二氧化碳驅封竄體系的室內研究

江　匯

(1.中國石油大學(華東)，山東青島 266555； 2.中國石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營 257000)

CO2在油田研究和應用主要是利用其溶解降黏、膨脹驅替、混相效應、溶解氣驅、降低界面張力和改善孔隙滲流能力的機理和特性，達到提高原油采收率的目的。CO2驅油具有適用范圍大、驅油成本低、提高采收率顯著等優點，還能減少CO2這種溫室氣體向大氣的排放，減緩日益嚴峻的全球溫室效應，對環境也十分有利。因此，只要有充足且廉價的CO2氣源作保障，應首先考慮CO2驅。在CO2氣驅過程中，影響提高采收率幅度的主要因素是氣竄問題。現場應用時，由于平面和層間的非均質性，注入CO2極易在平面上發生黏性指進，縱向上沿著高滲透層發生氣竄，同時還存在重力超覆等現象，造成注入CO2波及效率降低，產油量下降，影響氣驅效果。因此，需要對CO2驅油封竄體系進行研究，以改善CO2驅的效果[1-7]。

小分子胺在一定溫度與壓力條件下，能與CO2、地層水中的Ca2+和Mg2+發生反應生成有機鹽。這種有機鹽在低滲地層中不能完全溶解，形成的晶體可堵塞孔隙，抑制CO2氣驅采油過程中發生的氣竄[8]。以乙二胺為例，發生以下反應。

HOOCNHCH2CH2NHCOOH+2H2O

MOCONHCH2CH2NHCOON(白色固體)+2H+

1　CO2驅封竄體系研究

1.1　實驗部分

1.1.1試劑及儀器

氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂晶體(MgCl2·6H2O)、乙二胺，均為分析純；蒸餾水；CO2(在高壓鋼瓶中)，工業級。

電子天平(TP-4101，精度0.1 mg)，高溫高壓反應釜(500 mL)，壓力表(0～16 MPa)，巖心管，供液泵。

1.1.2實驗步驟

配制礦化度為60 000 mg/L的地層水，取150 mL放入高溫高壓反應釜中，加入10 g小分子胺，密封反應釜，通入一定壓力的CO2，然后加熱到設定溫度，恒溫8 h后，關掉加熱器，泄掉壓力，將反應所得的沉淀烘干，稱質量。

1.2　結果與討論

1.2.1白色沉淀的紅外光譜表征

在一定溫度、壓力和CO2作用下，小分子胺與金屬離子反應生成沉淀。圖1為乙二胺及其在CO2條件下形成白色沉淀的紅外光譜。將兩個紅外譜圖對比可以看出，在乙二胺的標準紅外譜圖中的3 300 cm-1附近的兩個峰是N—H的吸收峰，白色沉淀的譜圖中該峰消失，說明—NH2中的N—H中的H被取代。典型的—NH2峰從1 600 cm-1移到了1 470 cm-1左右，表明出現了酰胺結構(—NHCOO—)。

1.2.2沉淀質量隨溫度和CO2壓力變化規律

實驗考察了沉淀質量與溫度和壓力的關系，結果見圖2。溫度為100 ℃，CO2壓力為8 MPa時，生成沉淀最多；在120 ℃下，CO2壓力為9 MPa時，生成沉淀最多；140 ℃下，CO2壓力為9.5 MPa時，生成沉淀最多。

圖1　乙二胺及其在CO2條件下形成白色沉淀的紅外光譜

圖2　不同溫度下沉淀質量與壓力變化關系曲線

這說明，固定溫度下沉淀質量隨壓力的增加呈“波峰”變化；當溫度升高時，最大沉淀量也逐漸增大，其原因有以下幾方面。

1)一方面，乙二胺與CO2以及地層水中金屬離子反應可形成白色沉淀，另一方面，CO2壓力持續增加，當體系酸度增加到一定程度，也會促使氨基甲酸鹽發生分解，反應式為：

2)該沉淀在濃鹽酸溶液中可以完全溶解；

3)一定溫度和CO2壓力條件下形成的沉淀量受控于其生成速率及分解速率，因此每個溫度點下存在一個最佳壓力點。

2　CO2條件下封竄效果評價

封竄效果評價通過并聯雙管巖心物模實驗裝置(見圖3)進行。裝置由泵，中間容器(水、油、封竄劑)，CO2氣瓶，巖心夾持器，回壓裝置等組成。

圖3　封竄效果評價實驗裝置示意

并聯巖心CO2氣驅提高采收率實驗過程為水驅，原油飽和巖心，水驅油，CO2驅，注乙二胺，CO2驅，回壓設定為8.0 MPa，實驗結果見表1和圖4。

表1　并聯巖心CO2氣驅提高采收率實驗結果

圖4　并聯巖心CO2氣驅提高采收率實驗結果

水驅及原油飽和巖心時注入壓力有所增加。再水驅時，注入壓力有所下降。注入乙二胺然后通入8.5 MPa的CO2，升溫到120 ℃，使其生成顆粒沉淀。再用CO2驅替，發現CO2驅替壓力為10 MPa左右，即突破壓力為2 MPa。并聯巖心實驗結果表明，乙二胺在CO2以及高溫(120 ℃)下具有良好的適應性，對CO2氣驅具有較好的封竄性能。

3　工業小分子胺應用效果

考察了CO2壓力為8 MPa、126 ℃條件下，工業品乙二胺放置8 h后所得沉淀與加量關系，結果見圖5。隨著乙二胺加量增大，生成沉淀增多。一般情況下，8 g工業品小分子位阻胺，生成沉淀質量為2.7 g；10 g工業品小分子位阻胺，生成沉淀質量3.3 g。工業小分子位阻胺價格為工業乙二胺價格的一半，可以考慮進行工業乙二胺相關封竄工作。

圖5　沉淀質量與乙二胺加量關系曲線

4　結論

1)小分子胺與CO2以及金屬離子在高溫超臨界CO2條件下可以形成白色沉淀。當CO2壓力持續增加，使體系酸度增加，該顆粒沉淀會有一定的溶解。因此，小分子胺顆粒沉淀體系在固定溫度下沉淀質量隨壓力的增加呈“波峰”變化規律，具有一個最佳壓力點。

2)物模實驗表明，小分子胺顆粒沉淀對雙管巖心具有較好的封堵作用，突破壓力較高且穩定性較好。封竄后的CO2驅提高采收率幅度較大。該方法對CO2驅封竄具有較好的適應性。

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