两性离子表面活性剂和纳米颗粒为起泡剂的高稳定性超临界二氧化碳泡沫封窜体系

胜利油田低渗透油藏具有埋藏深（＞3000m）、温度高（＞120℃）、非均质性强等特点,针对低渗透油藏CO₂ 驱波及效率低、常规泡沫高温调驱性能变差等问题,构建了由两性离子表面活性剂（HSD）和改性SiO₂ 纳米颗粒 为起泡剂的高稳定性超临界CO₂ 泡沫体系。研究了该体系在高温下的起泡性能和耐温性能;分别评价了纳米 SiO₂ 对超临界CO₂ 泡沫体系流变特性、封堵特性以及调驱性能的影响;最后探讨了纳米颗粒强化超临界CO₂ 泡沫 的稳定机理。结果表明,高稳定性超临界CO₂ 泡沫体系表现出良好的起泡性能和耐高温特性,随着体系中纳米颗粒浓度的增加,泡沫半衰期先增加后降低。在110℃下,0.5%的纳米颗粒可使泡沫析液半衰期由17min提高到40min,稳定性提高了近1.5倍。在相同的剪切速率下,体系的表观黏度随纳米颗粒浓度的增加而增加,稠度系数由0.073增至1.220。在岩心封堵实验中,泡沫在多孔介质中的稳态表观黏度随纳米颗粒浓度的增加而增 加,封堵强度逐渐增强;超临界CO₂ 泡沫呈“颗粒状”堆叠排放,泡沫直径为10～20μm。超临界CO₂ 泡沫具有较 好的调驱性能,能封堵高渗透通道,迫使后续注入的CO₂ 进入低渗透基质中,从而提高采收率。表面活性剂分子吸附在纳米SiO₂ 表面使其具有了界面活性,进而纳米SiO₂ 吸附到气液界面上,提高了泡沫稳定性。     

阴-非离子型表面活性剂CO2 泡沫影响因素研究

选用4 种表面活性剂作为起泡剂,其中N-NP-15c 和N-NP-21c 为非离子型表面活性剂,N-NP-15c-H 和N-NP-21c-H 为新合成的阴- 非离子型表面活性剂,非离子基团为聚氧乙烯基,阴离子基团为磺酸基。利用高温高压搅拌式可视化泡沫仪,对表面活性剂进行高温高压和高盐条件下的CO₂ 泡沫性能测试;研究了不同因素对CO₂泡沫性能的影响规律,包括起泡剂浓度、矿化度、Ca²⁺浓度、温度和压力等。实验结果表明,N-NP-15c-H 的起泡性能最好,抗温达125℃ 。在起泡剂质量分数0.7% 、压力10MPa、矿化度（NaCl）50g/L、125℃ 时,泡沫的起泡体积和半衰期分别为81.6 mL和10.8 min。随着起泡剂质量分数的增大,CO2 泡沫的起泡体积和半衰期均先增大后减小,最佳加量为0.7% ;高温和高矿化度（高Ca²⁺浓度）都不利于CO₂ 泡沫的稳定;压力升高则能显著提高CO₂ 泡沫的性能,压力由5 MPa 增至12MPa 时,泡沫起泡体积由87.9 mL增至165.8 mL,半衰期由34.5 min增至295.2min。     

CO2泡沫驱体系筛选与评价

吉林油田CO₂驱油藏物性差,渗透率差异较大,裂缝相对发育,注入CO₂过程中出现气窜,严重影响气驱效果。为此开展CO₂泡沫体系研究,扩大气驱波及体积,提高气驱开发效果。室内建立泡沫体系的性能评价手段,优选一种由阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配而成的CYL泡沫体系,确定现场CYL泡沫体系的最佳加量为0.3%、气液比1:1。物模试验结果表明：裂缝性低渗透岩心中CO₂泡沫驱采收率最高53.67%,CO₂气驱采收率次之（35.74%）,水驱采收率最低（23.42%）。CO₂泡沫驱的效果明显好于水驱、CO₂驱,现场开展CO₂泡沫驱试验,注气压力由措施前的6.0 MPa上升到措施后的8.1 MPa,井组日产油由措施前的7.7 m³增至措施后的10.8 m³,措施效果明显,有效提高气驱开发效果。     

联结基对磺酸盐型双子表面活性剂的界面张力和起泡性能的影响

 合成了一系列具有支状疏水链的新型磺酸盐型双子表面活性剂D₂C_n（D为疏水基仲辛基,C为联结基中亚甲基,n=2,4,6,8）,考察了联结基对其表面活性的影响。结果表明,D₂C_n系列双子表面活性剂溶液的临界表面张力γ_CMC与临界胶束浓度CMC值均随联结基长度的增加而增大;辽河原油加入D₂C_n系列双子表面活性剂溶液后的油-水界面张力随着联结基团长度的增加先增加后降低。D₂C_n系列双子表面活性剂具有良好的泡沫性能,随着联结基长度的增加,初始起泡体积降低,泡沫半衰期先增加后降低;随着温度的增加,泡沫半衰期显著下降,初始起泡体积先增加后降低。     

泡沫破裂机制及其稳定性影响因素研究

采用COMSOL软件建立了一种气液模型,分析了气液压力变化及气液体分布情况对泡沫破碎的影响。实验结果表明,泡沫在破碎的过程中主要受内部能量释放的影响,泡沫液膜处存在斑点状压力集中,引起液膜发生波动性变形,当内外压差过大时发生破裂。随着时间的延长,液膜的存在形式会发生变化。液膜靠近气体处形成许多分散的液滴,液滴的分布形态与压力分布形态相似。推测是由于液膜到液滴的形式转变引起压力变化,从而导致泡沫破裂。进一步研究发现液相的密度和黏度对泡沫稳定性影响相对较小;表面活性剂种类对泡沫稳定性影响较小,表面活性剂浓度越大,泡沫越稳定。     

长短碳链甜菜碱型起泡剂的协同增效作用研究

目的在高温高盐(90 ℃、25×10⁴ mg/L)条件下对短碳链甜菜碱LHSB和长碳链甜菜碱OHSB按不同比例复配得到的起泡剂进行优选并得到具有良好封堵性能的泡沫体系。 方法使用Waring搅拌法评价了不同起泡剂的泡沫性能,并利用流变仪对其协同增效作用进行探讨,通过岩心实验考查了不同泡沫体系在多孔介质中的封堵效果。 结果由0.2% (w)LHSB和0.2% (w) OHSB构建的复合起泡剂S11具有较好的泡沫性能,起泡体积为345 mL,消泡半衰期为132 min,较LHSB起泡剂提高了3倍;岩心实验显示,S11泡沫的阻力系数和残余阻力系数分别为91.6和14.9。 结论将OHSB作为稳泡剂加入LHSB中,可使复合起泡剂表现出黏弹性表面活性剂的特征,从而降低排液速度,提高液膜强度,在泡沫稳定性方面表现出协同作用。      

长庆油田低渗透高矿化度油藏驱油用起泡剂评价

对于长庆油田低渗高矿化度油藏,空气泡沫复合驱提高采收率是可行、有效的方法。本文评价了高矿化度地层水、原油等地层介质对8种起泡剂发泡性能、稳泡性能的影响;起泡剂对原油和高矿化度地层水的表面张力和黏度的影响。这8种起泡剂分别为高级醇聚氧乙烯醚硫酸钠,椰油酰胺丙基二甲胺乙内酯,十二烷基苯磺酸钠,辛基酚聚氧乙烯醚（TX-10）,烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）,椰子油烷醇酰胺6501,醇醚羧酸盐,FLH非离子渗析剂,依次按1~8编号。长庆油田注入水水型Na₂SO₄,矿化度1.1 g/L,pH值6.5;地层水水型CaCl₂,矿化度82.2 g/L,pH值5.95;原油密度0.85 g/cm³,黏度6 mPa·s。结果表明,6~8号起泡剂与长庆油田地层水不配伍。1~5号起泡剂使注入水和地层水的表面张力降低一半,对原油表面张力和黏度无影响。将配液用水由注入水改为体积比1:1的注入水、地层水混合水后,1~5号起泡剂的泡沫体积变化较小,3~5号起泡剂的泡沫半衰期没有变化,1号起泡剂泡沫半衰期由70增至260 min,2号由60降至25 min。在5% 1号起泡剂溶液中加入1%原油,泡沫体积由398降至388 mL、泡沫半衰期由70降至7 min,洗油能力较好。1号起泡剂高级醇聚氧乙烯醚硫酸脂钠符合长庆油田空气泡沫驱的要求。     

原位二氧化碳泡沫驱提高采收率实验

原位CO₂ 泡沫驱是一种很有潜力的提高采收率技术。通过原位CO₂ 泡沫驱提高采收率实验,优化了生气体系、泡沫体系以及注入参数,得到了最佳的注入量、注入速度和适用的渗透率级差范围。研究结果表明,在温度 为70℃,地层水矿化度为10000mg/L条件下,得到可以作用于地层深部的原位CO₂ 泡沫体系,其配方为：2.1% 碳酸氢铵+1.6%醋酸+9.5%氯化铵+0.1%α-烯烃磺酸钠AOS+0.1%油酸酰胺丙基甜菜碱DHSB,泡沫体积可达 810 mL,泡沫综合指数为15552mL·min。该体系形成的泡沫在油藏中部具有较高黏度和较大弹性的特性,能够 有效封堵高渗通道,表现出良好的封堵能力。在渗透率级差为6左右时,原位CO₂ 泡沫体系注入速度控制在1.0 mL/min左右,注入段塞量控制在0.3PV,能够发挥最佳的调驱效果。研究还发现,该泡沫体系在渗透率级差为 3.9～13.7的非均质储层中能有效提高采收率,而在渗透率级差为15.6的条件下,虽然未能显著提高低渗层采收率,但在高渗管中仍然有一定的洗油作用。本研究为原位CO₂ 泡沫驱技术的应用和优化提供了重要参考。     

抗油起泡剂的筛选与性能评价

从烷基醇酰胺类表面活性剂、磺基甜菜碱类表面活性剂、EO磺酸盐类表面活性剂、氟碳类表面活性剂和十二烷基硫酸纳（SDS）起泡剂中优选出泡膜数小于1的氟碳类表面活性剂和起泡性能优异的SDS复配体系。用Waring Blender法评价起泡剂的泡沫性能。结果表明,JSC-6氟碳表面活性剂的耐油性较好,在含油10%时的泡沫体积为320 mL、析液半衰期2.5 h、综合指数2285.7。SDS与助剂ZC-1复配后,在含油10%时的泡沫体积为330 mL、析液半衰期15 min、综合指数235.7,具有一定的耐油起泡性,但稳定时间短。稳定剂部分水解聚丙烯酰胺使JSC-6体系和SDS体系的稳定性提高,半衰期由36和10 min分别增至126和68 min。在含油饱和度较低时（低于25%）,SDS体系起泡能力优异,综合指数高,具有一定优势;而当含油饱和度高于25%时,氟碳表面活性剂则表现出更好的起泡能力和更长的稳定时间。     

高温条件下原油和煤油对泡沫性能的影响

通过在温度101℃,矿化度为24722mg/L条件下,以两种方式(起泡后加油、加油后起泡)向烷基磺酸盐与两性咪唑啉的复配体系YL和YL与醇类助表面活性剂的复配体系YC-2中加入不同含量的原油和煤油,使用Waring Blender恒速搅拌器进行起泡,考察分析了含油体积分数,胶质、沥青质和蜡,以及油与泡沫接触方式对泡沫性能的影响。结果表明,含油体积分数对体系起泡体积影响较小,加煤油后起泡的起泡体积大于加原油后起泡的起泡体积。两种加油方式对泡沫的影响都是泡沫的析液半衰期随着含油量的增加呈现先增大后减小的趋势,在含油量较小时表现出一定的稳泡性能。当含油体积分数在20%内时,助表面活性剂的加入将降低泡沫的稳定性,但当含油体积分数增大到30%时,助表面活性剂能促使假乳化膜的形成,从而增大泡沫的稳定性。在含油量20%内,含胶质、沥青质和蜡的油的稳泡作用好于不含胶质、沥青质的油的稳泡作用。泡沫体系加油后起泡比起泡后加油的析液半衰期长。