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低界面张力泡沫驱油体系研究与性能评价

来源:胡小冬 浏览 306 次 发布时间:2022-11-25

【摘要】:本文调研了国内外泡沫驱油机理及应用研究的相关文献,分析了低界面张力泡沫驱在聚合物驱后进一步扩大波及体积及提高洗油效率的可行性,归纳并分析了泡沫性能评价方法和指标;总结了泡沫性能的主要影响因素,其中包括起泡剂分子结构和浓度、稳泡剂作用、地层水介质、温度和压力等。在室内开展了适用于双河油田油藏条件的无碱无聚合物低界面张力泡沫驱油配方研究,对不同分子结构起泡剂及其复配体系的油水界面张力和起泡性能进行了筛选评价,得到了起泡性能较好的低界面张力起泡剂体系;对多种稳泡剂进行复配筛选,最后得到最佳泡沫复合体系,并对泡沫复合体系油水界面张力及老化稳定性进行了测定。考察了温度、pH值、矿化度和钙镁离子总量对泡沫复合体系泡沫性能和油水界面张力的影响,运用Anton Paar流变仪研究了泡沫体系的表观粘度和粘弹性。


实验结果表明:


①针对双河Ⅱ5油藏注入水矿化度低和原油组分高沥青质的特点,亲水基团亲水性较低的阴-非离子表面活性剂AES、阳离子表面活性剂DTAB和两性离子表面活性剂BS-12降低油水界面张力效果相对较好,但仍大于10-1mN/m数量级。在亲水基团相同条件下,具有适度疏水碳链长度(R≈C12-15)、疏水基团含苯环或类苯环等结构特征的表面活性剂降低油水界面张力的能力较强。


②不同亲水基团的表面活性剂中阴离子表面活性剂SDS和SLS、阴-非离子表面活性剂AES及两性离子表面活性剂BS-12起泡效果相对较好;同一类型亲水基团表面活性剂的起泡体积随碳链长度的增加呈先增后减趋势,在疏水碳链长度适中时起泡体积最大,其中碳链长度为12-14的两性表面活性剂CAB和BS-14起泡体积最大。


③通过大量复配实验有效解决了表面活性剂体系起泡性能好而降低油水界面张力效果差的对立矛盾。两性离子表面活性剂CAB、BS-14分别与非离子表面活性剂CDEA复配对降低油水界面张力具有明显的增效作用,在不同复配比例(5:1-1:2)均可使油水界面张力降至102mN/m数量级。但BS-14+CDEA体系不具起泡性,只有CDEA+CAB既具有低界面张力又具有良好的起泡性能。


④对比研究Ross-Miles法和Waring Blender法对起泡剂起泡性与泡沫稳定性的评价结果,发现Waring-Blender法可使具有一定粘度的发泡体系形成的泡沫分散更加均匀,起泡体积更大,更有利于测试泡沫的稳定性。


⑤非增粘性泡沫稳定剂对低界面张力CAB+CDEA泡沫体系泡沫稳定性具有负面影响,而增粘性泡沫稳定剂对其泡沫体系均具有稳定作用。PA与CAB+CDEA(5:1)复配泡沫体系的泡沫综合指数大于10000mL.min,满足强泡沫体系的要求,并且稳泡剂PA浓度及老化时对泡沫体系油水界面张力影响较小。研究泡沫稳定性机理发现,稳定性好的泡沫体系应具有较高表面粘度,以利于形成稳定的表面膜;同时要有适度的溶液粘度,以降低泡沫液膜排液速度。


⑥确定了低界面张力泡沫驱油体系配方(3500mg/L(CAB+CDEA(5:1))起泡剂+1500mg/L PA稳泡剂);发现温度(50~80℃)升高,泡沫体系起泡体积增加,泡沫半衰期降低,泡沫综合指数先增后降;pH值(7-10)增加,泡沫综合指数下降;矿化度(5000-10000mg/L)和钙镁离子含量(50~100mg/L)变化对泡沫综合指数影响较小。温度、pH值、矿化度的升高或增加均能提高泡沫驱油体系降低油水界面张力能力,而钙镁离子含量增加对泡沫驱油体系降低油水界面张力不利。


⑦在剪切速率1~100s-1范围内,泡沫流体属于非牛顿流体,符合假塑性流体特性,随着剪切速率的增加,泡沫流体表观粘度下降,呈现剪切稀释性。该泡沫流体在较高的频率范围(1-39Hz)具有较好的粘弹性,粘弹性模量均高于1Pa,与其他聚合物粘弹性比较,该泡沫体系具有非常好的粘弹性。