CO2氣溶性發(fā)泡劑可視化發(fā)泡性能研究

韋 雪

中國石化勝利油田分公司 石油工程技術(shù)研究院，山東 東營 257000

氣竄是制約CO2驅(qū)進一步擴大波及范圍、提高采收率的重要因素[1-5]，泡沫調(diào)驅(qū)則是CO2驅(qū)流度控制的必要手段[6-9]。在不同油田，泡沫調(diào)驅(qū)均有應(yīng)用。針對勝利油田低滲透油藏G89-1塊儲層含水量低(<5%)、注入困難等問題，筆者研發(fā)了CO2氣溶性發(fā)泡劑。通過可視化發(fā)泡儀，直觀測試了CO2氣溶性發(fā)泡劑在不同相態(tài)CO2中的發(fā)泡性能，明確了CO2氣溶性發(fā)泡劑在低水條件下能夠?qū)崿F(xiàn)超臨界狀態(tài)下的穩(wěn)定發(fā)泡。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

原料：Ⅰ型CO2氣溶性發(fā)泡劑，石油工程技術(shù)研究院自制；N-甲基吡咯烷酮，山東英朗化工有限公司；煤油(工業(yè)品)，濟南鑫創(chuàng)意化工有限公司；采用G89-1塊地層水，礦化度61 584 mg/L(Ca2+和Mg2+質(zhì)量濃度一共是2 000 mg/L)。

儀器：高溫高壓可視化電磁耦合攪拌式泡沫儀，中國石油大學(華東)[10]，其實物圖見圖1，流程圖見圖2。

圖1 高溫高壓可視化電磁耦合攪拌式泡沫儀實物圖

圖2 高溫高壓可視化電磁耦合攪拌式泡沫儀流程圖

該實驗裝置優(yōu)點包括：1)改進的高壓泡沫儀，具有羅氏泡沫儀攪拌起泡速率可控的優(yōu)點；2)具有低壓泡沫儀測試速度快的優(yōu)點；3)具有高壓泡沫儀耐高溫高壓的優(yōu)點，可以實現(xiàn)不同相態(tài)CO2泡沫穩(wěn)定性評價；4)測溫點在設(shè)備內(nèi)部，可以準確測量內(nèi)部溫度。

1.2 實驗方法

1)配制預(yù)定濃度的起泡劑溶液，進行攪拌；2)將起泡劑溶液倒入中間容器中；3)開啟泡沫儀控溫裝置，設(shè)定實驗溫度；4)使用手搖泵將中間容器中的起泡劑溶液泵入泡沫儀中，記錄液面高度；5)向泡沫儀中通入CO2氣體，達到預(yù)定壓力值；6)開啟泡沫儀攪拌裝置，以恒定轉(zhuǎn)速攪拌一定時間；7)關(guān)閉泡沫儀攪拌裝置，開始計時，同時記錄泡沫高度；8)記錄泡沫高度隨時間變化及半衰期；9)實驗結(jié)束，排出起泡劑溶液，排出CO2氣體，待儀器冷卻，用蒸餾水進行清洗。

實驗配比為發(fā)泡劑1.0%(質(zhì)量比)，介質(zhì)3.58%(質(zhì)量比)，其余為CO2。

2 結(jié)果與討論

2.1 無其他介質(zhì)條件下發(fā)泡劑的發(fā)泡性能研究

在僅有CO2和發(fā)泡劑時，測試了發(fā)泡劑在液態(tài)CO2狀態(tài)(狀態(tài)1)、超臨界CO2狀態(tài)(狀態(tài)2)、氣態(tài)CO2(狀態(tài)3)3種狀態(tài)下的發(fā)泡性能，體系的狀態(tài)如圖3所示。

圖3 不加介質(zhì)的條件下發(fā)泡劑在CO2中的狀態(tài)

由圖3可以看出：體系中只有CO2和發(fā)泡劑時，發(fā)泡劑在狀態(tài)1(液態(tài)CO2)和狀態(tài)2(超臨界CO2)中有溶脹現(xiàn)象，沒有氣泡產(chǎn)生，但在狀態(tài)3(氣態(tài)CO2)中能產(chǎn)生大量氣泡。

2.2 N-甲基吡咯烷酮(NMP)的影響

在體系中添加NMP時，發(fā)泡劑在CO2中的狀態(tài)如圖4所示。

由圖4可以看出：添加NMP后，體系在狀態(tài)2(超臨界狀態(tài))下略有氣泡，但持續(xù)時間很短(<10 s)，但在氣態(tài)CO2中，其形態(tài)與不加介質(zhì)時有很大的變化。這說明外加介質(zhì)影響發(fā)泡劑分散和結(jié)晶性。

圖4 添加NMP時發(fā)泡劑在CO2中的狀態(tài)

2.3 煤油的影響

在體系中添加煤油時，發(fā)泡劑在CO2中的狀態(tài)如圖5所示。由圖5可見：添加介質(zhì)為煤油時，發(fā)泡劑在狀態(tài)1(液態(tài)CO2)和狀態(tài)2(超臨界CO2)中沒有氣泡產(chǎn)生，但在狀態(tài)3(氣態(tài)CO2)中能產(chǎn)生氣泡。

圖5 添加煤油時發(fā)泡劑在CO2中的狀態(tài)

2.4 水的影響

在體系中添加水時，發(fā)泡劑在CO2中的狀態(tài)如圖6～8所示。

圖6 添加水(3.58%)時發(fā)泡劑在CO2中的狀態(tài)

圖7 添加水(4.15%)時發(fā)泡劑在CO2中的狀態(tài)

圖8 添加水(4.72%)時發(fā)泡劑在CO2中的狀態(tài)

由圖6可見：加水或加其他極性溶劑，均可以有效發(fā)泡，加水的發(fā)泡性能是最佳的，在含水僅為3.58%的條件下發(fā)泡劑可以有效發(fā)泡。狀態(tài)2(超臨界CO2)中有較多氣泡，在狀態(tài)3(氣態(tài)CO2)中泡沫豐富，泡沫狀態(tài)與加NMP類似(圖6)。在含水小于5%的范圍內(nèi)，另外選取含水量為4.15%和4.72%進行實驗，從圖7和圖8中可看出：在添加水(4.15%)后，狀態(tài)2(超臨界CO2)時有較多泡沫，狀態(tài)3(氣態(tài)CO2)時泡沫更多；添加水(4.72%)后，在狀態(tài)2(超臨界CO2)中泡沫日益豐富，狀態(tài)3(氣態(tài)CO2)時仍具有大量泡沫。說明該發(fā)泡劑在地層中僅存束縛水的低水條件下可以有效發(fā)泡，即能夠在低水油藏有效應(yīng)用。

3 結(jié)論

1)研制形成的I型氣溶性發(fā)泡劑可以在超臨界CO2和氣態(tài)CO2中穩(wěn)定發(fā)泡，但在液態(tài)CO2中僅有溶脹現(xiàn)象，現(xiàn)場應(yīng)用時，可采用液態(tài)CO2伴注。

2)在無水以及煤油等條件下，體系的發(fā)泡性能不佳，但在低水或含有機溶劑條件下，體系的發(fā)泡性能優(yōu)良，因此在現(xiàn)場施工時應(yīng)該多段塞注入，加注一些有機溶劑等，實現(xiàn)體系在地層中的有效發(fā)泡。

3)研制形成的CO2氣溶性發(fā)泡劑是一種可應(yīng)用于低水油藏的提高采收率的有效方法。