表面活性劑對co

注：如果存在非均勻油藏，2o2驅流率控制和封鎖，以減少氣調和剛性泵的進入，減少氣調和。CO2水溶液呈酸性且CO2本身具有較好的水溶性和油溶性,所以常用起泡劑形成的CO2泡沫不如氮氣和空氣泡沫穩定。非離子表面活性劑(如烷基酚聚氧乙烯醚)具有不電離、耐電解質、對pH值不敏感、親水基聚氧乙烯基水溶性強、界面活性高和結構柔順等優點。筆者針對壬基酚聚氧乙烯醚系列起泡劑在不同條件下產生的CO2泡沫性能進行研究,分析表面活性劑結構和油藏條件對CO2泡沫性能的影響,為CO2泡沫驅用起泡劑的選用、分子設計和改進提供依據。1試驗材料和方法1.1濁點hlb試驗中所用壬基酚聚氧乙烯醚表面活性劑的結構為其中(聚氧乙烯基)EO聚合度n分別為7、10、15、18和21,其HLB值為12.3~16.5。濁點測試試驗使用質量分數為1.5%的表面活性劑蒸餾水溶液,TX-7的水溶液呈擴散狀。試驗測得所用表面活性劑在蒸餾水中的濁點范圍如表1所示,礦化度(NaCl含量)對表活劑(N-NP-15c)濁點的影響見表2。溶液中電解質含量增加,表活劑的濁點溫度降低,將對起泡劑的抗溫性能產生影響。1.2測試方法1.2.1起泡性能測試高溫高壓條件下CO2泡沫性能測試裝置如圖1所示。該試驗裝置主要由高壓可視化泡沫儀、控制箱(溫度控制和攪拌控制)、起泡劑注入系統、氣體注入系統和清洗系統組成。裝置的核心是高壓可視化泡沫儀(內徑60mm,高度427mm,有效容積1200mL的圓柱形容器),工作壓力20MPa,溫度150℃。泡沫儀內裝有一個高壓電磁耦合攪拌器。容器前后端各有3個高壓可視化窗口用于觀察產生泡沫的狀態。試驗步驟如下:(3)加熱至試驗溫度后,充入CO2至預定壓力;(4)高速(1000r/min)攪拌2min,記錄初始泡沫高度,測試泡沫半衰期;(5)在不同溫度和壓力下重復試驗。評價起泡劑所產生泡沫性能的指標包括起泡體積(起泡劑的發泡能力)和半衰期(起泡劑所產生泡沫的穩定性),為了綜合評價起泡劑所產生泡沫的性能,定義泡沫綜合性能指數為式中,Fz為泡沫綜合性能指數,mL·min;V為起泡體積,mL;t為泡沫破滅半衰期,min。1.2.2試驗步驟及方法高溫高壓條件下CO2泡沫封堵能力和流度測試裝置如圖2所示。該試驗裝置主要由填砂管(或巖心)模型、流體注入系統、恒溫系統、回壓系統和溫度壓力測試系統組成。試驗步驟如下:(1)利用不同粒度的石英砂填制填砂管;(2)抽真空飽和鹽水,測量吸入水體積,計算孔隙度;(5)交替/混合注入起泡劑溶液和CO2段塞進行驅替,測量填砂管前后端壓力。評價CO2泡沫的封堵能力和流度的指標主要采用計算的阻力因子Z,其定義式為式中,Δpfoam為注泡沫過程中填砂管前后端壓差,MPa;Δpwater為注水過程中填砂管前后端壓差,MPa。研究不同因素對表面活性劑產生CO2泡沫性能的影響,設計試驗方案如表3所示。2試驗結果的討論2.1eo聚合度對表面活性劑親水性的影響對表1所列的5種起泡劑分別進行CO2泡沫性能測試,試驗結果如圖3所示。結果表明,隨著EO聚合度的增大,CO2泡沫的起泡體積和半衰期均有增大的趨勢,泡沫綜合性能指數則明顯增大。這是由于EO基團是親水性基團,隨著EO聚合度的增大,表面活性劑親水性增強。同時,EO聚合度的增大使表面活性劑分子在界面上吸附時的獨占面積增大,分子的表面覆蓋度增大,臨界膠束濃度時的表面張力降低。由于泡沫屬于熱力學不穩定體系,表面張力降低使泡沫體系具有更低的表面能,有利于泡沫穩定。當表面活性劑分子中疏水基團相同時,隨著EO聚合度的增大,分子中的EO基團與周圍水分子形成水化層的體積增大,泡沫之間液膜的水化層斥力增強,液膜的排液速率降低,延緩了泡沫液膜的破裂過程。同時,EO聚合度的增大增強了表面活性劑分子間的作用力,使液膜表面分子排布更加緊密,液膜強度增大,泡沫的穩定性能提高。2.2可產生泡沫的起泡體積降低對起泡劑N-NP-15c進行不同礦化度條件下的CO2泡沫性能測試,試驗結果如圖4所示。隨著礦化度的提高,所產生泡沫的起泡體積降低,這是由于金屬離子(Na+)難以與EO基團形成絡合物,卻能與非離子表面活性劑的極性基爭奪水分子,使濁點和表面活性劑在水溶液中的溶解度降低,導致所產生泡沫的體積降低;非離子表面活性劑在水溶液中不電離,所以礦化度對所產生泡沫的半衰期影響不大,泡沫綜合性能指數的變化趨勢主要受起泡體積的影響。2.3烷基酚聚氧乙烯醚類表面活性劑對起泡劑N-NP-15c進行不同壓力條件下的CO2泡沫性能測試,試驗結果如圖5所示。隨壓力增大,所產生CO2泡沫的起泡體積變化不大或在高壓下略有上升,但半衰期明顯降低。這是由于對烷基酚聚氧乙烯醚類表面活性劑而言,壓力升高,CO2密度增大,吸附在CO2/水界面上的表面活性劑的疏水基團與CO2的相互作用增強(即親和力增大),在水相不變的情況下,表面活性劑分子從水相中逃逸的趨勢變大,破壞了原有表面活性劑親水/親CO2的平衡,使表面活性劑分子在界面膜上的分布變得疏松,降低了膜的強度,導致泡沫穩定性降低。在這種情況下泡沫綜合性能指數和泡沫穩定性主要受半衰期影響。2.4起泡體積和周期對5種起泡劑在不同溫度下的CO2泡沫性能進行測試,結果如圖6所示。由圖6可以看出:在試驗溫度40~70℃,隨著溫度的升高,起泡劑產生泡沫的起泡體積和半衰期均降低。這是由于隨著溫度的升高,包圍氣體的泡沫液膜蒸發加劇,加速了液膜破裂過程;溫度升高還會使液膜表面黏度和表面彈性降低,液膜的強度下降,排液速率加快,最終導致所產生CO2泡沫的性能下降。溫度是影響試驗所用表面活性劑泡沫穩定性的主要因素,但隨著EO聚合度增加,表面活性劑的抗溫性能增強,因而增加此類表面活性劑的親水基團的親水能力可以提高表面活性劑的抗溫性能,如引入磺化基團或多羥基基團等。2.5確保了填料體系中的阻力因子選取N-NP-15c和N-NP-21c兩種起泡劑進行不同溫度下的CO2泡沫填砂管驅替試驗,研究泡沫的封堵能力和流度控制能力,并與泡沫儀的試驗結果進行相關性對比。試驗條件為:填砂管長60cm,內徑2.5cm,回壓15MPa,鹽水礦化度100g/L(其中Na+和Cl-為98g/L,Ca2+為2g/L),起泡劑質量分數1.5%,填砂管孔隙度為28%~35%,滲透率(191~223)×10-3μm2,注入方式為0.15VP起泡劑溶液段塞與CO2段塞交替注入,共注入8個段塞,流體注入速度為0.4mL/min。試驗獲得的阻力因子隨流體注入孔隙體積倍數的變化關系如圖7所示。隨著起泡劑溶液段塞與CO2段塞的交替注入,阻力因子不斷升高,這是由于起泡劑溶液與CO2在孔隙介質中形成了泡沫,泡沫所產生的賈敏效應增大了流體通過孔喉的阻力,增大了驅替壓差。同時可以看出:由于起泡劑N-NP-21c比N-NP-15c所產生泡沫性能更好,在相同溫度條件下起泡劑N-NP-21c驅替時所產生的阻力因子要大于N-NP-15c驅替時所產生的阻力因子,高溫條件下泡沫性能較差,70℃兩種起泡劑所產生的阻力因子(最大為4)均遠小于40℃條件下所產生的阻力因子(最大為60)。驅替試驗結果表明,CO2泡沫封堵能力測試的起泡劑所產生阻力因子數據與高溫高壓條件下泡沫性能測試結果具有較好的一致性,其中泡沫的半衰期(穩定性評價指標)與驅替試驗測試的阻力因子(封堵和流度控制能力評價指標)的相關性更強。3抗溫、劑固沙(1)高壓條件下,對于壬基酚聚氧乙烯醚系列非離子表面活性劑,隨著表面活性劑分子結構中EO聚合度的增大,所產生的CO2泡沫起泡體積、半衰期和泡沫綜合性能指數均增大。(2)隨著礦化度提高,CO2泡沫的起泡體積降低,但泡沫穩定性受礦化度影響較小,即泡沫的半衰期變化不大。隨著壓力增大,液膜強度降低,泡沫穩定性下降。(3)溫度升高,泡沫液膜蒸發加劇,液膜黏度和彈性下降,液膜強度下降,CO2泡沫半衰期或穩定性下降。隨著EO聚合度增加,表面活性劑的抗溫性能增強,因而增加非離子表面活性劑的親水基團的親水能力可以提高表面活性劑的抗溫性能。在設計CO2泡沫起泡劑時選用親水性更強的基團可提高CO2泡沫性能。(4)相同溫度條件下