注氮气泡沫驱相关调研

注氮气泡沫驱相关调研第一章：泡沫的形成及机理泡沫是不溶性气体分散于液体中形成的多孔膜状多相分散体系，是热力学不稳定体系，其以液体为连续相，气体为分散相，是一种密度低、粘滞性较好、有压缩性的非牛顿流体。1起泡机理在气、液体系中加入表面活性剂，其分子在气、液界面上作定向排列，形成液膜，降低界面张力。气体通入该体系时，液体发生膨胀，液膜包围气泡而形成泡沫。当气泡表面上所吸附的表面活性剂分子达到一定程度时，气泡壁就形成一层坚固的薄膜使气泡不易合并，从而有利于泡沫的稳定。因此，利用表面活性剂降低体系的界面张力，是形成泡沫的首要条件。1.2泡沫组成（1）气相构成石油工业的泡沫流体的气相一般为空气、天然气、氮气以及二氧化碳。根据本实验要求，选用氮气作为气相。在油田应用中使用氮气泡沫具有如下优势。1） 氮气是惰性气体，不易与地层流体及岩石发生反应，堵塞地层通道。2） 氮气阻燃抗爆的特性，能够在高温高压的环境下使用，提高工艺的安全性°3） 氮气多通过直接从空气中直接分离获得，较易制取。（2） 液相以泡沫的液相性质可分为水基、醇基、烧基和酸基，驱油泡沫都是水基泡沫。淡水、地层水及盐水都可以用來配制水基泡沫。（3） 起泡剂油田一般釆用阴离子或非离子型表面活性剂作起泡剂，极少使用阳离子表面活性。对于碳酸盐岩油藏，一般具有大量钙离子、镁离子等二价阳离子，使用非离子表面活性剂或阴离子与非离子表面活性剂的复配剂。（4） 稳泡剂为了延长泡沫的寿命，通常在表面活性剂溶液中加入一定量的辅助表面活性剂作稳泡剂。常用的泡沫稳定剂有猪甲基纤维素、部分水解聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、三乙醇胺、月桂醇、生物聚合物XC、十二烷基氧化物等。1.3泡沫流体的基本性质（1） 泡沫质量在一定温度和压力下，泡沫流体中的气体体积与泡沫体积之比，也称为泡沫干度或泡沫特征值，还有人将泡沫质量称为泡沫气液比。（2） 泡沫的粘度及视粘度泡沫的粘度主要是由泡沫的质量和液相性质所决定，泡沫质量越高，起泡越密集，因此，泡沫的视茹度随着泡沫的质量增加而增加，一般质量到达75-80%时，粘度最大，此后随着泡沫质量的增加而有所下降。泡沫的流度用來描述液昧的流变性，泡沫的流度定义为通过单位截面积的且流量（指泡沫）与气、液同时通过岩样所需的压降之比，单位是|Jm"2/（mPa.s）,泡沫的视粘度等于岩样的盐水渗透率与测定的流度之比，单位是厘泊。泡沫的表观粘度与剪切速率有关，既具有剪切变稀的特性，在一定条件下也可能表现出剪切增稠特性。（3） 泡沫的流变性泡沫流体具有复杂的流变特性。一般认为：1） 泡沫的流变模型采用幕律方程时，相关系数较好；2） 泡沫的表观粘度随泡沫质量的增大而增大；3） 泡沫的表观粘度随剪切速率的增大而减少；4） 泡沫的表观粘度不稳定地随着温度的升高而降低；一定泡沫质量的泡沫,在一定的压力，随着温度的升高，其流性指数增大，而稠度系数减少。5） 泡沫的表观粘度随压力的增加而增加。（4） 泡沫的稳定性。泡沫稳定性是抬泡沫生成后的持久性，即泡沫寿命的长短，它是泡沫驱的重要指标。目前，泡沫在容器中的稳定性评价方法公认比较成熟，而在孔隙介质中的稳定性评价方法还在探索中。1） 泡沫的半衰期：从泡沫液中排出-半的液体所需的时间，即泡沫体积衰减半所经历的时间鸟，可以作为衡量泡沫稳定忡的-个重要指标。半衰期的测定方法：是在一定体积的分液漏斗内放满泡沫，称出泡沫重量，然后从分液漏斗放出排液，记录排出液体重量随时间变化，即可得到泡沫破灭半衰期，显然半衰期越长，泡沫稳定性越好。2） 表面活性剂（起泡剂）：可以考虑通过使用不同的表面活性剂配方和不同浓度的表面活性剂來测量所形成泡沫的半衰期，來定性评价表面活性剂对泡沫稳定性的影响。3） 矿化度：基液矿化度同样对泡沫稳定性具有影响。4） 温度和压力：半衰期随温度升高而降低。温度较高时，一方面液膜的水分蒸发加剧，排液速度加快，在高速搅拌下生成的泡沫易破灭；另一方面，温度较高时，活性剂分子亲水基的水化作用下降，疏水基碳链间凝聚力减弱，表面粘度降低，泡沫稳定性下降。泡沫在不同压力下稳定性不同，压力越大，泡沫越稳定。这是因为泡沫质量一定时，压力越大，泡沫半径越小；泡膜的面积越大，液膜变得越薄，排液速度越。稳泡剂：稳泡剂的添加能够增加泡沫的稳定程度，但同样也会影响起泡体积，所以从整体考虑，应优化配方。泡沫综合指数考虑泡沫质量和泡沫半衰期对泡沫性能的综合影响，引人泡沫的综合指数概念。假定曲线方程h=f(t)，则有FCI=S=发泡高度与时间关系图为了计算方便，近似地将梯形ABCD的面积当成S,所以得到3FCI=S=-hmaxti4泡沫性能的评价实验泡沫体系的性能对于泡沫驱油的效果具有重大影响，有必要进行氮气泡沫性能评价实验。泡沫性能的好坏可以通过泡沫综合指数來表征，依据FCI的大小，可以将泡沫分为四个等级,超强015000)＞强(15000—10000)＞中(10000—5000)、弱(＜5000)四个等级。可以考虑通过改变如下参数进行泡沫性能的评价实验：■1••11表面活性剂的种类表面活性剂浓度•••111ivVvi••Vll•••Vlll基液矿化度温度和压力稳泡剂的种类稳泡剂浓度气液比与原油接触通过改变如上参数测量相应泡沫的半衰期和起泡体积，计算泡沫综合指数，定性评价泡沫稳定性，可以对氮气泡沫的配方优化及后续驱油实验提供参数依据。泡沫综合性能研究及实验方法的相关文献包括：王增林等强化泡沫驱油体系性能研究石油大学学报（自然科学版）王力氮气泡沫稳定性评价石油地质与工程杨燕等驱油泡沫稳定剂的性能研究西南石油学报叶仲斌等提高釆收率原理石油工业出版社166-172张艳娟氮气泡沫调驱用泡沫剂性能评价精细石油化工进展金伟氮气泡沫驱体系筛选与评价内蒙古石油化工雷达氮气泡沫剂性能评价及在大庆油田的应用中外能源CNOOC氮气泡沫调驱技术应用网络资源第二章泡沫在EOR中的应用1泡沫的EOR机理:泡沫在油田EOR应用中，主要发挥如下儿种作用：i. 流度控制：ii.调剖封堵：iii. 提高洗油效率iv・增能保压2.1.1流度控制：泡沫流体可以作为水驱或气驱过程中的流度控制剂，可以有效调整驱替流体在储层中的流度差异，改善驱替前缘流度比，削弱粘性指进，扩大水驱或气驱的波及程度，从而提高釆收率。2.1.2调剖封堵：泡沫作为一种选择性的封堵剂，进入地层后首先进入高渗透层和大孔道。依靠稳定的泡沫在其中形成泡沫堵塞，降低驱替流体在高渗透层段的有效渗透率,从而使驱替流体转向到中、低渗透层段。可有效的防止注水过程中的指进、窜流和锥进或注气过程过程中的串槽和指进。泡沫调剖封堵能力的主要指标为阻力因子，阻力因子定位为工作压差与基础压差之间的比值。2.1.3提高洗油效率：主要体现在如下儿个方面：1•使用表面活性剂作为起泡剂，能降低油水界面张力•改变岩石润湿性，也束缚状态的油通过油水乳化、液膜置换等方式成为可流动的油。泡沫流动需要很高的压力梯度。高压力梯度能克服毛管力作用，把小孔隙中束缚状态的原油驱出。泡沫液膜与油膜接触，由于泡沫液膜的高剪切力。使原來附着在岩石表面的油膜受剪切作用而成为可流动的油依靠叠加的气阻效应（贾敏效应）驱洗出小孔道中的原油，提高微观洗油效率。2.1.4增能保压：泡沫中气体（如氮气和二氧化碳或天然气）具有很高的压缩性；注入气体可迅速提高有层压力，并且通过泡沫的体积膨胀，能够驱替出更多的原油，有利于油田长效开发。2.2泡沫调驱的分类及特点2.2.1根据泡沫气体成分的分类:i.氮气泡沫驱氮气泡沫驱以氮气作为产生泡沫的气体介质。注氮气泡沫提高采收率技术具有气源广泛、价廉经济、无腐蚀等优点，而且工艺简单易行，是目前泡沫驱中在矿场应用最多的一种。ii.天然气泡沫驱天然气泡沫驱是以天然气作为气体介质的一种驱油方式。天然气泡沫驱同时具有天然气驱提高采收率及泡沫驱提高采收率机理，达到提高波及系数和洗油效率的目的，不过因为成本及安全问题，矿场应用较少。ii. C02泡沫驱二氧化碳泡沫驱把C02驱和泡沫驱结合起来，两者共同作用提高采收率。在国外，C02驱被认为是发展最快的提高采收率技术，得到了广泛的使用。在国内由于C02气源稀缺等原因，目前在各个油田应用较少。iv.空气泡沫驱空气泡沫驱是一项富有创造性的提高采收率新技术。它将空气驱与泡沫驱结合起来，泡沫用于调剖，空气用于驱油，综合了泡沫驱与空气驱的优点，成本很低，增油效果明显，适用油藏种类、深度、范围较为广泛，尤其适用于高含水、非均质严重、存在裂缝或大孔道的油藏，是目前挖掘油藏剩余储量相对较廉价、最有发展前景的三次釆油方式之一。不过空气泡沫驱过程中同样存在着安全的隐患。2.2.2根据泡沫添加剂的分类a） 强化泡沫驱泡沫体系的不稳定性是制约泡沫驱在矿场应用的根本原因。因此提高泡沫体系的稳定性是改善其驱油效果的关键。强化泡沫驱是相对于单一泡沫驱而言的。强化泡沫体系在单一泡沫体系中加入了一定量的聚合物（部分水解聚丙烯酰胺，黄原胶等）。强化泡沫体系由泡沫剂、聚合物和气体组成，由于加入了聚合物驱，弥补了普通泡沫稳定性差的缺点，并且能降低泡沫剂的吸附损耗。聚合物和表面活性剂结合可以有效地增加泡沫的粘度，减缓泡沫的液体排出速率，从而改善泡沫的性能。b） 泡沫复合驱泡沫复合驱技术是在常规泡沫驱和三元复合驱基础上发展起來的一项三次采油新技术。泡沫复合驱油体系由碱、表面活性剂、聚合物三元复合驱体系和气体组成。其中的表面活性剂（也是发泡剂）及碱可以使驱油体系与被驱替原油形成10"-3mN/m的超低界面张力，气体分散在表面活性剂水溶液内形成泡沫，聚合物既增加体系的粘度，乂起固泡作用，使驱油体系具有更高的表观粘度。因此，泡沫复合驱既能提高驱替效率，乂能降低油水流度比，提高波及效率，提高采收率的幅度较三元复合驱更大。c） 蒸汽泡沫驱注蒸汽是目前国内开釆稠油应用最为普遍的一种方法。然而由于重力超覆和蒸汽窜流作用使注入蒸汽利用率降低。蒸汽泡沫技术利用蒸汽与表面活性剂一起注入形成阻力泡沫，把蒸汽转向旁通的油层，提高稠油采收率。典型的蒸汽泡沫技术是将蒸汽、气体和水溶性表面活性剂的混合物一起注入蒸汽超覆带，改变蒸汽的流向，加速超覆带扩张。大多数的蒸汽泡沫试验证明：诸如压力升高，汽/油比降低，波及效率得到改善，原油产量大幅度提高。d） 氮气泡沫热水驱氮气泡沫热水驱开采稠油是利用氮气驱、泡沫驱和热水驱的优点而提出的一种复合驱油新方法。利用热水驱增加地层能量，降低原油粘度，改善水油流度比；利用泡沫的调剖作用使热水转向渗透率较小、波及程度较高的区域，提高波及体积，同时改善热水和氮气的突破问题；另外，起泡剂本身就是一种表面活性剂，可提高洗油效率；氮气一方面起到维持地层压力的作用，另一方面为产生泡沫提供必要的气体。2.3泡沫注入参数设计泡沫的注入参数主要有如下儿种：气液比•气液比主要反映泡沫质量（泡沫干度），而泡沫质量则对泡沫流体粘度产生影响。气液比低时，泡沫产生缓慢且量少，在岩心中形成的压力低，阻力因子小；气液比较高时，产生的泡沫质量差，稳定性低。通过大量实验经验总结，最佳的气液比一般在1:1-2:1之间。注入量随着泡沫注入量的增大，驱替压差和泡沫驱釆收率均随之增加，不过当达到一定的注入量时，压差和