不同相态CO2形成的泡沫体系性能研究

毛洪超

（中国石化中原油田分公司 河南濮阳 457001）

不同相态CO2形成的泡沫体系性能研究

毛洪超

（中国石化中原油田分公司 河南濮阳 457001）

通过研究气态、液态和超临界状态下CO2泡沫性能，说明超临界CO2形成的泡沫形态介于气态CO2形成的泡沫和液态CO2形成的乳状液之间，但超临界CO2形成的泡沫阻力因子高于气态和液态CO2形成的泡沫体系。CO2泡沫随着压力升高、温度降低均趋于更加稳定的状态，但压力影响更加显著。

高温高压；CO2泡沫；超临界；可视化

CO2具有气态、液态和超临界三种不同的相态，不同相态CO2产生的泡沫外观和稳定性差异较大。泡沫调驱已成为CO2驱流度控制必要手段。

在油藏条件下，CO2大多处于超临界状态，与空气、N2泡沫差别较大。常规的泡沫表征方法有体积法、电导率法及压力法，最为常用的为Ross-Miles法，但大多数评价方法的耐压程度较低。因此对于存在相态变化的CO2，常规泡沫评价方法无法模拟油藏条件下CO2泡沫的特性。本文通过高温高压可视化泡沫仪，开展了不同相态下CO2泡沫性能研究。

1 实验装置及方法

1.1 高温高压可视化泡沫性能评价实验

高温高压泡沫仪主要由起泡装置、加热系统、测压系统、增压系统和光源等组成（图1）。

图1 高温高压泡沫仪流程图

实验装置主要特点：①耐高温高压，最高耐温150℃、耐压20MPa，可实现不同相态CO2泡沫稳定性评价；②高温高压下可实现高速搅拌，最高转速1000r/min，起泡速度快；③有可视观察窗，可观察泡沫的起泡及稳定情况；④内部测温方式，泡沫实际温度的测量更准确。

实验方法：①在泡沫仪内加入配制好的泡沫剂溶液，并升温至实验温度；②充入CO2至实验压力，待压力稳定后以1000r/min的转速搅拌一定时间；③记录泡沫高度、半衰期等参数。

1.2 泡沫封堵能力实验

泡沫封堵能力评价实验流程见图2。

实验方法：①用0.075～0.150mm石英砂填制填砂管（Φ38×1000mm）,并测定填砂管渗透率和孔隙体积；②将填砂管接入流程进行气密性测试，升温至预设温度，控制回压至实验压力，稳定4h以上；③用平流泵以2mL/min的流速向填砂管注水，测定稳定后压差，即为基础压差；④发泡剂溶液与气体CO2按1：1比例混合形成CO2泡沫液，泡沫液以2mL/min流速注入填砂管，测定稳定后的封堵压差，封堵压差与水驱基础压差之比为阻力因子。

1.3 实验材料

①实验用水：中原油田濮城油田沙一油藏注入水；地层水矿化度24×104mg/L，Cl-含量为16×104mg/L，水型为CaCl2.

②实验用CO2：纯度99.9%，试剂级。

③实验用发泡剂为甜菜碱类复配而成；

④泡沫液质量浓度：0.5%。

1.4 不同相态CO2泡沫特征

分别在气态CO2（2MPa、20℃）、液态CO2（6MPa、20℃）和超临界CO2（8MPa、40℃）条件下进行试验，观察CO2与泡沫剂混合后的起泡特征（图3）。

图3 不同相态条件下CO2泡沫形态

CO2在不同温度和压力条件下存在不同相态，产生的CO2泡沫外观和稳定性差异较大：①气态CO2形成的泡沫与空气、N2等泡沫外观相近(图3a)；②液态CO2形成的泡沫外观形态变化较大，近似于乳状液状态，呈均匀相(图3b)；③超临界CO2形成的泡沫介于气态和液态之间，由细小的泡沫组成，但外观比气态CO2泡沫更加致密。

另外，气态CO2形成泡沫需要搅拌时间约1min，发泡速率较慢。超临界CO2与液态CO2形成的泡沫体系需要搅拌时间约10sec，能够快速发泡。

2 温度、压力对CO2泡沫性能影响

温度和压力是CO2相态变化的重要原因，分别进行了压力8MPa时温度（25～100℃）、温度82.5℃时压力（0.5～16MPa）对CO2泡沫性能影响的试验。

2.1 温度对CO2泡沫性能的影响（图4、图5）

图4 温度对CO2泡沫起泡能力的影响

图5 温度对CO2泡沫稳泡能力的影响

由图4、图5可知，温度升高，CO2泡沫的起泡体积略有降低，但半衰期明显降低，泡沫与温度变化关系与文献中报道的规律一致。另外，本试验选用泡沫剂耐温性能较好，在100℃高温下半衰期为85min。

3.2 压力对CO2泡沫性能的影响（图6、图7）

图6 压力对CO2泡沫起泡能力的影响