（油气田开发工程专业论文）泡沫冻胶调驱体系的制备与性能评价.pdf

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卅数量级范围内；采用 物理模拟装置研究了泡沫冻胶调驱体系的调驱性能，结果表明，泡沫冻胶体系相比单纯 的泡沫体系或单纯的冻胶体系，有更好的封堵能力和提高采收率能力，封堵率要比泡沫 体系高2 5 1 2 ，比冻胶体系高4 0 8 ；采收率增值情况要比泡沫体系高2 0 5 0 ，比冻 胶体系高1 3 5 0 。 关键词：泡沫冻胶，调驱体系，性能评价，提高采收率 p r e p a r a t i o na n dp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no ff o a mg e l r e ns h u l i a n g ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f d a ic a i l i a b s t r a c t t h i sp a p e rp o i n t e do u tt h ej e lh a st r a i t so fl o wu s e dc o n s i s t e n c y , l o w c o s t ，p o s i t i v ee f f e c t a n dt h ef o a mh a st r a i to fs u p e r p o s e dj a m i na c t i o n ，r e s e a r c h e dt h es y s t e mo ff o a mj e l t h e s y s t e mo ff o a mj e lh a sa d v a n t a g e so ff o a ma n dje l ，s ot h et e c h n o l o g yc o u n l db ew i d e l yu s e d i n p r o f i l i n ga n df l o o d i n gs y s t e m an e wp a r a m e t e ro ff o a mc o m p r e h e n s i v ev a l u ew a s e m p l o y e dt oe v a l u a t ef o a m e r s ，w h i c hd e n o t e dt h ec o m p r e h e n s i v ec h a r a c t e r i s t i co ff o a m e r s f o a m i n ga b i l i t ya n ds t a b i l i t yt oo p t i m i s et h ef o a ma g e n t t h r o u g hl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t ， s e v e r a lf o a ma g e n tu s e di no i lf i e l dw e r ee v a l u a t e dt h r o u g he x p e r i m e n t t h er e s u l t so ff i l e d t e s ti n d i c a t e dt h a tt h ep e r f o r m a n c eo ff o a m e ri st h eb e s tw h e ns d sa n dn i n o lw e r em i x e da t e t c m i x i n gr a t i o a f f e c t i n g f a c t o r so f f o a m i n ga b i l i t y a n d s t a b i l i t y s u c ha s c o n s i s t e n c e ，t e m p e r a t u r e ，d e g r e eo fm i n e r a l i z a t i o n ，p hi sa n a l y s e d t h r e ec r o s sl i n k i n gs y s t e m sw e r ee v a l u a t e da n do p t i m i s e da c c o r d i n gt oj e lt i m ea n d e n d u r a n c et h r o u g hl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t b e c a u s eo ft h ei n c l u s i v eo ft h e j e lt i m ea n d e n d u r a n c eo f p h e n o l i cj e l ，s oi tc a nb eu s e do ff o a m i n gs t a b i l i z e ri nt h es y s t e m s i n c et h e o r g a n o c h r o m i u mj e lc a np r o d u c ea ni n c r e a s ei nv i s c o s i t yr a p i d l yw i t ht h ef o a mj e ls y s t e m ，s o i tc a nb eu s e do ft h i c k e n i n ga g e n ti nt h es y s t e m b a s e do nt h er e s e a c ha b o v e ，t h a tf u r t h e r s t u d i e sw e r er e s e a c h e dw i t ht h er e l a t i o n s h i po f t h eje la n df o a ms y s t e m t h er e s u l t so ff i l e dt e s ti n d i c a t e dt h a tt h ef o a ma g e n th a sa c t i o no f p r o l o n g i n gt h ej e lt i m eb u th a sal i t t l ea c t i o no ft h ej e le n d u r a n c e t h ey g l 0 3c r o s sl i n k i n g a g e n th a sal i t t l ea c t i o no ft h ef o a m e r ss t a b i l i t ya n dt h ey g 10 7c r o s sl i n k i n ga g e n tc a n p r o l o n gt h eh a l ft i m eo ff o a m t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ei n g r e d i e n tc o n c e n t r a t i o no ft h e s y s t e ma n dt h eb o u n d a r yt e n s i o nw e r er e s e a c h e d t h er e s u l t so ff i l e dt e s ti n d i c a t e dt h a tt h e f o a mj e l s y s t e mc a nd e c l i n et h eb o u n d a r yt e n s i o nv i s i b l l y t h ep r o f i l i n ga n df l o o d i n g c a p a b i l i t yo ft h ef o a mj e lw e r er e s e a r c h e db yp h y s i c a lm o d e l s t h er e s u l t so ff i l e dt e s t i n d i c a t e dt h a tt h ef o a mj e l s y s t e mh a sb e t t e rc a p a b i l i t y so fs e a l i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n d e n h a n c e do i lr e c o v e r y st h a ns i m p l ef o a ms y s t e mo rs i m p l ej e ls y s t e m t h es h u to f fc a p a c i t yo f f o a mj e ls y s t e mi s2 5 12 h i g h e rt h a nt h ef o a ms y s t e ma n d4 0 8t h a nt h ej e ls y s t e m t h e e n h a n c e do i lr e c o v e r yi s2 0 4 0 9 h i g h e rt h a nt h ef o a ms y s t e ma n d13 5 0 4 t h a nt h ej e l n e n h a n c e do i l 第一章前言1 1 1 研究目的及意义l 1 2 国内外研究现状1 1 2 1 泡沫的研究现状1 1 2 2 冻胶的研究现状5 1 2 3 泡沫冻胶的研究现状7 1 3 本文所完成的主要工作9 第二章试验材料与试验方法1 0 2 1 试验试剂与试验仪器10 2 2 试验方法1o 2 2 1 成冻时间的确定1 0 3 2 2 冻胶强度的测定1 l 3 2 3 泡沫性能的测定。1 1 3 2 4 界面张力的测定1 3 3 2 5 封堵能力测定方法1 5 3 2 6 采收率增值测定方法1 6 第三章冻胶体系的优选和性能测定1 8 3 1y g l 0 3 冻胶1 8 3 2y g l 0 1 冻胶2 2 3 3y g l 0 7 冻胶2 3 3 4 本章小结2 7 第四章泡沫体系的优选和性能测定2 8 4 1 起泡剂的优选与复配2 8 4 2 起泡性能的影响因素3 2 4 2 1 起泡剂浓度的影响3 3 4 2 2 矿化度的影响。3 4 4 2 3 温度的影响3 6 4 2 4p h 值的影响3 7 4 2 5 油的影响3 8 4 3 泡沫体系的性能研究3 9 4 4 本章小结4 1 第五章泡沫冻胶体系的性能研究4 2 5 1 泡沫冻胶体系泡沫的性能评价4 2 5 1 1 搅拌时间对泡沫性能的影响4 2 5 1 2 交联剂浓度和起泡剂浓度的影响4 2 5 1 3 冻胶成冻过程的影响4 5 5 2 复配交联体系浓度的选择4 6 5 2 1y g l 0 7 浓度对泡沫性能的影响4 6 5 2 2y g10 7 浓度的选择。4 7 5 2 3 起泡剂浓度的选择一4 8 5 2 4y g l0 0 和y g1 0 3 浓度的选择5 0 5 3 泡沫冻胶体系冻胶的性能评价5 0 5 4 泡沫体系和冻胶体系的相互影响5 5 5 4 1 起泡剂对冻胶体系性能的影响5 5 5 4 2 交联剂对泡沫体系性能的影响5 6 5 5 本章小结5 7 第六章泡沫弱冻胶调驱体系性能评价5 8 6 1 调驱体系组分对界面张力的影响5 8 6 1 1y g 0 0 浓度对界面张力的影响5 8 6 1 2s n 浓度对界面张力的影响5 9 6 1 3y g l 0 3 浓度对界面张力的影响6 0 6 1 4y g l 0 7 浓度对界面张力的影响6 1 6 2 泡沫冻胶冻胶泡沫调驱体系封堵性能对比6 2 6 3 泡沫冻胶冻胶泡沫调驱体系调驱性能对比6 3 6 3 1 常规泡沫提高采收率增值的测定6 3 6 3 2 弱冻胶调驱剂配方提高采收率增值的测定6 5 6 3 3 泡沫冻胶调- q g n t i 己方提高采收率增值的测定6 6 6 3 4 调驱效果对比6 8 6 4 本章小结6 8 结 仑7 0 参考文献。7 1 v 致j 射7 5 攻读硕士学位期间取得的研究成果7 6 胜利、辽河等油田经过长久的开采，已经进入开发的高含水期，传统的一次采油和二次 采油的方法采收率比较低，地层中大量的剩余油不能采出，已经不能满足油田采油的要 求，因此，选取合理有效的三次采油方法l l 弓j ，改善油田水驱开发效果、提高水驱采收 率具有十分重要的现实意义和战略意义。 为了控制油田产水，可从注水井和( 或) 油井做工作。从注水井控制水的产出称为 调剖( 调整注水井的吸水剖面) ；从油井控制水的产出称为堵水( 封堵油井不同形式的 来水) 。因此开发油藏的控水技术包括注水井调剖技术和油井堵水技术1 4 - 8 1 。 目前聚合物冻胶具有使用浓度低、成本低、工艺简单、易于控制、效果明显等优点， 被广泛应用于油田调剖、堵水【9 】。聚合物冻胶是指高浓度的聚合物和交联剂在一定温度 下形成的具有三维网状结构和一定强度的冻胶体系，该体系没有流动性。它具有成冻时 间和冻胶强度可调的特点，能进入不同的地层深部，封堵效果显著的特点【1o 。1 1 l 。 同时近年来，泡沫特别为人们所重视【1 2 】。泡沫是由不溶性或微溶性气体( 一般为氮 气) 分散在液体中所形成的一种特殊的胶体分散体。泡沫具有独特的结构，具有静液柱 压力低、虑失量小、携砂性能好、助排能力强、对地层伤害小等良好特性。可选择性地 封堵高渗通道，具有油水选择性，防止水驱中的窜槽、指进或水的锥进【1 3 】。因此在油田 高含水开发后期边水、汽窜和底水锥进严重的油藏具有广阔的应用前景【1 4 】。 针对聚合物冻胶和泡沫流体这两种堵剂体系的特性和油田对更有效的控水技术的 需求，考虑将两种调驱剂结合起来，形成一种具有双重作用的冻胶泡沫体系【”】，该调驱 剂兼有氮气泡沫的贾敏效应和聚合物冻胶的选择性封堵作用，以冻胶为外相提高泡沫稳 定性，并发挥堵剂的协同效应，进行深部堵水，可以有效封堵高渗透层，改善产液剖面， 达到油田增油降水，提高原油采收率的目的1 1 6 1 。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 泡沫的研究现状 1 2 1 1 泡沫的概念 泡沫一般是指由微溶性或不溶性的气体分散于液体中所形成的分散体系，气体是不 连续相，液体是连续相1 1 7 1 。 第一章前言 按照泡沫的存在时间，泡沫可以分为“稳定性泡沫和“不稳定性泡沫”。“稳定性 泡沫”称为“持久性泡沫 ，泡沫可以持续数分钟到几天不等；“不稳定性泡沫又称“短 暂泡沫”，寿命只有几秒钟【1 8 】。 按照气液组成，泡沫可分为“浓泡沫 和“气泡分散体 。“浓泡沫”中，气液比比 较大，因此又称为干泡沫”；气泡分散体”泡沫体系中，气液比比较小19 1 ，又被称之 为“湿泡沫”。 一般刚生成的泡沫都是“湿泡沫 ，里面包含很多分离的球形气泡，因此“湿泡沫 有时候又被称为球形泡沫。泡沫生成后，经过一定的时间，泡沫的稳定性逐渐变差，液 膜开始排液，液体逐渐从泡沫中析出【2 0 】，这时候，气泡被液膜分割成大量的相互相交为 1 2 0 0 的多面体结构，这时候的泡沫即为“干泡沫”。三个泡沫的交界处被称之为p l a t e a u 边界，它在泡沫排液的过程中起着一定的作用。 图1 1 干泡沫和湿泡沫形态图 f i g l - 1t h ef o r mm a po fd r ya n dw e t n e s sf o a m 图1 - 2p l a t e a u 边界不意图 f i g l 一2 p l a t e a ub o u n d r yc h a r t 1 2 1 2 泡沫的形成 泡沫是由分散介质和分散相组成的分散体系，只有气液充分接触，才能够产生大量 的泡沫。除了液相和气相外，要想产生稳定的泡沫，必须加入特定的具有起泡能力的表 面活性剂，否则产生的泡沫会在很短的时间破灭。通常这种起泡性能好的表面活性剂被 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 称作起泡剂【2 l 】。 用作起泡用的表面活性剂具有独特的特性，一端是亲水基，一端是亲油基。这种独 特的结构会起到降低油水界面张力的作用，因此加入起泡剂后的泡沫溶液在驱油的过程 中能起到一定的作用【2 2 】。 往包含起泡剂的溶液中送入气体起泡过程如图1 3 ： 溶液袭简 毒抖“劓士h “毒 、 ? l i 、， 溶液 ( a ) ( b )( c ) 图1 - 3 泡沫形成过程 f i g l - 3 t h ep r o c e d u r eo ff o a md e v e l o p 表面活性剂分子吸附在气液交界处，亲水基朝向液相，疏水基朝向气相。在气泡浮 出液面的过程中，在气液交界处就形成了富含大量表面活性剂的双层泡沫液膜，从而产 生稳定的泡沫。 1 2 1 3 泡沫性质及评价方法 影响泡沫性质的因素比较多，起泡剂浓度、温度、矿化度、p h 值、压力等都会影 响到泡沫的特性。一般来说，起泡剂的发泡能力和泡沫形成之后的稳定性是评价泡沫性 能的重要指标。此外，评价泡沫性质的参数还有粘弹性、表界面张力、流变性和泡沫的 携液能力等。 测量泡沫性能的方法比较多，目前常用的方法有搅拌法、简易法、r o s sm i l e s 法、 和气流法等【2 3 】。 简易法是把起泡溶液装入密闭的容器中，然后摇动一定的次数( 每次摇动的次数、 频率和幅度都要一致) 来起泡，进一步测量泡沫的性能。简易法数据相对来说误差较大， 一般是在试验条件相对简陋的情况下使用。 搅拌法( w a r i n gb l e n d e r 法) 是通过高速搅拌器搅拌起泡，测量泡沫性能的方法， w a r i n gb l e n d e r 法方法简单、使用药品少、测量周期短等特点，目前被广泛的使用。 气流法是将一定速率的气体注入到将要测量的起泡溶液中，同时开始计时，通过测 3 第一章前言 量泡沫的体积和泡沫携带出的液体体积数来评价泡沫的性质。 r o s sm i l e s 法也是目前广泛使用的一种测量方法，它是让溶液从一定的高度自由落 下冲击一定量的相同溶液，激溅产生泡沫，来评价泡沫的性质( 具体试验方法见第二章 泡沫性能的测量) 。 目前测量泡沫的流变性一般采用旋转粘度计、流变仪、管式粘度计等来测量。 测量表面张力的方法有毛细管上升法、吊环法、气泡压力法、滴重法等。测量界面 张力的方法主要是悬滴法。 1 2 1 4 泡沫的应用及研究历程 泡沫被广泛应用于化工、五金、建筑等各个行业。在油田开发上，主要用于钻井、 修井、排液和泡沫调驱。在泡沫调驱方面，泡沫中的表面活性物质能够降低油水的界面 张力，并且泡沫在多孔介质中由于j a r n i n 效应产生的阻力和泡沫“遇水稳定、遇油破灭 的特性【2 4 】，使泡沫不仅能提高波及面积，也能提高洗油效率，从而提高油田采收率。 很早就有人对泡沫驱进行了相关的的研究和探索，结果证实，泡沫驱是一种有效的 提高采收率的方法。从上世纪6 0 年代开始，国内外相关学者研究了泡沫在地层中的渗 流规律，进一步认识了泡沫调驱的驱油机理，并从不同的角度建立了不同的泡沫驱数学 模型【2 ”6 1 。 在国外方面，最早使用泡沫来提高油田采收率的是f r i e d 。他认为：泡沫会在一定 程度上减小气相的相对渗透率，从而提高采收率2 7 1 。在无油的情况下，随着液流流速的 增加，泡沫结构也会相应的细化。在有油的情况下，当油相饱和度超过一定的数值时， 不能生成泡沫。 1 9 6 3 , - 一, 1 9 6 5 年，b e r n a r d 等做了许多泡沫提高原油采收率的试验，试验证明了采用 泡沫驱油能比常规的驱油方法采出更多的原油【2 引。 r a z a 详细的研究了泡沫在多孔介质中的产生、运移等变量因素，他指出起泡剂的类 型、多孔介质的结构、压力的大小和流体的组分都会都泡沫的质量产生影响，并且泡沫 在孔隙介质中会对流体的流动产生控制【2 9 】。 o w e t t e 对c 0 2 泡沫的驱油效果进行了研究。研究指出，泡沫的稳定性会随着压力的 增加，温度的降低而增强。并且泡沫具有遇油消泡、遇水稳定的特性，从而能有效的封 堵地层高渗透层，但超高粘度的表面活性剂也会影响到波及系数3 0 1 。 k h a t i b 等人研究了毛管力和气流速率的关系，研究指出，当气体以一定的速率在孔 隙介质中流动时，毛管压力会随气体分流量的增加先增长后逼近一定的特征值。他们认 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 为起泡剂的类型、气体流动速率和相对渗透率都会影响到极限毛管压力3 。 f i s h e r 等人研究了泡沫在孔隙介质中的渗流机理，他指出溶液和气体的流速和岩石 的毛管力都会影响泡沫在孔隙介质中的液膜结构【3 2 1 。 b e r t i n 等人研究了泡沫在非均质孔隙介质驱替过程中存在层问液体交换情况下的渗 流规律，他认为在这种情况下，泡沫在渗透层中可以均匀的推进【3 3 1 。 b h i d e 等人研发了泡沫的耐冲刷性能的新的评价方法，通过孔隙大小的结构研究泡 沫的渗流机理【3 4 】。 a l e x a n d r o v 等人从孔隙结构出发，采用统计的方式研究了多孔介质中泡沫的渗流规 律和地层中泡沫的渗流机理【3 5 】。 q rn g u y e n 等人采用c t 技术的方法，通过研究指出，渗透率级差较大是时候，在 不存在流体层问交换的情况下，泡沫流体主要在高渗层流动；如果存在层间流体交换， 泡沫会先流入高渗层，随后再向低渗层扩展【3 6 1 。 e l j z i t h a 等人采用统计的方法，将泡沫的总量平衡和分量模型统一起来，研究了 多孔介质中泡沫的形成、破灭规律，并描述了多孔介质中泡沫流体的粘度和渗流变化规 律，模拟了后续水驱中泡沫的指进现象【3 7 】。 国内开始研究泡沫机理的时间相对较晚，从上世纪9 0 年代末开始研究，并主要集 中在已有表面活性剂的起泡性能评价、新型起泡剂的合成、所产生的泡沫封堵及调驱效 果以及相关数学模型的改进。 泡沫调驱都是用性能较好的表面活性剂作为起泡剂，而表面活性剂可以显著降低油 水的界面张力，同时泡沫具有“遇水稳定、遇油破灭的特性，使泡沫具有很好的选择 性注入性，可以有效的封堵中、高渗透层，因此，泡沫调驱能提高波及系数和洗油效率。 随着技术的发展，泡沫在实际应用上更为便利，是一种切实有效的三采方法【3 8 1 。 我国从上世纪7 0 年代就对泡沫驱油技术进行了现场的试验研究，相关的研究有起 泡剂的优选和分类，蒸汽泡沫驱油，泡沫复合驱与其它驱替方式的驱替效果对比等。国 外对泡沫驱油的研究主要是在多孔介质中泡沫的生成、运移和不同因素对泡沫的影响， 泡沫的移动机理和泡沫的稳定性等。 1 2 2 冻胶的研究现状 油藏开发堵水技术方面，国外早期应用比较广的非选择性堵剂为水基水泥浆，后来 逐渐发展为采用原油、粘性油、油水乳化液和水泥等作为选择性堵水剂。7 0 年代中期， 有人指出，聚丙烯酰胺在多孔介质中具有吸附和捕集的特性，可以选择性的封堵高渗层， 5 第一章前言 从此油田调剖堵水技术开发进入了新的阶段【3 9 】。 冻胶是从7 0 年代开始被广泛研究的一类堵水剂【4 0 1 ，在油田开发上也被广泛的应用。 冻胶堵剂具有成本低、操作简单、冻胶强度和成冻时间可调、堵水效果明显等特点，在 油藏开发上被广泛的应用。冻胶就是聚合物中分子链上的极性基团和交联剂中的有机基 团或多价金属离子反应而形成失去流动性的物质。冻胶类堵剂包括聚丙烯酰胺、两性聚 合物、生物聚合物、聚丙烯腈等与交联剂交联而成【4 1 1 。 常规的冻胶用交联剂主要有三种，氧化还原铬交联剂y g l 0 1 4 2 1 、有机铬交联剂 y g l 0 7 和酚醛树脂交联剂y g l 0 3 ，它们交联聚合物产生的冻胶分别称为y g l 0 1 冻胶、 y g l 0 7 冻胶和y g l 0 3 冻胶。所用的聚合物均为部分水解聚丙烯酰胺y g l 0 0 。 1 2 2 1 氧化还原铬冻胶 氧化还原铬冻胶是由y g l 0 0 ( 部分水解聚丙烯酰胺) 聚合物溶液加入一定质量分数 的交联剂y g l 0 1 ( 重铬酸钠和亚硫酸钠按一定比例) 组成。聚丙烯酰胺中的c o o 。可 以与交联剂氧化还原反应而释放出的三价铬离子中的多核羟桥络离子配位，进而形成空 间网格形状的y g l 0 1 冻胶。其结构如图1 4 ： 图1 - 4h p a m 与铬的多核羟桥络离子交联形成的网格结构 f i g1 - 4 g e lc o n t e x t u r ef o r m e db yh p a ma n dc ，m u l t i n u c l e a t i o ne o m p l e x i n gi o n 1 2 2 2 有机铬冻胶 有机铬冻胶是用作为冻胶的交联剂，醋酸铬可以将六价铬离子还原成三价铬离子， 从而使产生的三价铬离子与与醋酸络合，形成有机酸铬络合物。乙酸根可以通过形成 c r 3 + - - c o o - 配位共价键络合物从而给活性高的三价铬离子提供保_ 护l 而提供延缓交联体 系。 1 2 2 3 酚醛树脂冻胶 酚醛树脂是由苯酚与甲醛在氢氧化钠催化条件下缩聚产生的【4 3 j ： 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 a o + 2 1 1 1 a e o o c h 2 士+ n 2 c c h 2 0 h 图1 5 酚醛树脂结构图 f i g l - 5 t h ep h e n o l i cs t r u c t u r a ld r a w i n g 聚合物中的c o n h 2 通过脱水反应与酚醛树脂中的c h 2 0 h 反正交联反应生成的交 联体称为酚醛树脂冻胶【4 钔。如图1 - 6 ： 纠蝴 o o n h j ，p a m 以 一苓瓯 o h争= p a m 图1 6 聚丙烯酰胺与酚醛树脂交联剂的反应机理 f i g1 - 6 r e a c t i o nm e c h a n i s mb e t w e e nh p a ma n dp h e n o l i cr e s i nc r o s sl i n k i n ga g e n t 与常规的单体类酚醛交联剂相比，y g l 0 3 为低毒的预聚体交联剂，大大的降低了体 系的毒性。 1 2 3 泡沫冻胶的研究现状 1 2 3 1 泡沫冻胶的应用 国内外对泡沫冻胶提高油藏采收率进行了研究和应用：酸化、压裂、调剖、堵水、 钻井和洗井【4 5 4 6 1 等。 ( 1 ) 驱油 泡沫冻胶主要靠泡沫的j a m i n 效应驱油。泡沫在非均质介质地层中流动时，优先进 入高渗层，不断累积的j a m i n 效应使压力也逐渐增大，可以使泡沫冻胶溶液进入到原先 进入不了的低渗层，提高了波及系数。并且泡沫具有“遇水稳定、遇油破灭 的特性， 使驱油效果更加显著。泡沫冻胶相比常规泡沫来说，其强度更大，稳定性更好。 7 讯 h 趴 苓尸 瞄 船 叫 举伽 第一章前言 ( 2 ) 调剖 泡沫冻胶能覆盖在多孔介质壁上，在喉道中可以形成叠加的j a m i n 效应，封堵高渗 层，使低渗层中不能流动的流体变的流动，并具有强度高、稳定性好的特点，是种性 能较好的选择性调剖剂。 ( 3 ) 堵水 泡沫冻胶具有较强的强度和较为稳定的性能，所以适用于封堵油藏缝隙和中、高渗 透层。并且由于泡沫独特的特性，泡沫会在与原油接触时破灭，所以泡沫冻胶是一种比 较理想的选择性堵水剂，并且具有成本低、选择性好和效率高的特点。 ( 4 ) 酸化 泡沫冻胶酸化同时具备泡沫酸和冻胶酸的特点【4 7 1 ，可控制酸与酸溶性组分的反应速 度，增大穿透深度，同时能提高酸化作业效果。泡沫冻胶酸化既能扩大酸化范围，更能 避免酸化作业对地层的不利影响。 1 2 3 2 泡沫冻胶体系的组成 ( 1 ) 起泡剂 理想的起泡剂既要有较好的起泡性和稳泡性，溶液与原油间能形成低界面张力，还 要具有低毒的特性。 ( 2 ) 聚合物 采油用聚合物主要有两种，一类聚合物是部分水解聚丙烯酰胺( h p a m ) ：另一类聚 合物是黄胞胶( x c ) 。 黄胞胶耐温虽然能达到9 3 c ，但因为生物稳定性4 引，驱油采用的聚合物用的主要 还是部分水解聚丙烯酰胺。为了提高部分水解聚丙烯酰胺对驱油用剂流度的控制能力， 它的相对分子质量已经超过2 5 x1 0 7 ，水解度要高达3 5 。 ( 3 ) 交联剂 交联剂是指能和羧基和酰胺基团发生反应的化合物，目前使用较为广泛的有两类： 过渡金属有机交联剂和有机酚醛交联剂。 ( 4 ) 稳泡剂 稳泡剂一般是指能使泡沫半衰期增加，稳定性增加的物质，一般情况下，稳泡剂指 的是聚合物1 4 9 1 。 稳泡剂主要有两种稳泡方式：提高泡沫膜的质量，增强泡沫膜的粘弹性，减小泡 沫膜间的透气性，使泡沫更加稳定；提高溶液粘度，减缓排液速度，可以提高泡沫的 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 稳定性。 1 3 本文所完成的主要工作 本文主要是针对油藏开发后期的高含水期，进行泡沫冻胶调驱试验研究。通过室内 试验，优选出合适的泡沫体系和冻胶体系，测量了两体系之间的相互影响，并通过物理 模拟装置，进行了泡沫冻胶调驱体系调驱效果的评价。 9 第二章试验材料与试验方法 第二章试验材料与试验方法 2 1 试验试剂与试验仪器 试验仪器：旋转粘度计n d j 1 ；恒温箱；突破真空度测定装置：秒表；水浴锅；超 级恒温水浴；烧杯；分析天平；安培瓶；玻璃棒；小勺；镊子；温度计；r o s s m i l e s 发 泡仪；w a r i n gb l e n d e r 高速搅拌器；t e x a s 5 0 0 型界面张力仪等。 试验试剂：聚合物y g l 0 0 ；交联剂y g l 0 3 、y g l 0 7 ；十二烷基硫酸钠( s d s ) ，化 学纯，国药集团化学试剂有限公司；十二烷基磺酸钠( s d b s ) ，化学纯，国药集团化学 试剂有限公司；n p c 1 0 ，化学纯，东营市石油大学宇光科技有限责任公司；o p 1 0 ，化 学纯，济南铭威化工有限公司；烷基醇酰胺( n i n 0 1 ) ，工业品，广州市度特化工有限公 司；氯化钠，化学纯，国药集团化学试剂有限公司；氯化钙，化学纯，国药集团化学试 剂有限公司；氯化镁，化学纯，国药集团化学试剂有限公司。 2 2 试验方法 2 2 1 成冻时间的确定 2 2 1 1 强冻胶成冻时间的确定 对于强冻胶，试验中一般以g s c ( g e ls t r e n g t hc o d e s ) 法中达到g 级时作为成冻时 间如表2 1 。 表2 - 1g s c 强度代码法 t a b l e 2 - 1g e ls t r e n g t hc o d e sm e t h o d 强度代码现象 a倒置试样瓶观测不到冻胶形成，冻胶粘度变化不大 b 倒置试样瓶观测不到冻胶形成，冻胶粘度轻微增加 c 倒置试样瓶能观测到冻胶形成，大部分冻胶能流动到试样瓶下端 d 将试样瓶倒置时，只有小部分流动不到试样瓶下端 e 将试样瓶倒置时，冻胶很缓慢流至试样瓶下端 f 将试样瓶倒置时，冻胶流动不到试样瓶下端 g 将试样瓶倒置时，冻胶向下变形一半长度 h 将试样瓶倒置时，冻胶强度较大，表面轻微发生形变 i 将试样瓶倒置时，冻胶表面不发生形变 2 2 1 2 弱冻胶成冻时间的确定 弱冻胶的成冻时间采用粘度测定法来测定。 1 0 即能 线， 时间h 图2 - 1 粘度随时间变化示意图 f i 9 2 - 1 t h ec h a n g i n go fv i s c o s i t yw i t ht i m e 2 2 2 冻胶强度的测定 冻胶的冻胶强度采用突破真空度法来测定。具体操作方法是：试验装置如图2 2 。 测量突破真空度的时候，打开真空泵，瓶内的压力就会从压力表上读出，测定时所读取 的最大压力即为突破真空度值。简称b v 值。每个样品测三次取其平均值。冻胶强度随 b v 值的增大而增大。 真空泵 图2 - 2 突破真空度测定装置图 f i 9 2 - 2 t h em e a s u r i n gd e v i c eo fb r e a k t h r o u g hv a c u u m 2 2 3 泡沫性能的测定 2 2 3 1r o s s m i l e s 法 在泡沫的测量过程中，需要对泡沫的发泡性和稳定性进行评价和测定，但是目前泡 第二章试验材料与试验方法 沫稳定性没有统一的评价方法。结合试验的实际情况，用图2 3 的装置来测量泡沫的性 能( 起泡性能和稳泡性能) 。 值丑承入 图2 - 3 泡沫性能测定装置 f i 9 2 - 3 t h em e a s u r i n ge q u i p m e n tf o rp e r f o r m a n c eo ff o a m 测定步骤： a 打开超级恒温水浴锅并加热到指定温度。连接超级恒温水浴锅和r o s s 起泡议； b 按照试验要求，配制试验药品4 0 0 m l ； c 往r o s s 起泡仪注入一定的试液到下端刻度处，把剩余试液装入到分液漏斗； d 打开旋塞，使试液正对管筒的中心自然下流，同时，观察起泡情况； e 当试剂从分液漏斗中完全流入到r o s s 起泡仪管筒后3 0 s ，开始记录初始泡高；r o s s 管中总体积扣除下部液柱体积即为起泡剂起泡体积，同时计算出达到半衰期时候的泡沫 高度，分别记录3 m i n 后的泡沫高度，评价泡沫的稳定性。重复测量三次，取其平均值。 泡沫的发泡能力可以用起泡体积( 可用起泡高度来计算) 和泡沫半衰期来反映。它 们反映了泡沫的起泡的难易和泡沫的稳定性，考虑将起泡起泡高度( 指定容器) 或起泡 体积与半衰期的乘积作为一个参数，定义为泡沫综合值，来综合评价体系中起泡剂的性 能，定义式如下： 局= h o t s o ，f 2 = v o t s o 式中 n 泡沫综合值l ，c m m i n ； 1 2 性能的 标准评 在一定 用以表 征起泡剂的起泡性能。测量泡沫体积衰减一半所需的时间，记作泡沫的半衰期，用以反 映泡沫的稳泡性能。 夕弓箩 擘霸固一。镌麓 罗 i 髫 苎竺兰蔓塑箩度按钮 2 2 4 界面张力的测定 图2 5 为t e x a s 5 0 0 型界面张力仪的项视图，可以看到仪器主要的组成部分【5 l 】。 1 3 图2 5t e x a s 5 0 0 型界面张力仪 f i 9 2 5 t h ei n t e r f a c i a lt e n s i o m e t e ro ft e x a s - 5 0 0t y p e 测定步骤： 1 洗干净垫片、注射器、o 形圈、压帽和毛细管待用。 2 用注射器吸取一定量的溶液，从毛细管最下端开始注入，加水样过程中注意不要 产生气泡。液面距离毛细管顶端l 2 m m 处停止注入。 3 把油样吸入微量注射器内，让注射器针头向上，推出注射器里面的空气，让注射 器管壁和针管内都是油样。可以用滤纸将注射器针头的多余油滴擦去。将微量注射器针 头插入毛细管内边推入油样边推进，推入一定量的油样后迅速抽出注射器针头，使油滴 停留在毛细管的中央。 4 往毛细管里继续添加水样注满毛细管。将注入完毕的毛细管端头插入压帽内。仔 细观察有没有气泡遗留。 5 擦干净毛细管外壁遗留的液体，防止这些液体随毛细管进入界面张力仪造成仪器 内部腐蚀。 6 将装备好的毛细管安装到仪器的转动轴上。 7 接通电源，打开电源开关，开动界面张力仪。 8 边按住温度调节旋钮边旋转，调温至需要试验条件下的温度。 9 打开观测灯，细微移动显微镜，找到毛细管中适宜于观测的油柱，旋转调平旋钮， 使观测到的油柱不再移动，以便用于观测。固定读数显微镜。 1 4 双线 观测 测量 尺z ”一校正因子。 2 2 5 封堵能力测定方法 调驱剂的封堵能力