一种高温发泡剂及其制备方法

摘要

本发明涉及一种高温发泡剂及其制备方法。该高温发泡剂，以其重量百分比计，其包括以下成分：α-烯烃磺酸钠40-50％，芳基烷基磺酸钠25-35％，高温泡沫稳定剂1-5％，其余为水。该高温发泡剂的制备方法包括以下步骤：将α-烯烃磺酸钠、芳基烷基磺酸钠放置于混合釜中，搅拌，升温至45-50℃，缓慢加入高温泡沫稳定剂和水，继续搅拌45-60分钟，降温出料得到高温发泡剂。本发明的高温发泡剂在高温条件下热稳定性好、发泡和封堵性能强，在稠油油藏注蒸汽热采防汽窜中具有广阔的应用前景。

权利要求

1.一种高温发泡剂，以该高温发泡剂的重量百分比计，其包括以下成分：α-烯烃磺酸钠40-50%，芳基烷基磺酸钠25-35%，高温泡沫稳定剂1-5%，其余为水；

其中，以重量百分比计，制备所述高温泡沫稳定剂的原料包括：月桂醇40-45%，十二烷基二甲基氧化胺30-35%，余量为月桂醇二乙醇胺。

2.如权利要求1所述的高温发泡剂，其中，以重量百分比计，制备所述α-烯烃磺酸钠的原料包括：三氧化硫15-20%，α-烯烃20-25%，余量为质量浓度为20%的氢氧化钠溶液。

3.如权利要求1所述的高温发泡剂，其中，以重量百分比计，制备所述芳基烷基磺酸钠的原料包括：甲苯14-16%，α-烯烃磺酸47-50%，固体超强酸催化剂1.5-2.0%，余量为质量浓度为20%的氢氧化钠溶液。

4.如权利要求1或2所述的高温发泡剂，其中，制备所述α-烯烃磺酸钠的原料中，α-烯烃为C14α-烯烃与C16α-烯烃的混合烯烃，以重量百分比计，C14α-烯烃占40%，C16α-烯烃占60%。

5.如权利要求3所述的高温发泡剂，其中，制备所述芳基烷基磺酸钠的原料中，α-烯烃磺酸为制备α-烯烃磺酸钠过程中中和之前的产物。

6.如权利要求3或5所述的高温发泡剂，其中，制备所述芳基烷基磺酸钠的原料中，固

2-

体超强酸催化剂为SO4 /Fe2O3。

7.权利要求1-6任一项所述的高温发泡剂的制备方法，其包括以下步骤：将α-烯烃磺酸钠、芳基烷基磺酸钠、高温泡沫稳定剂放置于混合釜中，搅拌，升温至

45℃，加入水，继续搅拌45-60分钟，降温出料得到所述高温发泡剂。

8.如权利要求7所述的制备方法，其中，所述α-烯烃磺酸钠的制备过程包括以下步骤：首先在反应釜中加入α-烯烃，搅拌，加热升温至45℃，接着通入SO3进行磺化反应，待反应完全温度不再升高时，老化45分钟并保持温度在45℃-50℃，得到α-烯烃磺酸；

向老化之后的产物中缓慢滴加质量浓度为20%的氢氧化钠溶液进行中和反应，反应过程中控制温度不超过55℃，反应完毕，搅拌30分钟，得到部分转化的α-烯烃磺酸钠；

把部分转化的α-烯烃磺酸钠转移至高压反应釜中，搅拌，加热升温至160-175℃并保持，高压反应釜中的压力控制在1.0MPa，水解30分钟后，降温出料得到所述α-烯烃磺酸钠。

9.如权利要求7或8所述的制备方法，其中，所述芳基烷基磺酸钠的制备过程包括以下步骤：首先在反应釜中加入甲苯、α-烯烃磺酸、固体超强酸催化剂，缓慢加热至135-145℃并保持，当反应物的酸值不变时停止加热，得到棕色粘稠液体；

然后用质量浓度为20%的NaOH溶液进行中和反应，反应过程中温度不超过55℃，中和至pH值为8-9时停止，降温出料得到所述芳基烷基磺酸钠。

10.如权利要求7所述的制备方法，其中，所述高温泡沫稳定剂的制备过程包括以下步骤：在混合釜中加入月桂醇、十二烷基二甲基氧化胺、月桂醇二乙醇胺，加热至60℃，搅拌

30分钟混合均匀，降温出料得到所述高温泡沫稳定剂。

11.权利要求1-6任一项所述的高温发泡剂在稠油油藏注蒸汽热采防汽窜中的用途。

说明书

一种高温发泡剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高温发泡剂及其制备方法，尤其涉及一种稠油油藏注蒸汽热采防汽窜用的高温发泡剂及其制备方法，属于石油开采技术领域。

背景技术

[0002] 稠油油藏在经过多轮次蒸汽吞吐或转入蒸汽驱阶段，随着注气量的增加和注汽时间的延长，会出现蒸汽超覆和汽窜现象。一旦发生汽窜，就会出现蒸汽单方向突进，油藏加热不均匀，蒸汽在高渗透带进行无效窜流，不能有效加热富集油的低渗透带，从而导致蒸汽波及体积小、热效率低、经济效益差。

[0003] 为了提高蒸汽总体波及体积和稠油油藏最终采收率，必须采取有效措施来防治汽窜。研究证明，伴随着蒸汽注入高温泡沫剂可以提高注入蒸汽的波及效率和驱替效率。但目前为止，能够应用于蒸汽吞吐(温度大于280℃)或蒸汽驱(温度大于300℃)的耐高温发泡剂极少，而制约该项技术应用到蒸汽吞吐或蒸汽驱的关键问题是泡沫剂的耐高温性能。

[0004] 针对上述瓶颈问题以及现有技术的不足之处，研发一种在高温条件下具有热稳定性好、发泡和封堵性能强的高温发泡剂是本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

[0005] 为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于稠油注蒸汽热采防汽窜用的高温发泡剂，其具有在高温条件下热稳定性好、发泡和封堵性能强的特点。

[0006] 本发明的目的还在于提供上述高温发泡剂的制备方法。

[0007] 为了达到上述目的，本发明提供一种高温发泡剂，其是一种能够用于稠油注蒸汽热采防汽窜用的高温发泡剂，以该高温发泡剂的重量百分比计，其包括以下成分：α-烯烃磺酸钠40-50％，芳基烷基磺酸钠25-35％，高温泡沫稳定剂1-5％，其余为水。

[0008] 根据本发明的具体实施方案，优选地，在上述高温发泡剂中，以重量百分比计，制备α-烯烃磺酸钠的原料包括：三氧化硫15-20％，α-烯烃20-25％，余量为质量浓度为20％的氢氧化钠溶液。

[0009] 根据本发明的具体实施方案，优选地，在上述高温发泡剂中，制备所述α-烯烃磺酸钠的原料中，α-烯烃为C14α-烯烃与C16α-烯烃的混合烯烃，以重量百分比计，C14α-烯烃占40％，C16α-烯烃占60％。

[0010] 根据本发明的具体实施方案，优选地，在上述高温发泡剂中，以重量百分比计，制备所述芳基烷基磺酸钠的原料包括：甲苯14-16％，α-烯烃磺酸47-50％，固体超强酸催化剂1.5-2.0％，余量为质量浓度为20％的氢氧化钠溶液。

[0011] 根据本发明的具体实施方案，优选地，在上述高温发泡剂中，制备所述芳基烷基磺酸钠的原料中，α-烯烃磺酸为制备α-烯烃磺酸钠过程中中和之前的产物。所述α-烯烃磺酸可以通过以下步骤制备：在反应釜中加入α-烯烃，搅拌，加热升温至45℃，接着通入SO3进行磺化反应，待反应完全温度不再升高时，老化45分钟并保持温度在45℃-50℃，得到α-烯烃磺酸。

[0012] 根据本发明的具体实施方案，优选地，在上述高温发泡剂中，制备所述芳基烷基磺2-
酸钠的原料中，固体超强酸催化剂为SO4 /Fe2O3。

[0013] 根据本发明的具体实施方案，优选地，在上述高温发泡剂中，以重量百分比计，制备所述高温泡沫稳定剂的原料包括：月桂醇40-45％，十二烷基二甲基氧化胺30-35％，余量为月桂醇二乙醇胺。

[0014] 本发明还在于提供一种上述高温发泡剂的制备方法，其包括以下步骤：

[0015] 将α-烯烃磺酸钠、芳基烷基磺酸钠、高温泡沫稳定剂放置于混合釜中，搅拌，升温至45℃，加入水，继续搅拌45-60分钟，降温出料得到所述高温发泡剂。

[0016] 根据本发明的具体实施方案，优选地，在上述高温发泡剂中，所述α-烯烃磺酸钠的制备过程包括以下步骤：

[0017] 首先在反应釜中加入α-烯烃，搅拌，加热升温至45℃，接着通入SO3进行磺化反应，待反应完全温度不再升高时，老化45分钟并保持温度在45℃-50℃，得到α-烯烃磺酸；

[0018] 向老化之后的产物(即α-烯烃磺酸)中缓慢滴加质量浓度为20％的氢氧化钠溶液进行中和反应，反应过程中控制温度不超过55℃，反应完毕，搅拌30分钟，得到部分转化的α-烯烃磺酸钠；

[0019] 把部分转化的α-烯烃磺酸钠产物转移至高压反应釜中，搅拌，加热升温至160-175℃并保持，高压反应釜中的压力控制在1.0MPa，水解30分钟后，降温出料得到所述α-烯烃磺酸钠。

[0020] 根据本发明的具体实施方案，优选地，在上述高温发泡剂中，所述芳基烷基磺酸钠的制备过程包括以下步骤：

[0021] 首先在反应釜中加入甲苯、α-烯烃磺酸、固体超强酸催化剂，缓慢加热至135-145℃并保持，当反应物的酸值不变时停止加热，得到棕色粘稠液体；

[0022] 然后用质量浓度为20％的NaOH溶液进行中和反应，反应过程中温度不超过55℃，中和至pH值为8-9时停止，降温出料得到所述芳基烷基磺酸钠。

[0023] 根据本发明的具体实施方案，优选地，在上述高温发泡剂中，所述高温泡沫稳定剂的制备过程包括以下步骤：

[0024] 在混合釜中加入月桂醇、十二烷基二甲基氧化胺、月桂醇二乙醇胺，加热至60℃，搅拌30分钟混合均匀，降温出料得到所述高温泡沫稳定剂。

[0025] 本发明适用于稠油注蒸汽热采防汽窜的高温发泡剂的制备方法分为以下四步完成：

[0026] 1.α-烯烃磺酸钠的制备

[0027] 首先在反应釜中加入20-25wt％的α-烯烃，搅拌，加热升温至45℃，接着通入15-20wt％的SO3进行磺化反应，待反应完全温度不再升高时，老化45分钟并保持温度在
45℃-50℃，得到α-烯烃磺酸；向老化之后的产物(即α-烯烃磺酸)中缓慢滴加余量质量浓度为20％氢氧化钠溶液进行中和反应，反应过程中控制温度不超过55℃，反应完毕，搅拌30分钟，得到部分转化的α-烯烃磺酸钠；把部分转化的α-烯烃磺酸钠转移至高压反应釜中，搅拌加热升温至水解反应温度160-175℃并保持、压力控制在1.0MPa附近，水解
30分钟后，降温出料得到α-烯烃磺酸钠。

[0028] 2.芳基烷基磺酸钠的制备

[0029] 首先在反应釜中加入14-16wt％的甲苯、47-50wt％的α-烯烃磺酸、1.5-2.0wt％的固体超强酸催化剂，缓慢加热至反应温度135-145℃并保持，反应过程中测定体系的酸值，直至不变为止，停止加热，得到棕色粘稠液体；用余量质量浓度为20％的NaOH溶液中和反应，反应过程中温度不超过55℃，中和至pH值为8-9时停止反应，降温出料得到芳基烷基磺酸钠。

[0030] 3.高温泡沫稳定剂的制备

[0031] 首先在混合釜中加入40-50wt％的月桂醇、30-35wt％的十二烷基二甲基氧化胺及余量月桂醇二乙醇胺，加热至60℃，搅拌30分钟混合均匀，降温出料得到高温泡沫稳定剂。

[0032] 4.高温发泡剂的制备

[0033] 最后，按照制备适用于稠油注蒸汽热采防汽窜用的高温发泡剂配方的重量百分比：α-烯烃磺酸钠40-50％、芳基烷基磺酸钠20-30％、高温泡沫稳定剂1-5％，放置于混合釜中，搅拌，升温至45℃，缓慢加入水，继续搅拌45-60分钟，降温出料得到稠油油藏注蒸汽热采用的高温发泡剂。

[0034] 本发明还提供了上述高温发泡剂在稠油油藏注蒸汽热采防汽窜中的用途。该高温发泡剂具有在高温条件下热稳定性好、发泡和封堵性能强的特点，将其应用到稠油油藏注蒸汽热采防汽窜中，能够实现在稠油注蒸汽热采过程中防治汽窜、扩大注入蒸汽的波及体积，从而达到提高稠油油藏采收率的目的。

[0035] 与现有高温发泡剂相比，本发明的高温发泡剂具有以下突出优点：

[0036] 1.在所述高温发泡剂中，优选用一定比例的C14α-烯烃和C16α-烯烃为原料合成制备α-烯烃磺酸钠，可以兼顾到C14α-烯烃磺酸钠的高发泡性能和C16α-烯烃磺酸钠的强泡沫稳定性；

[0037] 2.在所述高温发泡剂中，另一成分选择的芳基烷基磺酸钠的磺酸根连接在烷基末端，不同于传统的烷基芳基磺酸钠(如十二烷基苯磺酸钠)，其在水溶液中的溶解性更好，高温稳定性增强，生物降解性更好；

[0038] 3.在所述高温泡沫剂中，选择一定比例的月桂醇、十二烷基二甲基氧化胺以及月桂醇二乙醇胺作为高温泡沫稳定剂，通过不同表面活性剂间的协同作用，能够起到增强泡沫液膜强度的作用，从而提高泡沫的稳定性；

[0039] 4.所述高温发泡剂在高温300℃条件下，具有很好的热化学稳定性，300℃条件下老化96h，主剂磺酸盐的降解率小于15％，稳定性显著优于同类产品；

[0040] 5.所述高温发泡剂发泡能力强，300℃老化后，起始发泡量仍可以达到原液体积的6倍以上，发泡能力显著优于同类产品；

[0041] 6.所述高温发泡剂泡沫稳定性好，300℃老化后，泡沫半衰期仍可以达到6h以上，泡沫稳定性显著优于同类产品；

[0042] 7.所述高温发泡剂高温下(200℃)的阻力因子达到17.0以上，高温封堵性能显著优于同类产品；

[0043] 8.所述高温发泡剂的两种主剂α-烯烃磺酸钠和芳基烷基磺酸钠均是阴离子磺酸盐类表面活性剂，降低了地层中发生“色谱分离”的可能性。

[0044] 由于所述高温泡沫剂的以上突出优点，该高温泡沫剂能够实现在稠油注蒸汽热采过程中防治汽窜、扩大注入蒸汽的波及体积，从而达到提高稠油油藏采收率的目的。

具体实施方式

[0045] 下面通过具体制备实施例及实验例进一步说明本发明的技术方案，但不能理解为对本发明实施范围的任何限定。

[0046] 制备高温泡沫稳定剂原料的进一步说明：月桂醇，常用作表面活性剂和泡沫稳定剂，郑州力克化工有限公司生产；十二烷基二甲基氧化胺，常用作表面活性剂和泡沫稳定剂，天津助剂厂生产；月桂醇二乙醇胺，常用作表面活性剂和泡沫稳定剂，江苏省海安石油化工厂生产。

[0047] 实施例1：

[0048] 1.α-烯烃磺酸钠的制备

[0049] 首先在反应釜中加入20wt％的α-烯烃(其中C14α-烯烃占40wt％，C16α-烯烃占60wt％)，搅拌，加热升温至45℃，接着通入15wt％的SO3进行磺化反应，待反应完全温度不再升高时，老化45分钟并保持温度在45℃-50℃，得到α-烯烃磺酸；

[0050] 向老化之后的产物(即α-烯烃磺酸)中缓慢滴加质量浓度为20％氢氧化钠溶液进行中和反应，反应过程中控制温度不超过55℃，反应完毕，搅拌30分钟，得到α-烯烃磺酸钠中间产物(部分转化的α-烯烃磺酸钠)；

[0051] 把α-烯烃磺酸钠中间产物转移至高压反应釜中，搅拌，加热升温至水解反应温度160-175℃并保持、压力控制在1.0MPa附近，水解30分钟后，降温出料得到α-烯烃磺酸钠。

[0052] 2.芳基烷基磺酸钠的制备

[0053] 首先在反应釜中加入14wt％的甲苯、47wt％的α-烯烃磺酸、1.5wt％的固体超强酸催化剂，缓慢加热至反应温度135-145℃并保持，反应过程中测定体系的酸值，直至不变为止，停止加热，得到棕色粘稠液体，用质量浓度为20％的NaOH溶液中和反应，反应过程中温度不超过55℃，中和至pH值为8-9时停止反应，降温出料得到芳基烷基磺酸钠。

[0054] 3.高温泡沫稳定剂的制备

[0055] 首先在混合釜中加入40wt％的月桂醇、35wt％的十二烷基二甲基氧化胺及余量的月桂醇二乙醇胺，加热至60℃，搅拌30分钟混合均匀，降温出料得到高温泡沫稳定剂。

[0056] 4.高温发泡剂的制备

[0057] 按照制备适用于稠油注蒸汽热采防汽窜用的高温发泡剂配方的重量百分比：α-烯烃磺酸钠45％、芳基烷基磺酸钠25％、高温泡沫稳定剂1-5％，放置于混合釜中，搅拌，升温至45℃，缓慢加入水，继续搅拌45-60分钟，降温出料得到稠油油藏注蒸汽热采用的高温发泡剂。

[0058] 将得到的高温发泡剂产品进行磺酸盐降解率、老化后泡沫半衰期、老化后起始发泡倍数以及高温下的阻力因子测定。采用两相滴定法测定高温发泡剂经过高温老化后有效含量的变化，进而计算出磺酸盐的降解率。采用Waring Blender法测试高温发泡剂经过高温老化后的泡沫半衰期以及起始发泡倍数。试验时，将100mL配制好的一定质量分数的高温发泡剂溶液倒入Waring搅拌器中，在6500r/min转速下搅拌1min，将泡沫倒入1000mL量筒中，读出起始泡沫体积及泡沫体积衰减一半时所用的时间，即为半衰期。

[0059] 采用动态评价实验装置测试产品的阻力因子，此装置为一维单管模型，模型水平放置于恒温箱烘箱内，岩心长50.0cm，直径3.0cm。试验时，先将岩心用水饱和，测岩心水相渗透率，然后按一定的气液比同时向岩心中注入水和气，当岩心两端的压差达到平稳时，记录此时岩心两端的压差作为基础压差。然后在相同条件下，注入气和发泡剂，当岩心两端的压差达到平衡时，再次记录此时岩心两端的压差作为工作压差。阻力因子为工作压差和基础压差之比。阻力因子测试条件为：温度200℃、气液比1∶1、氮气压力2.0MPa。

[0060] 以上测试方法请参考“稠油热采高温防窜剂的性能研究”(郭东红，辛浩川，崔晓东等.稠油热采高温防窜剂的性能研究[J].精细石油化工进展，2006，7(10)：1-3.)以及“超稠油自生二氧化碳泡沫吞吐技术的研究与应用”(张守军，郭东红.超稠油自生二氧化碳泡沫吞吐技术的研究与应用[J]，石油钻探技术，2009，37(5)：101-104.)，实验结果如表1所示：

[0061] 表1高温发泡剂的各种性能测试结果

[0062]项目 测试结果
300℃老化96h后的降解率 14.6％
300℃老化96h后，100mL，0.5％泡沫剂溶液的起始发泡倍数 6.4
300℃老化96h后，0.5％泡沫剂溶液的半衰期 6.0h
200℃，0.5％泡沫剂溶液的阻力因子 17.2

[0063] 实施例2：

[0064] 1.α-烯烃磺酸钠的制备

[0065] 首先在反应釜中加入25wt％的α-烯烃(其中C14α-烯烃占40wt％，C16α-烯烃占60wt％)，搅拌，加热升温至45℃，接着通入20wt％的SO3进行磺化反应，待反应完全温度不再升高时，老化45分钟并保持温度在45℃-50℃，得到α-烯烃磺酸；

[0066] 向老化之后的产物(即α-烯烃磺酸)中缓慢滴加余量质量浓度为20％氢氧化钠溶液进行中和反应，反应过程中控制温度不超过55℃，反应完毕，搅拌30分钟，得到α-烯烃磺酸钠中间产物(部分转化的α-烯烃磺酸钠)；

[0067] 把α-烯烃磺酸钠中间产物转移至高压反应釜中，搅拌，加热升温至水解反应温度160-175℃并保持、压力控制在1.0MPa附近，水解30分钟后，降温出料得到α-烯烃磺酸钠。

[0068] 2.芳基烷基磺酸钠的制备

[0069] 首先在反应釜中加入16wt％的甲苯、49wt％的α-烯烃磺酸、2.0wt％的固体超强酸催化剂，缓慢加热至反应温度135-145℃并保持，反应过程中测定体系的酸值，直至不变为止，停止加热，得到棕色粘稠液体，用余量质量浓度为20％的NaOH溶液中和反应，反应过程中温度不超过55℃，中和至pH值为8-9时停止反应，降温出料得到芳基烷基磺酸钠。

[0070] 3.高温泡沫稳定剂的制备