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低界面張力起泡劑的泡沫性能、用量對(duì)發(fā)泡量、半衰期的影響

來(lái)源:精細(xì)石油化工進(jìn)展 瀏覽 318 次 發(fā)布時(shí)間:2024-07-17

目前國(guó)內(nèi)外各大油田已經(jīng)進(jìn)入高含水開發(fā)期,原油采收率逐年遞減,但儲(chǔ)層剩余油較高,因此尋找一種合理的三次采油技術(shù)日趨迫切。三次采油的主要研究?jī)?nèi)容就是如何利用新技術(shù)提高原油的采收率。三次采油的研究潛力巨大,我國(guó)大慶油田在無(wú)新探明儲(chǔ)量的情況下,利用三次采油技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)5.5×107t/a。


泡沫驅(qū)油在油田的二次采油以及三次采油中應(yīng)用極其廣泛。在一定條件下,因?yàn)榕菽哂小岸麓蟛欢滦?、堵水不堵油”的特點(diǎn),所以它既能擴(kuò)大低滲透率地層的波及體積,達(dá)到高低滲透率地層同步驅(qū)替的效果,又能很好地控制水油流度比。另外,泡沫中含一定濃度的表面活性劑(起泡劑主要成分),可有效降低油水界面張力,改善巖石孔隙表面潤(rùn)濕性,降低毛細(xì)管作用力,提高洗油效率,降低地層殘余油飽和度。因此,泡沫驅(qū)油很有希望成為繼聚合物驅(qū)油、聚合物/表面活性劑驅(qū)油之后更有潛力的驅(qū)油方法。


泡沫驅(qū)油的關(guān)鍵在于尋找一種在復(fù)雜地層環(huán)境中能大量起泡,對(duì)水層具有有效封堵作用,同時(shí)具有降低油水界面張力作用的起泡劑。基于此,本文針對(duì)渤海油田B區(qū)塊的特殊情況優(yōu)選適合該油田的低界面張力型起泡劑,并考察其驅(qū)油特性,以期為后續(xù)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。


1實(shí)驗(yàn)部分


1.1藥劑與儀器


非離子-陰離子型表面活性劑CUDA、非離子-陰離子型表面活性劑AUDB、非離子-陰離子型表面活性劑MBZC,長(zhǎng)江大學(xué)。


CS505型恒溫水浴鍋,電子天平,旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀,85-2型恒溫磁力攪拌器,Teclis泡沫掃描儀。


實(shí)驗(yàn)用水為渤海B油田注入水,礦化度7 052.28 mg/L。


實(shí)驗(yàn)用油是取自渤海B區(qū)塊的產(chǎn)出油,在80℃條件下原油黏度為3.89 mPa·s。


1.2泡沫性能評(píng)價(jià)方法


以渤海油田B區(qū)塊的注入水為溶劑配制60 mL的低界面張力起泡劑溶液,在水浴加熱15 min后,取起泡劑溶液置于泡沫掃描儀泡沫筒,采用N2鼓吹起泡后進(jìn)行泡沫性能測(cè)試。按照泡沫綜合指數(shù)(F)來(lái)表征發(fā)泡劑的起泡能力、穩(wěn)泡能力以及泡沫衰減的過(guò)程,即用式(1)來(lái)具體表征。


式中:F為泡沫綜合指數(shù),t0為泡沫達(dá)到最大發(fā)泡體積所用時(shí)間,t為泡沫的半衰期,f(x)為發(fā)泡高度曲線。


當(dāng)5 000≤F<10 000 mL·min時(shí),泡沫流體屬于中等強(qiáng)度泡沫流體;當(dāng)F≥10 000 mL·min時(shí),泡沫流體屬于高強(qiáng)度泡沫流體。


1.3油水界面張力測(cè)定


油水界面張力的測(cè)定參照文獻(xiàn)的相關(guān)方法。用電子天平稱取適量表面活性劑樣品,以渤海B區(qū)塊注入水為溶劑配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表面活性劑溶液;用恒溫水浴鍋在80℃條件下加熱表面活性劑溶液15 min后,用旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀以5 000 r/min測(cè)試表面活性劑溶液與原油間油水界面張力。


1.4物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)


以0.2 mL/min的速度對(duì)膠結(jié)巖心進(jìn)行水驅(qū),至含水率超過(guò)95%時(shí)暫停實(shí)驗(yàn),計(jì)算采收率。


采用泡沫發(fā)生器混合N2與起泡劑溶液產(chǎn)生泡沫,向巖心中注入泡沫繼續(xù)進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn),直至注入0.3 PV的泡沫后暫停實(shí)驗(yàn)。


改用水驅(qū)繼續(xù)進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)直至含水率達(dá)到95%后停止實(shí)驗(yàn),計(jì)算采收率。


實(shí)驗(yàn)所用巖心為膠結(jié)巖心,其滲透率為1 244μm2、孔隙度為25.21%、巖心體積為615 cm3。


2結(jié)果與討論


2.1低界面張力起泡劑泡沫性能評(píng)價(jià)及優(yōu)選


泡沫性能直接關(guān)系到起泡劑在地層的封堵效果。目前,油田驅(qū)油用表面活性劑工業(yè)品主要有陰離子型、非離子型和兩性型單獨(dú)或復(fù)配使用,其泡沫性能差別很大。起泡劑的濃度是影響起泡劑活性的重要因素之一,合理的濃度設(shè)置必須使其既具有高效的泡沫特性也具有一定的經(jīng)濟(jì)性,故選擇CUDA、AUDB、MBZC這3種非離子-陰離子型起泡劑,在其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.10%、0.12%、0.14%和0.16%時(shí),評(píng)價(jià)這3種起泡劑發(fā)泡量、半衰期、泡沫綜合指數(shù)等性能。


2.1.1起泡劑用量對(duì)發(fā)泡量的影響


3種起泡劑在不同用量下的發(fā)泡量測(cè)試結(jié)果:3種起泡劑的用量低于0.20%時(shí),隨著起泡劑用量的增加,3種起泡劑的發(fā)泡量逐漸降低,但始終保持在110 mL以上,且3種起泡劑的發(fā)泡量相差不超過(guò)12 mL,說(shuō)明所選的3種起泡劑發(fā)泡性能良好。起泡劑的發(fā)泡量隨其用量的增加而表現(xiàn)出下降趨勢(shì),原因可能是隨著起泡劑用量的增加,起泡劑分子在泡沫表面的負(fù)載量過(guò)高,因此需要提供更加充足的體系能量來(lái)支撐該泡沫體系,而且在58℃條件下的體系能量低于高濃度起泡劑發(fā)泡的最低閾值,泡沫的蒸發(fā)作用弱于重力作用,引起泡沫體系受力失衡,導(dǎo)致起泡劑的發(fā)泡量降低。


2.1.2起泡劑用量對(duì)半衰期的影響


3種起泡劑在不同用量下的半衰期測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1起泡劑用量對(duì)半衰期的影響


由圖1可知:隨著起泡劑用量的增加,CUDA型起泡劑的半衰期逐漸降低,而AUDB型起泡劑的半衰期逐漸升高,MBZC型起泡劑的半衰期先上升后下降,這可能是由于不同起泡劑具有不同的臨界膠束濃度(CMC)。當(dāng)起泡劑的用量較少時(shí),起泡劑分子在氣液界面的吸附量較少且在氣液界面上的排布分散,導(dǎo)致起泡劑的起泡性與穩(wěn)泡性較差。隨著起泡劑用量的增加,起泡劑分子在氣液界面上的密度逐漸升高,起泡劑的起泡性與穩(wěn)泡性隨之上升,起泡劑分子在氣液界面的吸附量增大,從而穩(wěn)定性增強(qiáng)。當(dāng)起泡劑用量達(dá)到CMC值后,起泡劑分子吸附在氣液界面的飽和度達(dá)到極值,再繼續(xù)提高起泡劑的用量,溶液中過(guò)剩的起泡劑分子會(huì)自發(fā)形成膠團(tuán),無(wú)法起到增強(qiáng)起泡劑泡沫性能的作用。與此同時(shí),過(guò)飽和的起泡劑分子會(huì)使界面膜上液體的遷移作用減弱因而液體流失加強(qiáng),導(dǎo)致泡沫的穩(wěn)定性減弱。其中AUDB型起泡劑在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.16%時(shí),半衰期達(dá)到106 min,穩(wěn)定性極好,超過(guò)目前市面上大多數(shù)類型的低界面張力型起泡劑。


2.1.3起泡劑用量對(duì)泡沫綜合指數(shù)的影響


泡沫綜合指數(shù)是最直接反映起泡劑泡沫性能的參數(shù)。其值越高,泡沫性能越好。3種起泡劑在不同用量下的泡沫綜合指數(shù)測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2起泡劑用量對(duì)泡沫綜合指數(shù)的影響


由圖2可知:隨著起泡劑用量的增加,CUDA型起泡劑的泡沫綜合指數(shù)逐漸下降;AUDB型起泡劑的泡沫綜合指數(shù)逐漸升高,且在質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.16%時(shí)達(dá)到峰值9 762 mL·min;而MBZC型起泡劑的泡沫綜合指數(shù)先上升后下降。由此可見,AUDB型起泡劑的泡沫強(qiáng)度最高。


2.2低界面張力起泡劑油水界面活性評(píng)價(jià)及優(yōu)選


起泡劑的油水界面活性對(duì)起泡劑改變地層巖石的潤(rùn)濕性以及洗油效果產(chǎn)生重大影響。起泡劑的油水界面張力越低,表示起泡劑的油水界面活性越好,但過(guò)低的油水界面張力也會(huì)增大地面采出原油油水分離的困難程度,若要采取其他工藝實(shí)現(xiàn)油水分離則會(huì)直接導(dǎo)致后期經(jīng)濟(jì)成本的增加。目前,油水界面張力為0.001~0.05 mN/m時(shí),起泡劑既具有良好的油水界面活性,也能保證后期采出原油較易實(shí)現(xiàn)油水分離,從而降低開采成本,因此需要對(duì)3種起泡劑的油水界面活性進(jìn)行擇優(yōu)。3種起泡劑的油水界面張力測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3起泡劑用量對(duì)油水界面張力的影響


由圖3可知:隨著起泡劑用量的增加,3種起泡劑的油水界面張力逐漸降低,且在質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.16%時(shí),油水界面張力降低到最低值,其中AUDB與MBZC型起泡劑的油水界面張力均低于0.02 mN/m,達(dá)到低界面張力驅(qū)油的要求。


2.3低界面張力起泡劑驅(qū)油效果評(píng)價(jià)


綜合考慮3種起泡劑的泡沫性能與油水界面活性,AUDB型起泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.16%時(shí)的起泡體積達(dá)122 mL、半衰期達(dá)106 min、泡沫綜合指數(shù)達(dá)9 762 mL·min、油水界面張力達(dá)0.013 7 mN/m,綜合性能超過(guò)其他兩種起泡劑且完全具備低界面張力驅(qū)油的能力。故選擇AUDB型起泡劑進(jìn)行低界面張力驅(qū)油試驗(yàn),結(jié)果見表1。

表1 AUDB型起泡劑驅(qū)油效果


由表1可知:在注入泡沫前,采出液的含水率達(dá)到95.3%,在向膠結(jié)巖心中注入0.3 PV的泡沫流體后含水率顯著下降到70.5%,注入泡沫流體前后壓差達(dá)0.104 MPa,說(shuō)明AUDB型起泡劑混合氮?dú)庑纬傻呐菽哂辛己玫姆舛滦Ч?。注入泡沫流體后,采收率明顯提高,由42.7%提高至53.1%,說(shuō)明AUDB型起泡劑具有良好的洗油效果。


3結(jié)論


1)比較CUDA、AUDB和MBZC這3類低界面張力起泡劑的泡沫性能,在溫度58℃、礦化度7 052.28 mg/L的條件下,AUDB型起泡劑在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.16%時(shí),起泡體積達(dá)122 mL、半衰期達(dá)106 min、泡沫綜合指數(shù)達(dá)9 762 mL·min,說(shuō)明該起泡劑的綜合性能較其他2種起泡劑更優(yōu)。


2)在溫度58℃、礦化度7 052.28 mg/L的條件下,CUDA、AUDB和MBZC這3類低界面張力起泡劑的油水界面張力隨著起泡劑濃度的提高而降低,且當(dāng)起泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.16%時(shí),AUDB與MBZC型起泡劑的油水界面張力低于0.02 mN/m,具備低界面張力驅(qū)油的能力。


3)AUDB型起泡劑具有良好的封堵能力和吸油能力,向巖心注入0.3 PV的AUDB型起泡劑后,注入泡沫流體前后的壓差達(dá)0.104 MPa;含水率由95.3%顯著降至70.5%,含水率下降了24.8%;采收率由42.7%提高至53.1%,采收率提高了10.4%。