聚合物强化泡沫驱油.docx

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聚合物强化泡沫驱油

摘要

世界经济发展迅速，因此对于能源的需求也进一步增加，尤其是对石油产量的需求。

一般常规的采油方法比如一次、二次采油，仅能采出油田储量的30％左右，仍然有大部分的原油被留在油田中，所以提高石油采油效率成为了未来重要的研究课题，即三次采油技术。

近年来国外有人提出在泡沫剂溶液中加入聚合物,进一步提高泡沫膜的强度和稳定性,提高泡沫的封堵调剖能力,称之为强化泡沫[1]。

常规泡沫驱油技术在油藏条件下稳定性较差,聚合物强化泡沫体系结合了聚合物、泡沫及表面活性剂的多种优点,起到了复合增效的作用,能够同时提高波及系数与驱油效率。

本文主要对聚合物强化泡沫驱油实验进行研究，由以下几个方面组成。

首先，本文介绍了强化泡沫驱油配方研究。

由强化配2方的筛选，强化配方抗盐性，强化配方抗油性三个方面入手，完成了强化泡沫驱油配方的研究。

其次，本文继续进行强化泡沫驱油体系性能研究。

此部分讨论了聚合物对泡沫体系封堵压差比的影响，残余油状态下聚合物对泡沫稳定性的影响，聚合物对泡沫体系驱油性能的影响。

紧接着，本文又进一步探讨聚合物-泡沫调驱的影响因素，并进行了合理的实验研究。

此章主要对一下四种影响因素加以分析：

气液比对聚合物－泡沫封堵能力的影响，注入速度对聚合物－泡沫封堵效果的影响，聚合物对泡沫调驱能力的影响以及聚合物对泡沫调驱能力的影响。

最后，本文联系实际需要与关注，进行了泡沫驱对环境的影响及改善措施的研究。

第一部分的泡沫驱油体系对环境的影响主要从以下几个方面介绍：

泡沫剂对原油的影响，泡沫剂对产出水的影响，泡沫体系对金属管线的腐蚀，产出气体对天然气组分的影响，泡沫驱油体系对油藏的影响，泡沫剂与油藏的相互作用以及注氮设备对周围环境的影响。

第二部分的改善泡沫驱对环境影响的措施研究中主要涉及到了改善聚合物粘度的措施和注入工艺的改进措施[2]。

关键词：

聚合物；泡沫；驱油实验；研究

Abstract

Theworldeconomyhasdevelopedrapidly,sothedemandforenergyisfurtherincreasing,especiallyforoildemand.Productionmethodofconventionalsuchasprimaryexploitation,secondarydepletion,canonlyproduceoilreservesofabout30%,andstillthereismostofthecrudeoilleftinthefield,sotoimproveoilproductionefficiencyhasbecomeanimportantfutureresearchissue,namelythetertiaryrecovery.Inrecentyears,someforeignersraisethatpolymerisaddedinthefoamagentsolutioncanfurtherimprovethefoamfilmstabilityandstrength,improvethecapabilityoffoampluggingandprofilecontrol,calledenhancedfoam.Oilstabilityunderreservoirconditionispoordisplacingconventionalfoam,andpolymerenhancedfoamsystemcombinestheadvantageofpolymer,foamingandsurfaceactiveagent,thecompoundsynergisticeffect,cansimultaneouslyimprovesweepefficiencyandoildisplacementefficiency.

Thispaperfocusesonthepolymerenhancedfoamfloodingexperimentresearch,composedofthefollowingaspects.Firstly,thispaperintroducestheresearchofoilformulationofenhancedfoamflooding.Byscreeningformula,formulasaltresistance,oilresistanceofformulathree,completedtheresearchofenhancedfoamfloodingformula.Secondly,thispapercontinuestostudyperformanceofenhancedfoamfloodingoilsystem.Thispartdiscussestheeffectofpolymeronthefoamsealingpressureratio,effectofpolymerandresidualoilconditiononthestabilityoffoam,effectofpolymeronpropertiesoffoamflooding.Then,thispaperfurtherstudyonInfluenceFactorsofpolymerfoamflooding,andexperimentsarecarriedouttostudythereasonable.Thischapterfocusesonfourkindsofinfluencingfactorsanalysis:

theinfluenceofgas-liquidratioonthepolymer-foamsealingability,injectionrateofpolymerfoampluggingeffect,effectofpolymerabilityoffoamfloodingandpolymerfloodingofthefoamprofile.Finally,contacttheactualneedandconcern,studytheimpactontheenvironmentoffoamfloodingandimprovingmeasures.Thefirstpartofthefoamfloodingoilsystemonenvironmentmainlyfromthefollowingaspects:

theinfluenceoffoamingagentontheoil,influenceoffoamingagentonthefoamingsystemproducedwater,corrosionofmetalpipe,affectoutputofgasonthecomponentsofnaturalgas,oilsystemofoilreservoirinteractionoffoamflooding,foamagentandreservoiraswellastheinfluenceofnitrogeninjectionequipmenttothesurroundingenvironment.Studyonenvironmentalimpactmeasuresdrivesecondpartimprovebubblemainlyinvolvestheimprovementmeasuresandtheviscosityofpolymerinjectiontechnologyimprovementmeasures.

Keywords:

polymer;foam;displacementexperiment;research

第1章前言

1.1论文研究的目的意义

世界上绝大多数油田进行注水开发，且大多己进入开发的中、后期。

由于储层的非均质性及油水粘度差等不利因素存在，使得这些油田尽管含水率很高，但仍有相当一部分原油残存于地下。

如何提高这类油田的产量及原油采收率，己成为当前重要的研究课题[3]。

世界经济发展迅速，因此对于能源的需求也进一步增加，尤其是对石油产量的需求。

一般常规的采油方法比如一次、二次采油，仅能采出油田储量的30%左右，仍然有大部分的原油被留在油田中，所以提高石油采油效率成为了未来重要的研究课题，即三次采油技术。

三次采油技术是指在二次采油之后通过向油层注入非常规水开采石油的方法。

如何提高已开发油田的采收率一直是倍受瞩目的课题。

除ASP复合驱外,泡沫驱是另一种可同时克服制约原油采收率各种因素的提高采收率技术。

近年来国外有人提出在泡沫剂溶液中加入聚合物,进一步提高泡沫膜的强度和稳定性,提高泡沫的封堵调剖能力,称之为强化泡沫。

常规泡沫驱油技术在油藏条件下稳定性较差,聚合物强化泡沫体系结合了聚合物、泡沫及表面活性剂的多种优点,起到了复合增效的作用,能够同时提高波及系数与驱油效率。

发泡剂是在气体（空气，氮气等）的形成在石油钻井行业的液体分散剂的作用已被广泛应用于石油所有方面。

应用在石油行业为硬塑料泡沫和泡沫的泡沫稳定性。

聚苯乙烯泡沫的稳定性是气体，发泡剂，稳定剂，粘土分散液是比较强的，稳定的泡沫，空气（气体），液体，发泡剂和稳定剂分散液配成。

在20世纪50年代，已经提出用泡沫作为驱油介质来提高采收率。

美国石油公司在1965年进行的一项实验室研究泡沫驱并公布了调查结果。

根据美国圣.兰西实验室的实验中，将泡沫注入储层，不仅会把残余油饱和度降低到13.8%左右，而且还能把泡沫突破前的平均汽油比1790降到880-1010。

自此，大量的实验室和现场实验证明泡沫驱油效果好，特别是在石油分均质储层效果更加明显。

1.2国内外研究现状

泡沫液广泛应用于油田，在国内外超过30年的历史，作为一种新兴的技术，泡沫驱在排水采气、冲砂洗井、钻井、调剖、堵水、酸化、固井及压裂方面发挥了重要作用，在许多方面，也取得了积极成果。

其流体组分在其发展的形式也由单一的（表面活性剂+气）类型发展到（表面活性剂+聚合物+气体，高分子表面活性剂+气，表面活性剂+凝胶+气和表面活性剂+聚合物+气）等形式。

实践表明，大量的泡沫，是保护储层流体，以防止油污染，提高油气产量的重要手段。

1.2.1国内泡沫的发展概况

我们的泡沫驱始于20世纪70年代初。

研究的内容主要集中在泡沫的稳定性，泡沫的抑制和失剂，泡沫驱油机理等问题。

在此基础上三大矿山也进行了探索性试验[4]。

1965年至1971年，在玉门油田老君庙沟和油井进行了9个井组10井次试验，有6次看到不同程度的效果。

1979年8月和在油田领域老君庙进行扩大试点试验，试验是对苯磺酸钠发泡剂，三聚磷酸钠为的整泡剂，气体-液体比2:

3，累计输入起泡剂654吨，泡沫稳定剂172吨。

注入18口生产井后只有6口井的产量有不同程度增加，而其他井未见显著成效。

其原因是，水驱区块程度已经非常高，波及体积较大，这里的主要矛盾不是如何提高波及效率的问题，而泡沫驱油的主要作用是控制流量比，扩大波及体积，提高驱油效果的效率不明显。

同时起泡剂沉淀损失严重，油层内吸附损失更大致使矿场试验失败。

在1973年5月1971年六月克拉玛依新疆油田，胜利油田进行了泡沫驱，是成功的试验现场测试。

随着注入聚合物驱油的量的增加，泡沫驱逐渐被应用到现在，从简单的水泡沫驱气加活性剂，发展到各种添加剂添加强化泡沫驱。

特别是聚合物增强泡沫驱比传统泡沫驱油具有较高的稳定性和粘度，更好地控制动作的流程。

同时，随着聚合物的添加，不仅降低了发泡剂，吸收损失，而且还降低了化学发泡膜，这大大限制了泡沫半衰期延长。

通过良好的发泡剂，泡沫稳定剂或加入适当的浓度在液相中，以增加或改进的最佳浓度的泡沫质量的选择和性能可以改善泡沫的稳定性。

优选的起泡剂的浓度，以确定合适的气体-液体比，或注射以合理的速率，以确定的表观粘度来增加泡沫体。

我的例子表明，泡沫驱可以提高流体的波及效率。

在洗油的纵向驱动流体引起的变化也有一定的能力，使复苏更进一步。

此外，气泡的形成也是在近井地带的剪切稀化效应具有良好的注入能力和井筒流控制可以产生很好的作用，我们可以说，这是一个投资小，见效快的EOR技术有广阔的发展前景发展。

当然，作为一种新技术，有许多因素需要更深入的研究，如发泡剂，泡沫稳定剂，增稠剂，以及性能和相关的驱油，现在应加大投入，从而在矿场中广泛应用，为我国的石油工业做出应有的贡献。

1.2.2国外泡沫的发展概况

已经早在30年前外国就已经提出泡沫驱提高采收率的应用，然而，一些困难阻碍泡沫驱广泛应用于该领域。

主要有三个问题：

（1）泡沫遇到原油，它的性能会减弱甚至消泡，所以要保持泡沫在油藏的稳定性维持很长一段时间是一个关键问题。

（2）泡沫的油藏深处的扩散和推进能力是个大问题，泡沫在多孔介质中的运移是很难模拟和判断的。

（3）气泡剂在油层中的滞留吸附仍然是一个严重的问题。

法国道达尔公司开始在H油田进行注空气采油试验。

先开始试验是13口油井的砂岩油藏，该油藏不与其它油藏相连通，覆盖范围较集中，油藏开采史完整。

注气井选择在上倾方向的H179井。

一口观察井，一口生产井，一口备用井。

从注气井以8.49×104m3/d的速度连续注空气，生产井一年不生产。

3个月后见气，9个月后见氮气50％，开采一年后增产原油31.83×105m3。

开采3年后增产原油63.6×105m3。

试验中未发现任何事故，认为该技术是可行的。

英国巴斯大学研究人员（1995）还在北海油田进行了模拟测试研究高压油藏，得出的结论是空气注入提高采收率可以把油藏水驱后（37％回收率）的最终采收率提高到48％。

TOTAL石油公司在印尼经营，于1995年进行了试点试验区注气试验，实验室和数值模拟研究表明，在经济上是可行的，技术上不是问题。

国外泡沫驱尚处于实验室研究的中试阶段，实验多是加利福尼亚州的稠油开采。

使用范围主要是防止烃类气体，气驱和混相驱油的窜流，目的在于控制气体流量比和分散气体，以提高注入剖面。

使用重油泡沫驱，气重力可以显著防止超复杂（或重力浮动），因此，可以有效地提高原油采收率。

用于生产石油和天然气井的是高发泡加工，生产原油及天然气运移的控制能起到一定作用。

在注入方法中，存在的先在地面形成泡沫然后注入到地层和泡剂和气体交替注入的形成（称作SAG）两种方式。

美国GM.Nishioka，通过测定一个密闭的不断产生泡沫的体系的面积和压力值，寻求减少气泡表面积的速度，找出如果泡沫是一个开放的体系，空间以外的大小影响泡沫喷液速度，从而影响性泡沫的稳定性。

美国FWCain提出了这样的He-Ne激光干涉仪的测量数据泡沫系统，电解质浓度的膜厚度的影响，由不同浓度的泡沫和液体排放两项研究，找到相同的之间的膜厚度的放电曲线该区域中的电解质浓度（KCI：

0.1-10.0m）的膜厚度的浓度高时，泡沫的稳定性较大。

美国ArmandoMonsalve研究气泡直径分布对泡沫稳定性的影响。

发现有很大的关系，当初始气泡的大小和气泡形成的速度分布。

通常情况下，第一气泡分布，排水率和低扩散率，良好的泡沫稳定性。

即使产生气泡的液体是相同的，在相同的实验条件下，实验的类型，发泡体的初始分布将有一些差异，因此大多数泡沫稳定性是差试验的重现性[5]。

美国Powai用用填充式泡沫发生器来生成泡沫，研究发现，该系统是一种表面活性剂的加入​​0.75％（以重量计），羧甲基纤维素钠，月桂醇是0.69毫米，8.5毫米，膜泡的初始放电率的降低，更高的稳定性，并且表面活性剂是长链醇的浓度在电解液中的浓度高，泡沫稳定性降低。

美国AIJimenezCJRadke通过测量不同孔隙率的孔隙压力，流量变化的泡沫稳定性，膜的流动稳定性，发现，根据泡沫在多孔介质中存在最大压力的稳定性。

对于小于一些气泡表面粘度的临界压力，或者如果孔体和孔喉半径超过某一临界值时，气泡并不稳定。

这样的注射压力和地层渗透率泡沫充斥了一些选择性的应用。

自1991年以来，美国新墨西哥州石油研究与发展中心（PRRC）和东南新墨西哥州VacuumSanAndres单位进行了实地试验（EVGSAU）泡沫驱能源绳结。

这个实验的目的是确定气泡驱动的流量作为控制程度或流动转动效应。

经过四年的研究，过程显示，EVGSAU核心等核心碳酸盐岩储层条件适宜泡沫驱的实验室结果的结果。

矿泡沫试验实施例表明，可以形成一个强有力的研磨泡沫。

它使流量减少了三分之一。

当泡沫浓度低至100毫克/升，仍然发挥其应有的作用。

实验结果表明，在8个组的3口井增量油井和天然气井，以减少干扰显着的周期。

Mobil公司的室内泡沫研究开始于1983年，以研究为确定泡沫的效果，从而降低流量，以评估这种方法的经济潜力，本集团已进行了四口井的规模外场测试的泡沫。

先后在1991-1992年在西德克萨斯州和犹他州SamAnder平台碳酸盐岩储层，采用两种不同的泡沫，泡沫喷射两种不同的待遇。

结果表明，产液量已显著减少，石油产量显著增加。

值得庆幸的是四个测试成本仅40美元。

通过岩石陷阱知识库气体的液体薄膜流的泡沫稳定性和还原性气体的如此获得的可用流量的比例被减小，从而使泡沫可以减少到改进的均匀性和吹气体置换的前缘。

1.3本文主要研究内容

本文主要对聚合物强化泡沫驱油实验进行研究，由以下几个方面组成。

首先，本文介绍了强化泡沫驱油配方研究。

由强化配方的筛选，强化配方抗盐性，强化配方抗油性三个方面入手，完成了强化泡沫驱油配方的研究。

其次，本文继续进行强化泡沫驱油体系性能研究。

此部分讨论了聚合物对泡沫体系封堵压差比的影响，残余油状态下聚合物对泡沫稳定性的影响，聚合物对泡沫体系驱油性能的影响[6]。

紧接着，本文又进一步探讨聚合物-泡沫调驱的影响因素，并进行了合理的实验研究。

此章主要对一下四种影响因素加以分析：

气液比对聚合物－泡沫封堵能力的影响，注入速度对聚合物-泡沫封堵效果的影响，聚合物对泡沫调驱能力的影响以及聚合物对泡沫调驱能力的影响。

最后，本文联系实际需要与关注，进行了泡沫驱对环境的影响及改善措施的研究。

第一部分的泡沫驱油体系对环境的影响主要从以下几个方面介绍：

泡沫剂对原油的影响，泡沫剂对产出水的影响，泡沫体系对金属管线的腐蚀，产出气体对天然气组分的影响，泡沫驱油体系对油藏的影响，泡沫剂与油藏的相互作用以及注氮设备对周围环境的影响。

第二部分的改善泡沫驱对环境影响的措施研究中主要涉及到了改善聚合物粘度的措施和注入工艺的改进措施。

第2章强化泡沫驱配方研究

2.1实验部分

2.1.1实验仪器与化学试剂

JA5003N型电子天平，上海精密科学仪器有限公司；JJ-1精密增力电子搅拌器，常州国华电器有限公司；W-O恒温油水浴锅，上海申顺生物科技有限公司。

烯基磺酸钠（AOS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐型（AES）、烷基葡萄糖苷（APG）阴离子聚丙烯酰胺（PHP分子量为1800万、1200万）、NaCl、CaCl2、正十二醇、生物聚合物（XC）、月桂酸二乙醇酰胺，以上药品均为分析纯。

2.1.2实验步骤

实验对泡沫性能的评价方法为WaringBlender法。

在室温条件下（20℃），称取一定质量的各种药品，配成所需的强化泡沫驱配方，混合均匀后用量筒取100ml放入搅拌容器中，使用高速搅拌器搅拌120s，将搅拌取得的泡沫迅速倒大量筒中读取泡沫体积Vf；泡沫的析液半衰期t1/2，即秒表记录从泡沫中析出50ml液体所需要的时间，记录泡沫半衰期T1/2，即泡沫体积减少一半时的时间。

2.2结果与讨论

2.2.1强化配方的筛选

有些表面活性剂的发泡能力较好，但是稳定能力较差，因此需要加入一些水溶性高分子聚合物，提高泡沫的稳定性，以此满足油田的实际应用的应用，本实验添加了不同聚合物进行复合配方的筛选，合成出了ZS系列强化泡沫驱配方，并与目前油田正在使用的两种泡沫驱复合配方成品进行了比较，结果如表2-1所示。

表2-1不同ZS配方的复配效果

配方

ZS-20

750

4.5

23.5

ZS-21

850

2.6

24.6

ZS-22

800

3.5

21.2

成品1

920

1.6

9.1

成品2

850

0.8

5.0

其中ZS-20与ZS-22中稳泡剂为1800万分子量PHP、ZS-21中为月桂酸二乙醇酰胺。

可以从表2-1中可以看出，在室温下，该泡沫体积是有点弱阴离子聚丙烯酰胺，但添加聚丙烯酰胺后，泡沫稳定效果较好，透析液中的半衰期长。

添加泡沫稳定剂的浓度，液体的半衰期较长的分析，但用量应小于0.05％，否则过于粘稠溶液，影响泡沫的体积。

加入月桂酸聚丙烯酰胺的解决方案，更好的泡沫，泡沫的半衰期较长，但半衰期短比液体阴离子型聚丙烯酰胺的分析。

这三种配方有自己的优势，和洪水的市场销售额比一个好配方，因此需要进行实验的下一步，测试到底是什么样的发泡剂，以满足实际应用的要求。

2.2.2强化配方抗盐性

继续对配方进行检测，能够在高盐情况下表现良好，才能符合油田的复杂环境，因此实验将在矿化度含量NaCl＞5000mg/L、CaCl2＞3000mg/L的条件下进行了抗盐性对比后，检测结果如表2-2所示。

表2-2矿化度对泡沫体积起泡能力的影响

配方

ZS-20

750

2.6

19.5

ZS-21

750

2.4

21.3

ZS-22

700

2.2

20.0

成品1

580

1.1

17.7

成品2

550

0.6

2.5

其中ZS-20与ZS-22中稳泡剂为1800万分子量PHP、ZS-21中为月桂酸二乙醇酰胺。

表2-3可以通过反复试验发现，加上原油量加上增强的配方条件下15％，ZS-20气泡体积几乎不受影响，保持在700至750毫升。

保持高发泡能力；透析液半衰期随原油加工量下降，但下降幅度并不大如配方，这主要是由于原油和抑制泡沫的破坏性影响的休息，但在加入PHP后，可加入聚合物泡沫，以增加粘度，增强了泡沫的稳定性。

2.2.3强化配方抗油性

抗盐性的筛选不一定符合油田的应用，因此，还需进行添加原油，然后继续进行配方的检测，检测结果如表2-3所示。

表2-3原油对泡沫体积起泡能力的影响

配方

ZS-20

700

1.8

11.5

ZS-21

680

1.3

10.3

ZS-22

640

0.8

9.5

成品1

500

0.5

10.0

成品2

480

0.3

2.5

其中ZS-20与ZS-22中稳泡剂为1800万分子量PHP、ZS-21中为月桂酸二乙醇酰胺。

通过表2-3可以发现，试验在强化配方中加原油加量15％条件下，ZS-20的起泡体积几乎不受影响，仍然维持在700-750ml之间。

保持了较高的发泡能力；析液半衰期随原油加量增高下降，但下降幅度并没有其余配方那样大，这主要是因为原油对泡沫有抑制和破坏作用，但由于加入PHP之后，聚合物的加入可以提高泡