿甚至疏水，有效解除油气藏水锁伤害。其中，阴离子型表面活性剂与阳离子型表面活性剂复配使用时，特定配比的阴-阳复合体系在气液界面的排布相较于单一表面活性剂更加紧密，可以大幅提升体系的表界面性能以及润湿性调控能力，尤其当整个体系呈现正电性时，可将强水湿表面调控为疏水，大幅降低水的表面张力，进而促进地层中堵塞水的排出，起到良好的解水锁作用。

其中，

所述双子型有机硅阳离子表面活性剂可选自如下式(Ⅰ)中的至少一种：

其中，式(Ⅰ)中，

M

R

R

m可选自0～20之间的整数，例如可为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20，优选为0～10之间的整数，更优选为2～8之间的整数。

所述双子型有机硅阴离子表面活性剂可选自如下式(Ⅱ)中的至少一种：

其中，式(II)中，

X可选自—COO

Y为使所述式(Ⅱ)保持电荷平衡的阳离子和/或阳离子基团，优选地，Y可选自铵根离子和/或一价金属阳离子；R

R

m选自0～20之间的整数，例如可为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20，优选为0～10之间的整数，更优选为2～8之间的整数。

在具体实施中，

所述的双子型有机硅阳离子表面活性剂和双子型有机硅阴离子表面活性剂的物质的量之比可为(1～100)：(1～100)，优选地，所述的双子型有机硅阳离子表面活性剂和双子型有机硅阴离子表面活性剂的物质的量之比为100：(1～100)。

本发明提供的表面活性剂组合物中，双子型有机硅阳离子表面活性剂和双子型有机硅阴离子表面活性剂，均能显著降低表面张力、增大基质接触角进行润湿性调控。同时，双子型有机硅阳离子表面活性剂还有助于其在砂岩型油气藏地层中通过合理吸附进而调控地层润湿性能，与常规表面活性剂相比，具有更强的润湿性调控能力。

本发明目的之二是提供所述的适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物的制备方法，可包括以下步骤：

将所述双子型有机硅阳离子表面活性剂和双子型有机硅阴离子表面活性剂按所述用量进行混合即得。

本发明目的之三是提供本发明目的之一所述的适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物或者本发明目的之二的所述制备方法制备的表面活性剂组合物的应用，优选作为解水锁剂的应用，例如可为油气藏解水锁剂的应用，但并不限于此。

本发明目的之四是提供一种解水锁剂，所述解水锁剂包含本发明目的之一所述的适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物或者本发明目的之二所述制备方法制得的表面活性剂组合物，及任选的溶剂；优选包含溶剂。

当包含溶剂时，所述溶剂用于稀释表面活性剂组合物，即用溶剂将所述的表面活性剂组合物稀释至一定浓度制备成解水锁剂。得到的所述解水锁剂中，所述表面活性剂组合物(双子型有机硅阳离子表面活性剂和双子型有机硅阴离子表面活性剂之和)的质量浓度可为0.001％～10％，优选为0.01％～1％。

具体地，

用于稀释表面活性剂组合物的所述溶剂，可选自水和/或小分子有机溶剂的至少一种。

在本发明的一些优选实施中，所述水可选自去离子水和/或含无机矿物质的水，具体地，所述含无机矿物质的水可选自自来水、河/湖水和油气田地层水中的至少一种。

在本发明的一些优选实施中，所述小分子有机溶剂可选自小分子醇、小分子醚、小分子胺、小分子醇胺中的至少一种，优选为小分子醇；具体地，所述小分子醇可选自C1～C6一元醇、C2～C6二元醇和C3～C6多元醇中的至少一种，更优选地，所述小分子醇可选自C1～C3一元醇、C2～C3二元醇和丙三醇中的至少一种，更优选地，所述一元醇可选自甲醇、乙醇和丙醇中的至少一种，所述二元醇可选自乙二醇和/或丙二醇，进一步优选地，所述小分子醇选自甲醇和/或乙醇。

在本发明的一些优选实施中，

用于稀释表面活性剂组合物的所述溶剂中，小分子有机溶剂和水的质量比可为(0～10)：10，优选为(2～10)：10。在本发明的不同实施方式中，本领域技术人员可以根据实际需要加以调节。

本发明目的之五是提供本发明目的之四所述的解水锁剂的制备方法。

所述制备方法可包括将本发明的目的之一所述的适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物或者将本发明的目的之二所述制备方法制得的表面活性剂组合物与任选的溶剂混合，即可用溶剂进行稀释，即得所述解水锁剂。其中，所述解水锁剂中，所述表面活性剂组合物的质量浓度可为0.001％～10％，优选可为0.01％～1％。

本发明目的之六是提供本发明目的之四所述的解水锁剂或者本发明目的之五所述制备方法得到的解水锁剂的应用，优选用于油气藏解水锁中的应用。具体油气藏解水锁的方法可包括将所述解水锁剂注入油气藏相应的油气井中。

本发明的有益效果：

本发明提供的表面活性剂组合物，通过将双子型有机硅阳离子表面活性剂、双子型有机硅阴离子表面活性剂进行组合，能够使得各组分之间相互作用，协同增效，大幅降低水的表面张力，尤其是能够将水的表面张力降低至20mN/m左右。并且，能够将强水湿基质表面调控为中性润湿甚至疏水，并由此促进地层中堵塞水的排出。

进一步地，通过控制特定配比的双子型有机硅阳离子表面活性剂和双子型有机硅阴离子表面活性剂复配使用，所得到的表面活性剂组合物在气液界面的排布相较于单一表面活性剂更加紧密，可以大幅提升体系的表界面性能以及润湿性调控能力，尤其当整个体系呈现正电性时，可将强水湿表面调控为疏水，大幅降低水的表面张力，进而促进地层中堵塞水的排出，能够有效解除油气藏水锁伤害，起到良好的解水锁作用。

并且，本发明提供的解水锁剂尤其适用于油气藏的解水锁施工过程。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

原料来源

实施例与对比例中采用的原料，如果没有特别限定，那么均是现有技术公开的，例如可直接购买获得或者根据现有技术公开的制备方法制得。

(1)双子型有机硅阳离子表面活性剂的制备过程可参照《长链烷基醇醚三甲基氯化铵的制备》(日用化学工业，1995，2:47-48)中所述的工艺步骤，具体为：采用双子型有机硅非离子表面活性剂(其中，制备实施例1、3时使用的的是：HOC

(2)双子型有机硅阴离子表面活性剂的制备原料主要包括：双子型有机硅非离子表面活性剂(其中，制备实施例1、3时使用的是HOC

本发明中用到的其他试剂均可通过市售获得。

【实施例1】

(1)制备适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物：将双子型有机硅阳离子表面活性剂和双子型有机硅阴离子表面活性剂进行混合即得。本实施例提供的表面活性剂组合物中双子型有机硅阳离子表面活性剂的分子式为：Cl(CH

(2)制备解水锁剂：向反应容器中加入步骤(1)制备的表面活性剂组合物，再加入溶剂后混合搅拌使其溶解完全，即得所述解水锁剂，所得解水锁剂中，表面活性剂组合物的质量浓度为0.1％。本实施例提供的用于制备油气藏解水锁剂的溶剂为甲醇和去离子水的混合物，其中甲醇和去离子水的质量比为1：4。

【实施例2】

(1)制备适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物：将双子型有机硅阳离子表面活性剂和双子型有机硅阴离子表面活性剂进行混合即得。本实施例提供的双子型有机硅阳离子表面活性剂的分子式为：Br(CH

(2)制备解水锁剂：向反应容器中加入步骤(1)制备的适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物，再加入溶剂后混合搅拌使其溶解完全，即得所述解水锁剂；其中解水锁剂中，表面活性剂组合物的质量浓度为0.1％。本实施例提供的用于制备油气藏解水锁剂的溶剂为乙醇和去离子水的混合物，其中乙醇和去离子水的质量比为2：5。

【实施例3】

(1)制备适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物：将双子型有机硅阳离子表面活性剂和双子型有机硅阴离子表面活性剂进行混合即得。本实施例提供的双子型有机硅阳离子表面活性剂的分子式为：Cl(CH

(2)制备解水锁剂：向反应容器中加入步骤(1)制备的适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物，再加入溶剂后混合搅拌使其溶解完全，即得所述解水锁剂；其中解水锁剂中，表面活性剂组合物的质量浓度为0.1％。本实施例提供的用于制备油气藏解水锁剂的溶剂为去离子水。

【实施例4】

(1)制备适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物：将双子型有机硅阳离子表面活性剂和双子型有机硅阴离子表面活性剂进行混合即得。本实施例提供的双子型有机硅阳离子表面活性剂的分子式为：I(CH

(2)制备解水锁剂：向反应容器中加入步骤(1)制备的适用于油气藏解水锁用的表面活性剂组合物，再加入溶剂后混合搅拌使其溶解完全，即得所述解水锁剂；其中解水锁剂中，表面活性剂组合物的质量浓度为0.1％。本实施例提供的用于制备油气藏解水锁剂的溶剂为甲醇和去离子水的混合物，其质量比为2：3。

【对比例1】

(1)本对比例提供的用于制备解水锁剂的表面活性剂为双子型有机硅阳离子表面活性剂，其分子式为：Cl(CH

(2)制备解水锁剂：向反应容器中加入步骤(1)的双子型有机硅阳离子表面活性剂，再加入溶剂后混合搅拌使其溶解完全，即得解水锁剂；其中解水锁剂中，表面活性剂的质量浓度为0.1％。本对比例提供的用于制备油气藏解水锁剂的溶剂为甲醇和去离子水的混合物，其中甲醇和去离子水的质量比为1：4。

【对比例2】

(1)本对比例提供的用于制备解水锁剂的表面活性剂为双子型有机硅阴离子表面活性剂，其分子式为：NaOOCC

(2)制备解水锁剂：向反应容器中加入步骤(1)的双子型有机硅阴离子表面活性剂，再加入溶剂后混合搅拌使其溶解完全，即得解水锁剂；其中解水锁剂中，表面活性剂的质量浓度为0.1％。本对比例提供的用于制备油气藏解水锁剂的溶剂为甲醇和去离子水的混合物，其中甲醇和去离子水的质量比为1：4。

【测试例1】

将上述实施例1～4制备的表面活性剂组合物和对比例1～2制备的表面活性剂分别用去离子水稀释至0.1重量％的有效浓度，并按照《GB/T 22237-2008表面活性剂表面张力的测定》，测定各解水锁剂的表面张力，测定结果见表1。

表1

由表1可知，本发明实施例1～4提供的表面活性剂组合物具有更低的表面张力。尤其是，如实施例1和对比例1～2的比较可知，采用双子型有机硅阳离子表面活性剂、双子型有机硅阴离子表面活性剂复配的组合方式，由于各组分之间相互作用，协同增效，能够更大幅度降低水的表面张力。

【测试例2】

本测试例采用接触角来评价油气藏解水锁剂调控地层润湿性的能力。

具体地，选取亲水的石英片作为测试基质，石英片经醇溶剂和超纯水多次超声清洗后，超纯水在实验用石英片上几乎完全铺展，测试得接触角小于5°。采用去离子水将实施例1～4制备的表面活性剂组合物和对比例1～2制备的表面活性剂分别稀释至0.1重量％有效浓度得到测试溶液，将石英片浸没于溶液中2h，取出吹干，测试水与处理后的石英片的接触角，测试结果见表2。

表2

由表2可知，本发明实施例1～4提供的表面活性剂组合物可以将强水湿基质表面调控为中性润湿甚至疏水。尤其是，如实施例1和对比例1～2比较可知，采用双子型有机硅阳离子表面活性剂、双子型有机硅阴离子表面活性剂的复配的组合方式，由于各组分之间相互作用，协同增效，能够将强水湿基质表面调控为中性润湿甚至疏水。

综上，表面张力越低，产生水锁的液体越易于从伤害产生的毛细孔道中移除；地层润湿性越疏水，即水与基质接触角越大，水越不易于黏附于地层基质表面；进而使产生水锁伤害的液体尽快排出。

以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。