裴輝 (中石化中原油田分公司規(guī)劃計劃部,河南 濮陽 457001)

張贊武 (中石化中原油田分公司油藏管理辦公室,河南 濮陽 457001)

不同相態(tài)CO2形成的泡沫體系性能研究

裴輝 (中石化中原油田分公司規(guī)劃計劃部,河南 濮陽 457001)

張贊武 (中石化中原油田分公司油藏管理辦公室,河南 濮陽 457001)

CO2具有氣態(tài)、液態(tài)和超臨界態(tài)3種不同的相態(tài),不同相態(tài)CO2產(chǎn)生的泡沫外觀和穩(wěn)定性差異較大。通過高溫高壓可視化泡沫儀研究了氣態(tài)、液態(tài)和超臨界態(tài)下CO2泡沫性能。試驗結(jié)果表明,超臨界態(tài)CO2形成的泡沫形態(tài)介于氣態(tài)CO2形成的泡沫和液態(tài)CO2形成的乳狀液之間。隨著溫度升高,CO2泡沫的起泡體積、半衰期降低;隨著壓力增加,特別是在超臨界態(tài)條件下,CO2泡沫的起泡能力和穩(wěn)泡能力都明顯增加。在泡沫封堵試驗中,超臨界態(tài)CO2形成的泡沫阻力因子高于氣態(tài)和液態(tài)CO2形成的泡沫體系。

CO2泡沫;超臨界態(tài);相態(tài);可視化泡沫儀

氣竄已成為制約CO2驅(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大波及范圍、提高采收率的重要因素[1]。泡沫調(diào)驅(qū)已成為CO2驅(qū)流度控制的必要手段[2]。在油藏條件下,CO2大多處于超臨界狀態(tài),與空氣、N2泡沫差別較大。常規(guī)的泡沫表征方法有體積法、電導(dǎo)率法及壓力法,最常用的是Ross-Miles法[3],但大多數(shù)評價方法的耐壓程度較低,因此對于存在相態(tài)變化的CO2,常規(guī)泡沫評價方法無法模擬油藏條件下CO2泡沫的特性。筆者通過高溫高壓可視化泡沫儀,開展了不同相態(tài)下CO2泡沫性能研究。

1 試驗方法

1.1 高溫高壓可視化泡沫性能評價試驗

1)試驗裝置特點(diǎn) 高溫高壓可視化泡沫儀(圖1)主要特點(diǎn):①耐高溫(150℃)高壓(20MPa),可實現(xiàn)不同相態(tài)CO2泡沫穩(wěn)定性評價;②可實現(xiàn)高溫高壓條件下高速攪拌起泡,最高轉(zhuǎn)速1000r/min,起泡速度快;③具有可視觀察窗,可觀察高溫高壓條件下泡沫的起泡及穩(wěn)泡情況;④測溫點(diǎn)在設(shè)備內(nèi)部,可更準(zhǔn)確測量泡沫實際溫度。

圖1 高溫高壓可視化泡沫儀試驗流程圖

2)試驗方法 首先在高溫高壓可視化泡沫儀內(nèi)加入配制好的泡沫劑溶液,并升溫至試驗溫度;再充入CO2至試驗壓力,待壓力穩(wěn)定后,以恒定轉(zhuǎn)速(1000r/min)攪拌一定時間;最后記錄泡沫高度、半衰期等參數(shù)。

1.2 泡沫封堵能力試驗

泡沫封堵能力評價試驗流程如圖2所示。試驗方法是,首先用直徑0.075～0.150mm石英砂填制填砂管(?38mm×1000mm),并測定填砂管滲透率和孔隙體積;其次將填砂管接入流程,進(jìn)行氣密性測試,并升溫至預(yù)設(shè)溫度,控制回壓至試驗壓力,穩(wěn)定4h以上;再次用平流泵以2m L/min的流速向填砂管注水,測定穩(wěn)定后壓差,即為基礎(chǔ)壓差;最后發(fā)泡劑溶液與氣體CO2按體積比1∶1混合形成CO2泡沫液,泡沫液以2m L/min流速注入填砂管,測定穩(wěn)定后的封堵壓差。封堵壓差與水驅(qū)基礎(chǔ)壓差之比為阻力因子。

1.3 試驗材料

試驗用水為中原油田濮城油田沙一油藏注入水;地層水礦化度24×104mg/L,氯離子質(zhì)量濃度160g/L,水型為CaCl2;CO2純度99.9%,試劑級;起泡劑為甜菜堿類復(fù)配而成,其基本性能參見文獻(xiàn)[4];泡沫液質(zhì)量濃度5g/L。

圖2 泡沫封堵能力評價試驗流程圖

圖3 不同相態(tài)條件下CO2泡沫形態(tài)

2 不同相態(tài)CO2泡沫特征

研究了氣態(tài)CO2(2MPa,20℃)、液態(tài)CO2(6MPa,20℃)和超臨界態(tài)CO2(8MPa,40℃)條件下,CO2與泡沫劑混合后的起泡特征,結(jié)果如圖3所示。

CO2在不同溫度和壓力條件下存在不同相態(tài),產(chǎn)生的CO2泡沫外觀和穩(wěn)定性差異較大。圖3(a)為壓力2MPa時氣態(tài)CO2形成的泡沫,其泡沫外觀與空氣、N2等泡沫相近。圖3(b)為壓力6MPa時液態(tài)CO2形成的泡沫,其泡沫外觀形態(tài)變化較大,近似于乳狀液狀態(tài),呈均勻相。圖3(c)為壓力8MPa時超臨界態(tài)CO2形成的泡沫,其泡沫形態(tài)介于氣態(tài)和液態(tài)之間,由細(xì)小的泡沫組成,但外觀比氣態(tài)CO2泡沫更加致密。另外從起泡時間來看,氣態(tài)CO2形成泡沫需要攪拌1min左右,發(fā)泡速率較慢。超臨界態(tài)CO2與液態(tài)CO2形成的泡沫體系需要攪拌10s左右,能夠快速發(fā)泡。

3 溫度、壓力對CO2泡沫性能的影響

溫度和壓力是CO2相態(tài)變化的重要原因。分別研究了在壓力為8MPa下溫度(25～100℃)對CO2泡沫性能的影響和在溫度為82.5℃下壓力(0.5～16MPa)對CO2泡沫性能的影響。

3.1 溫度對CO2泡沫性能的影響

壓力為8MPa下,圖4、5分別為溫度對CO2泡沫的起泡能力和穩(wěn)泡能力的影響。由圖4、5可以看出,隨著溫度升高,CO2泡沫的起泡體積略有降低,但半衰期明顯降低,泡沫與溫度變化關(guān)系與文獻(xiàn)[5,6]報道的規(guī)律一致。另外,該研究所選用起泡劑耐溫性能較好,在100℃溫度時半衰期為85min。

圖4 溫度對CO2泡沫起泡能力的影響 圖5 溫度對CO2泡沫穩(wěn)泡能力的影響

3.2 壓力對CO2泡沫性能的影響

溫度在82.5℃下,圖6、7分別為壓力對CO2泡沫的起泡能力和穩(wěn)泡能力的影響。由圖6、7可以看出,壓力對泡沫性能影響較溫度更為明顯。隨著壓力增加,CO2泡沫的起泡能力和穩(wěn)泡能力都明顯增加。特別是在超臨界條件(8MPa)下,CO2泡沫的起泡能力和穩(wěn)泡能力都明顯增強(qiáng)。在16MPa條件下CO2泡沫起泡體積達(dá)到424m L,其半衰期超過3120min,說明超臨界條件下CO2泡沫性能要明顯優(yōu)于常規(guī)的氣態(tài)泡沫。

圖6 壓力對CO2泡沫起泡能力的影響 圖7 壓力對CO2泡沫穩(wěn)泡能力的影響

4 泡沫封堵能力試驗

為考察氣態(tài)、液態(tài)及超臨界態(tài)CO2形成的泡沫體系的封堵能力,開展了3組不同相態(tài)下的泡沫封堵能力試驗。模型滲透率為239m D,水驅(qū)穩(wěn)定后采用發(fā)泡劑和CO2混合注入,氣液體積比為1∶1,總注入量為1PV,記錄各階段模型兩端壓差,試驗結(jié)果如表1所示。由表1可以看出,從不同相態(tài)下的CO2泡沫封堵能力來看,氣態(tài)CO2形成的泡沫封堵能力最差;液態(tài)CO2與發(fā)泡劑溶液形成的是乳狀液,在該條件下,CO2乳狀液具有一定的封堵能力;超臨界態(tài)CO2形成的泡沫體系封堵能力最好。

表1 不同相態(tài)CO2泡沫封堵能力試驗條件及結(jié)果

5 結(jié)論與認(rèn)識

1)液態(tài)CO2形成的泡沫外觀形態(tài)近似于乳狀液狀態(tài),呈均勻相。超臨界態(tài)CO2形成的泡沫體系介于氣態(tài)泡沫與液態(tài)泡沫體系之間,呈致密的泡沫體系。

2)超臨界態(tài)CO2起泡速度高于氣態(tài)CO2泡沫,有利于油藏內(nèi)CO2泡沫的形成。

3)升高壓力和降低溫度均有利于泡沫的穩(wěn)定,其中壓力升高可顯著提高泡沫的穩(wěn)定性。

4)超臨界態(tài)CO2形成的泡沫體系封堵效果優(yōu)于氣態(tài)、液態(tài)CO2泡沫。

[1]李景梅.注CO2開發(fā)油藏氣竄特征及影響因素研究[J].石油天然氣學(xué)報(江漢石油學(xué)院學(xué)報),2012,34(3):153～156.

[2]周國華,宋新旺,王其偉,等.泡沫復(fù)合驅(qū)在勝利油田的應(yīng)用[J].石油勘探與開發(fā),2006,33(3):369～372.

[3]周風(fēng)山.使用新舊準(zhǔn)標(biāo)Ross-Miles儀評價發(fā)泡劑發(fā)泡能力的比較[J].油田化學(xué),1990,7(2):194～197.

[4]楊昌華,王慶,董俊艷,等.高溫高鹽油藏CO2驅(qū)泡沫封竄體系研究與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2012,34(5):95～101.

[5]劉向斌.控制二氧化碳?xì)飧Z泡沫配方體系的研制與應(yīng)用——以宋芳屯油田芳48斷塊為例[J].油氣地質(zhì)與采收率,2011,18(5): 51～53.

[6]趙仁保,岳湘安,柯文奇,等.氮?dú)馀菽w系穩(wěn)定性的影響因素研究[J].石油學(xué)報,2009,30(1):84～87.

[編輯]帥群

TE357.7

A

1000-9752(2014)02-0143-03

2013-10-18

中國石油化工集團(tuán)公司科技攻關(guān)項目(P10070)。

裴輝(1970-),女,1991年鄭州大學(xué)畢業(yè),高級經(jīng)濟(jì)師,現(xiàn)主要從事油田規(guī)劃方案及投資項目經(jīng)濟(jì)分析評估工作。