CO2气溶性发泡剂可视化发泡性能研究

韦 雪

中国石化胜利油田分公司 石油工程技术研究院，山东 东营 257000

气窜是制约CO2驱进一步扩大波及范围、提高采收率的重要因素[1-5]，泡沫调驱则是CO2驱流度控制的必要手段[6-9]。在不同油田，泡沫调驱均有应用。针对胜利油田低渗透油藏G89-1块储层含水量低(<5%)、注入困难等问题，笔者研发了CO2气溶性发泡剂。通过可视化发泡仪，直观测试了CO2气溶性发泡剂在不同相态CO2中的发泡性能，明确了CO2气溶性发泡剂在低水条件下能够实现超临界状态下的稳定发泡。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

原料：Ⅰ型CO2气溶性发泡剂，石油工程技术研究院自制；N-甲基吡咯烷酮，山东英朗化工有限公司；煤油(工业品)，济南鑫创意化工有限公司；采用G89-1块地层水，矿化度61 584 mg/L(Ca2+和Mg2+质量浓度一共是2 000 mg/L)。

仪器：高温高压可视化电磁耦合搅拌式泡沫仪，中国石油大学(华东)[10]，其实物图见图1，流程图见图2。

图1 高温高压可视化电磁耦合搅拌式泡沫仪实物图

图2 高温高压可视化电磁耦合搅拌式泡沫仪流程图

该实验装置优点包括：1)改进的高压泡沫仪，具有罗氏泡沫仪搅拌起泡速率可控的优点；2)具有低压泡沫仪测试速度快的优点；3)具有高压泡沫仪耐高温高压的优点，可以实现不同相态CO2泡沫稳定性评价；4)测温点在设备内部，可以准确测量内部温度。

1.2 实验方法

1)配制预定浓度的起泡剂溶液，进行搅拌；2)将起泡剂溶液倒入中间容器中；3)开启泡沫仪控温装置，设定实验温度；4)使用手摇泵将中间容器中的起泡剂溶液泵入泡沫仪中，记录液面高度；5)向泡沫仪中通入CO2气体，达到预定压力值；6)开启泡沫仪搅拌装置，以恒定转速搅拌一定时间；7)关闭泡沫仪搅拌装置，开始计时，同时记录泡沫高度；8)记录泡沫高度随时间变化及半衰期；9)实验结束，排出起泡剂溶液，排出CO2气体，待仪器冷却，用蒸馏水进行清洗。

实验配比为发泡剂1.0%(质量比)，介质3.58%(质量比)，其余为CO2。

2 结果与讨论

2.1 无其他介质条件下发泡剂的发泡性能研究

在仅有CO2和发泡剂时，测试了发泡剂在液态CO2状态(状态1)、超临界CO2状态(状态2)、气态CO2(状态3)3种状态下的发泡性能，体系的状态如图3所示。

图3 不加介质的条件下发泡剂在CO2中的状态

由图3可以看出：体系中只有CO2和发泡剂时，发泡剂在状态1(液态CO2)和状态2(超临界CO2)中有溶胀现象，没有气泡产生，但在状态3(气态CO2)中能产生大量气泡。

2.2 N-甲基吡咯烷酮(NMP)的影响

在体系中添加NMP时，发泡剂在CO2中的状态如图4所示。

由图4可以看出：添加NMP后，体系在状态2(超临界状态)下略有气泡，但持续时间很短(<10 s)，但在气态CO2中，其形态与不加介质时有很大的变化。这说明外加介质影响发泡剂分散和结晶性。

图4 添加NMP时发泡剂在CO2中的状态

2.3 煤油的影响

在体系中添加煤油时，发泡剂在CO2中的状态如图5所示。由图5可见：添加介质为煤油时，发泡剂在状态1(液态CO2)和状态2(超临界CO2)中没有气泡产生，但在状态3(气态CO2)中能产生气泡。

图5 添加煤油时发泡剂在CO2中的状态

2.4 水的影响

在体系中添加水时，发泡剂在CO2中的状态如图6～8所示。

图6 添加水(3.58%)时发泡剂在CO2中的状态

图7 添加水(4.15%)时发泡剂在CO2中的状态

图8 添加水(4.72%)时发泡剂在CO2中的状态

由图6可见：加水或加其他极性溶剂，均可以有效发泡，加水的发泡性能是最佳的，在含水仅为3.58%的条件下发泡剂可以有效发泡。状态2(超临界CO2)中有较多气泡，在状态3(气态CO2)中泡沫丰富，泡沫状态与加NMP类似(图6)。在含水小于5%的范围内，另外选取含水量为4.15%和4.72%进行实验，从图7和图8中可看出：在添加水(4.15%)后，状态2(超临界CO2)时有较多泡沫，状态3(气态CO2)时泡沫更多；添加水(4.72%)后，在状态2(超临界CO2)中泡沫日益丰富，状态3(气态CO2)时仍具有大量泡沫。说明该发泡剂在地层中仅存束缚水的低水条件下可以有效发泡，即能够在低水油藏有效应用。

3 结论

1)研制形成的I型气溶性发泡剂可以在超临界CO2和气态CO2中稳定发泡，但在液态CO2中仅有溶胀现象，现场应用时，可采用液态CO2伴注。

2)在无水以及煤油等条件下，体系的发泡性能不佳，但在低水或含有机溶剂条件下，体系的发泡性能优良，因此在现场施工时应该多段塞注入，加注一些有机溶剂等，实现体系在地层中的有效发泡。

3)研制形成的CO2气溶性发泡剂是一种可应用于低水油藏的提高采收率的有效方法。