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SiO2∕SDS复合体系CO2泡沫的调驱性能.pdf

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    关 键  词:
    SiO2 SDS 复合 体系 CO2 泡沫 性能
    资源描述:
    东北石油 大学学报 J O u R N A LO FN O R T H E A S TP E T R O L E U MU N I V E R S I T Y 第4 0 卷第4 期2 0 1 6 年8 月 V 0 1 4 0 N o 4 A u g 2 0 1 6 S i 0 2 S D S 复合体系C 0 2 泡沫的调驱性能 王鹏1 ,李兆敏2 ,徐海霞1 ,李杨3 ,洪英霖4 ,何 强4 ( 1 中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院,新疆库尔勒8 4 1 0 0 0 ;2 中国石油大学( 华东) 石油工程学院,山 东青岛2 6 6 5 8 0 ; 3 中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒8 4 1 0 0 0 ;4 中国石油塔里木油田 分公司塔中油气开发部,新疆库尔勒8 4 1 0 0 0 ) 摘要:为探索S i 0 2 S D S 复合体系C O z 泡沫在调驱方面的应用潜力,通过物理模拟实验研究该泡沫体系的封堵及 分流性能,并对S i O z 纳米颗粒在岩心中的滞留情况进行评价。结果表明:随着S i 0 2 纳米颗粒质量分数升高,泡沫体系封 堵性能增强,当颗粒的质量分数达到1 0 时其封堵性能增幅减缓;随着温度升高,其封堵性能下降;随着压力升高,其封 堵性能增强,当压力达到8M P a 时其封堵性能趋于稳定;并且泡沫体系的分流性能也随着S i 0 2 纳米颗粒质量分数的升 高而增强,当颗粒质量分数升高至1 5 时能够实现流度反转;当颗粒质量分数低于1 5 时,在多孔介质中的滞留量较 少,对于多 L 介质的影响较小,而当颗粒质量分数高于2 0 时,对多孔介质产生较大的伤害。 关键词:纳米颗粒;S i O z S D S 体系;C 0 2 泡沫;调驱性能;颗粒滞留 中图分类号:T E 3 5 7文献标识码:A文章编号:2 0 9 5 4 1 0 7 ( 2 0 1 6 ) 0 4 0 0 8 8 0 8 0 引言 泡沫流体在油气钻采工程中有广阔的应用前景 1 1 ,而c o 。泡沫的应用有利于减少温室气体排放, 有较高社会经济效益。由于c o 。分子结构存在特殊性,c o :泡沫的稳定性较差,在一定程度上限制其应 用范围 3 - 6 ,因此,提高c o :泡沫的稳定性具有重要意义。二氧化硅、锂皂石、碳酸钙等无机纳米颗粒能 够作为独立的起泡剂产生泡沫 7 _ 9 ,为寻找提高C O 。泡沫稳定性方法提供新思路。由于无机纳米颗粒比 普通表面活性剂具有更好的耐温、耐盐性能,且尺寸较小,不易堵塞多孔介质 1 0 - 1 1 ,因此在油气田开发中 有较好的应用潜力。Y uJ 等 1 2 1 3 根据实验讨论气液比、注入速度,以及渗透率等因素对仅由S i O :纳米 颗粒稳定的C O z 泡沫封堵性能的影响,并评价该泡沫体系的驱油性能,相比气液混注,添加S i O :纳米颗 粒后能够在一定程度上提高体系的封堵及驱油性能。截至目前,纳米颗粒体系泡沫在提高采收率方面的 应用仅在实验方面获得进展,尚无现场应用的报道。 近年来,经过表面改性后的纳米颗粒可与表面活性剂产生协同作用,从而对泡沫起到更好的稳定作 用 1 4 _ 16 | 。有关纳米颗粒与表面活性剂复配体系泡沫的研究,多集中在与稳泡机理及静态评价相关的基础 性理论及实验研究,对于它在驱油、封堵中的应用类研究较少。李兆敏等 1 7 1 根据静态评价实验,研究S i O 。 纳米颗粒与S D S ( 十二烷基硫酸钠) 对C 0 。泡沫的协同作用规律及机理,S D S 与H 1 8 型S i O 。纳米颗粒在 合适的质量分数配比下,能够显著提高C O :泡沫的稳定性。为进一步探索该C O 。泡沫体系在调驱方面的 应用潜力,在李兆敏等优选出的配方体系 1 7 3 基础上,根据物理模拟实验,研究该体系的调驱性能及其影响 因素和纳米颗粒在岩心中的滞留情况。 1实验 1 1 药品 十二烷基硫酸钠( S D S ,分析纯,美国S i g m a 公司生产) ;H 1 8 型改性S i O 。纳米颗粒( 纯度大于9 9 8 , 平均粒径为2 0n m ,德国W a c k e r 公司生产) ;C O :( 纯度大于9 9 ) ;蒸馏水;石英砂( 1 0 2 0 目、4 0 6 0 目、 收稿日期:2 0 1 6 一0 2 1 9 ;编辑:关开澄 基金项目:国家自然科学基金项目( 5 1 2 7 4 2 2 8 ;5 1 3 0 4 2 2 9 ;u 1 2 6 2 1 0 2 ) ;山东省自然科学基金项目( 2 0 1 2 z R E 2 8 0 1 4 ) ;高等学校博士学科 点专项科研基金项目( 2 0 1 2 0 1 3 3 1 1 0 0 0 8 ) 作者简介:王鹏( 1 9 9 0 一) ,男,助理工程师,主要从事提高采收率技术方面的研究。 8 8 万方数据 第4 期王鹏等:S i 0 2 S D S 复合体系C 0 2 泡沫的调驱性能 8 0 1 0 0 目) 。 1 2 设备 填砂管模型( + 2 5m m 3 0 0m m ) ,耐压中间容器,泡沫发生器,回压阀,恒温箱,双柱塞微量泵,高精度 天平,气体质量流量计,超声波分散仪,真空泵。 1 3 方法 1 3 1 单岩心泡沫封堵性能 实验步骤:( 1 ) 利用不同目数的石英砂填制渗透率为20 0 0 1 0 “m 2 的填砂管模型,初步测定气测 渗透率,称取岩心管质量M o ;( 2 ) 利用真空泵对填砂管抽真空3h ,饱和水后称取岩心管质量M 。,则孔隙体 积V 一( M 。一M o ) p 。( p 。为水的密度) ;( 3 ) 测定水测渗透率,测定渗透率为( 18 0 0 22 0 0 ) 1 0 - 3t L m 2 时, 可进行下一步实验,否则,调整石英砂目数重新填制;( 4 ) 使用超声波分散仪等设备,参考李兆敏等的实验 方法 17 | ,根据实验方案配制一定质量分数的起泡剂溶液( 下同) ;( 5 ) 按照图1 所示流程图连接实验装置, 并根据实验方案设定恒温箱温度,恒温4h ;( 6 ) 根据实验方案设定回压,水驱速度设定为1m L m i n ;泡沫 驱采用起泡剂与C O :混注方式,起泡剂及C O :注入速度设定为0 5m L m i n ( 设定气液比为1 :1 ) ,两者经 过泡沫发生器形成泡沫后进人岩心;( 7 ) 记录注人端压力变化。 气 体 质 量 流 量 计 图1 单岩心泡沫封堵性能实验流程 F i g 1T h ef l o wc h a r to fs i n g l ec o r ed i s p l a c e m e n te x p e r i m e n t 1 3 2 双岩心泡沫分流性能 实验步骤:( 1 ) 利用不同目数的石英砂填制渗透率分别为20 0 0 1 0肚m 2 的高渗岩心和2 5 0 1 0 “m 2 的低渗填砂管模型,初步测定气测渗透率,称取岩心管质量;( 2 ) 利用真空泵对填砂管抽真空3h , 饱和水后称取岩心管质量,计算孔隙体积;( 3 ) 测定水测渗透率,测定高渗岩心渗透率为( 18 0 0 22 0 0 ) 1 0 _ 。“m 2 、低渗岩心渗透率为( 2 0 0 3 0 0 ) 1 0 - 3p m 2 ,且级差为7 5 8 5 时,可进行下一步实验,否则,调 整石英砂目数重新填制;( 4 ) 根据实验方案配制一定质量分数的起泡剂溶液;( 5 ) 按照并联岩心驱替实验流 程连接实验装置,并根据实验方案设定恒温箱温度为4 0 ,恒温4h ,见图2 ;( 6 ) 设定回压为2M P a ,水驱 速度设定为5m L m i n ,泡沫驱时起泡剂及C O :注入速度设定为2 5m L m i n ,即设定气液比为1 :1 ;( 7 ) 气 体 质 量 流 量 计 图2并联岩心驱替实验装置流程 F i g 2T h ef l o wc h a r to fp a r a l l e lc o r e sd i s p l a c e m e n te x p e r i m e n t 万方数据 东北石油大学学报第4 0 卷2 0 1 6 年 记录高渗岩心及低渗岩心出口端的产液量。 1 3 3S i O 。纳米颗粒在岩心中的滞留 实验步骤:( 1 ) 根据实验方案配制不同质量分数的起泡剂溶液,根据1 3 1 中实验步骤进行单岩心泡 沫封堵性能实验,实验温度设定为4 0 ,实验回压设定为2M P a ,后续水驱注入孔隙体积倍数为6 5P V , 注入体积在实验过程中收集出1 :3 端产出液,并对产出液进行烘干后称量产出颗粒的质量;( 2 ) 驱替实验结 束后重新测定渗透率。 2 结果与分析 2 1 封堵性能 根据李兆敏等口7 3 的研究结果,文中采用的S i O 。S D S 复配体系中S D S 与H 1 8 型S i O :纳米颗粒的质 量分数配比为0 1 7 ,以获得最佳协同稳泡效果。为研究颗粒质量分数、温度及压力对该C O z 泡沫体系封 堵性能的影响,分别进行多组实验,各组实验参数见表1 。 表1 单岩心实验参数 2 1 1 S i O :纳米颗粒质量分数 通过实验C 1 一C 5 可获得泡沫的封堵性能随S i O 。 纳米颗粒质量分数的变化关系,见图3 。由图3 可知: 仅由S D S 稳定的C O :泡沫封堵性能较差,阻力因子仅 为8 7 ,残余阻力因子为2 2 ( 文中残余阻力因子为后续丑 水驱0 5P V 后的阻力因子) ;当S i O 。纳米颗粒质量幽 分数为0 5 0 时阻力因子可达2 4 8 ,是单一S D S 稳定 的C O :泡沫的3 倍,说明S i O 。纳米颗粒的加人能够 明显提高C O :泡沫的封堵性能。随着S i O :纳米颗粒 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 6 8 m 5 5 5 5 5 0 0 O 5 0 0 O O O O O O 2 2 2 2 2 4 6 8 2 4 6 O o 4 4 4 4 4 9 7 5 4 O O O 0 5 5 5 5 5 5 5 5 5 O 1 2 3 5 5 5 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 O O O O O O O O O O O O O O O O O 5 O 5 O 5 5 5 5 5 5 5 5 5 0 0 O 0 O 1 1 2 ;i O 4 6 2 7 7 1 8 7 4 8 7 5 9 8 8 7 8 6 4 8 8 0 5 3 1 3 0 4 9 8 4 1 8 O 1 O 9 9 O 1 1 O 1 1 9 8 9 O 1 O 2 2 2 l 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 8 5 1 2 3 5 6 8 6 8 5 9 4 8 7 9 7 5 1 8 6 0 5 8 7 8 6 6 9 5 9 8 6 7 6 O 7 5 1 6 9 7 8 7 8 5 6 8 6 9 5 3 4 3 3 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 ;口n n n n n 耶w n n m 船N K 万方数据 第4 期王鹏等:S i 0 2 S D S 复合体系C O z 泡沫的调驱性能 2 1 2 温度 普通表面活性剂耐温性较差,因此在一些高温油藏应用过程中影响C O 。泡沫作用的发挥。由于S i O z 纳米颗粒具有固体特性,因此耐温性较好。为研究S i O 。纳米颗粒的加入对C O 。泡沫耐温性能影响,进行 T 1 一T 8 实验,结果见图4 和图5 。 0 8 = j 1 | I 幽 妞 鬻0 4 续水驱 2 5 4 0 6 0 8 0 舌续水驷 2 5 4 0 6 0 8 0 Ul! _+)0 二 j 注入孔隙体积倍数注入孔隙体积倍数 ( a ) 单- - S D S( b ) S D S S i O : 图4 单一S D S 与S D S S i O z 泡沫驱替压差随注入孔隙体积倍数
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