生物多糖类强化泡沫体系稳定机理及驱油特性研究

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国内大部分油田已进入开采的中后期,同时面临着高温高盐及强非均质性等问题,给后续提高原油采收率带来严峻的考验。化学驱(如聚合物驱)作为一种驱油能力多样化的三次采油技术,在油田开发中已经实现工业化,并能较好的调整储层非均质性、提高原油采收率。然而受到其开发程度及技术瓶颈的制约,聚合物驱后的高含油油藏或者条件苛刻的油藏,仍需采用调控及驱油能力更加强的驱油体系。本文从提高原油采收率角度出发,提出适用于高温高盐油藏的环保型生物多糖类强化泡沫体系,并系统深入地研究强化泡沫稳定机理、渗流规律及驱油特性,以期为高温高盐油藏进一步提高原油采收率提供重要的理论依据。本文针对聚合物强化泡沫驱开展相关工作:首先,采用绿色生物类表面活性剂作为起泡剂,探索高温高盐条件下泡沫稳定机理。实验结果表明:APG泡沫体系中,当碳链适中时(n=8.5、10、10.9),其泡沫性质较好,这与APG体系的表面吸附能力以及其高频表面扩张模量相关。APG泡沫粗化过程中,气泡膨胀速率及均匀度分别决定了泡沫半衰期。氢键作用有利于APG泡沫稳定性。高温下,APG表面吸附行为增加、而表面扩张粘弹性降低且粘性突出,还加速了气泡粗化以及液膜间扩散过程,导致其起泡能力增加、稳定性降低。高盐下APG泡沫的盐增效性主要是由于APG表面吸附行为增加以及吸附层显弹性,且高盐促使形成均匀的气泡以及高强度的液膜,从而降低气泡间的粗化行为。然后,采用不同聚合物深入研究聚合物稳泡机理,并构建既耐盐又抗油的生物类强化泡沫体系。实验结果表明:聚合物XG、HAWP和KY表现出了较好的稳泡效果,这是归因于:聚合物的假塑性及增稠能力,同时能赋予泡沫体系高体相粘弹性,并可在气液界面上形成高弹性膜,从而大幅度提高泡沫稳定性,其粗化速率和有效扩散系数均比普通泡沫的低一个数量级左右。相对于HAWP和KY,生物类聚合物XG表现出的更强的液相粘性及表面扩张弹性,且能构建强度更高的液膜结构,促使其具有最佳的稳泡性。不同影响因素的实验研究表明:高温下液相粘度降低、泡沫的粗化行为提高,是泡沫稳定性降低的主要原因;高盐环境中泡沫体系的液相性质和吸附性质改善,使其粗化行为降低,泡沫的稳定性大幅度提高;由于稳定的乳状液、较好的增稠性以及良好的假乳液膜界面性质,促使强化泡沫在含油条件下具有较强的稳定性;强化泡沫体系在高温/高盐油藏条件下具有较好的长期稳定性,能够耐温100℃、抗盐21.2×104mg/L。最后,通过采用微流控模型、人造岩心以及可视化模型,研究了强化泡沫的生成机理和渗流规律、以及驱油特性。微流控模型实验结果表明:降低泡沫质量、增加注入速度或降低喉道尺度,均有利于气泡的生成;在气泡生成过程中,强化泡沫体系呈现出较高的毛管数、较低的雷诺数;挤压夹断效应有助于气泡的生成;高泡沫质量下随着传播距离增加泡沫生成情况变好。岩心驱替实验结果表明:在多孔介质中强化泡沫强度远大于聚合物溶液或普通泡沫;在低泡沫质量、高注入速度及含油条件下,强化泡沫具有较高的泡沫表观粘度。驱油特性实验研究表明:在平板模型中强化泡沫体系可以生成尺度小、数量多的气泡群,从而形成均匀的驱替前缘,提高的驱油效率为45%以上;强化泡沫在较高的渗透率(>100mD)中能够波及不同尺度大小的孔隙空间,实现“活塞式”的驱替;在非均质模型中,随着渗透率级差的增加,泡沫驱的注入压差提高、分流率先增加而降低,强化泡沫兼具泡沫和聚合物的优势,具有良好的非均质调驱作用。
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