二氧化碳泡沫封窜体系筛选与评价

随着减排和捕集技术的发展,CO2驱油在很多油田逐渐兴盛起来,目前CO2驱油技术已经成为国内外能有效提高采收率的方法之一[1,2,3]。但由于气液之间不利的流度比,气窜已经成为注气开发过程中不可避免的问题,气窜会使气体波及体积大量下降,驱油效率也受其影响而降低,这将会严重影响注采过程中的开发效果[4]。因此,对于注CO2开发的油藏而言,封堵或预防气窜问题是决定注气开发能否成功的根本问题。

国内外很多学者对此问题做了大量研究:杨大庆等[4]研究了CO2驱气窜受渗透率的影响。刘必心等[5]对正定胺、改性凝胶体系的封窜效果进行了评价。本项目针对CO2驱现场实践中暴露气窜问题及现场环境条件问题,筛选出耐温耐盐的CO2泡沫封窜体系,研究CO2泡沫封窜体系在高温高压下的性质及封堵能力。从而筛选出高效的CO2泡沫封窜体系。

1.实验部分

(1)实验材料。

实验仪器:自制评价装置、流量计、量筒、温控系统、恒温烘箱、ISCO泵、中间容器等。

实验药品:CO2气体、收集的JY-1、JY-2、HY-I、HY-II、W88起泡剂(高温)、WD-1、WD-2、WD-3、WD-4、WD-5、 GX-1、GX-2、GX-3、KQ-1、KQ-2系列起泡剂、稳泡剂共聚物、胍胶、CMC、石油醚等。

(2)实验方法。

由于常规罗氏-米尔评价装置不能评价CO2,所以设计如图1所示的装置以筛选专用防气窜泡沫体系,实验中以CO2气体瓶作为气源,通过气体流量计观察和控制流速,以一定的充气速度将CO2气体通入量筒中的起泡剂中。在常温、常压下200ml起泡剂通气后可产生泡沫1000ml,记泡沫破灭体积为400ml的时间为半衰期,该指标可反映泡沫的稳定性。

2.实验结果与讨论

(1)充气法优选CO2发泡主剂。

选择并收集耐温抗盐性能较好的起泡剂样品进行实验,评价阴离子、非离子、两性离子、阳离子等,共15种起泡剂。经筛选,泡沫稳定性最好的起泡剂为:HY-I。实验结果如表1。

经初步筛选与评价,HY-I在的发泡高度达到63ml,具有良好的发泡能力,确定HY-I为实验用发泡剂,下面对HY-I进行系统评价。

(2)发泡剂最佳浓度筛选。

将HY-I配成不同浓度的溶液,使用充气法进行半衰期测试,如图2。

由图2可以看出,当发泡剂浓度超过1.5%时,半衰期随浓度的增大而延长的速度放缓,考虑成本因素,适宜的发泡剂浓度为1.5%。

(3)稳泡剂的筛选。

开展稳泡剂的种类及浓度筛选,选取增粘性稳泡剂用以进一步增强泡沫的稳定性,取发泡剂HY-I浓度为1.5%,选取不同类型的稳泡剂,用充气法对泡沫半衰期进行评价,实验结果见图3。

由图3可见,各种稳泡剂都能起到延长半衰期的作用,但稳泡剂浓度超过一定限度后泡沫半衰期反而变短,这主要是由于随着稳泡剂浓度增大,体系粘度增大,形成气体滑脱效应,从而使半衰期缩短。其中TL3000共聚物稳泡效果最好,因此选TL3000共聚物作为稳泡剂,其最佳使用浓度为0.02%-0.03%。

(4)耐盐性能评价。

用HY-I起泡剂进行耐盐性能评价实验,将其分别置于不同矿化度(5×104mg/l、10×104mg/l、15×104mg/l、20×104mg/l,其中钙离子均为5000mg/l)的盐水中,观察其是否有发生沉淀混浊现象。

实验结果表明:HY-I起泡剂具有较好的耐盐性。在室温下条件下起泡剂在不同矿化度的盐水中均呈现清澈、透明状液体。

(5)油水选择性评价。

泡沫对含油饱和度具有敏感性,为确定该起泡剂对含油饱和度的敏感程度,对含油饱和度的影响进行了研究,在室内通过在HY-I泡沫剂溶液中加入1%、 5%、10%和15%模拟油(沙一油:煤油=1:1),评价其半衰期。

实验结果表明:油对泡沫质量影响较大,随着含油量的增加,尤其是当含油大于5%后,泡沫的半衰期明显降低,质量明显变差,因此该体系中油水选择性较好,对水窜通道或高渗透带能够达到有效封堵的作用。而在存在大量残余油的孔喉里,起泡少能很快消泡,气阻效应也不明显,有利于后续流体驱油。

(6)封堵性能评价。

用人工填砂管进行实验,填砂管参数见表5;采用1:1气液交替方式注入,注入速度为1ml/min,注入量1PV。

实验结果表明:泡沫封堵能力较强,阻力因子最大达到183,残余阻力系数达到50,具有较强的封堵能力。

3.结论

(1)实验筛选的HY-I起泡剂耐盐20×104mg/l，利用自制装置测量的半衰期为82分钟，表明HY-I起泡剂起泡稳定性良好，泡沫稳定，通过耐油性评价，该泡沫体系具有较好的油水选择能力。(2)经动态封堵性能评价，HY-I起泡剂起泡体系封堵能力强，阻力因子最大达到183，残余阻力系数达到50，具有较强的封堵能力，可以满足流度控制需要。

摘要：CO2泡沫控制气窜、改善流度比,是目前较热门的一种封窜方法。当泡沫在孔隙介质中渗流时,其渗流特性非常独特,能改善驱替流体在非均质油层内的流动状况,并有效地降低气体流度。实验采用CO2气体充气法筛选出稳定起泡剂CY-I,并采用Ross-Miless法评价起泡体积为435ml,半衰期244min,用CO2气体充气法评价,半衰期82min,体系表面张力30.3mN/m,界面张力0.41mN/m,表界面张力较低,能在地层中起到一定的驱油作用。实验结果表明:CY-I起泡剂与注入水配伍性好,经泡高仪Ross-Miles法和充气法检测,起泡能力强和半衰期长。

关键词：二氧化碳驱,起泡剂,泡沫封窜

参考文献

[1] Reid T B,Robinson H J.Lick Creek Meak in Sand Unit Immisible CO2/Waterflood Project[J].SPE 9795,1981,33(9):1723-1729.

[2] Fixm N H.Beaty W G.Evaluation of CO2 flood performance Springer“A” Sand.NE Purdy Unit Gravin County OK[C].SPE 12665,1984:1-12.

[3] John D R,Reid B G.A literature analysis of the W AG injectivity abnormalities in the CO2 process[C].SPE73830,2001:375-386.

[4] 杨大庆,尚庆华,等.渗透率对低渗透油藏CO2驱气窜的影响规律研究[J].西南石油大学学报,2014,36(4):137-140.

[5] 刘必心,侯吉瑞,等.二氧化碳驱特低渗油藏的封窜体系性能评价[J].特种油气藏,2014,12(3):128-131.