CN110068651B - Co2驱油助混剂助混效果评价方法及co2驱油助混剂筛选方法 - Google Patents
Co2驱油助混剂助混效果评价方法及co2驱油助混剂筛选方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种对CO2驱油助混剂的助混效果进行评价的方法，其特征在于，测量逐渐加压过程中CO2‑油界面的体积膨胀并绘制混相百分比‑压力曲线，并且通过对所述混相百分比‑压力曲线的特征进行对比，评价所述CO2驱油助混剂的助混效果。本发明还提供了一种对CO2驱油助混剂进行初步筛选的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速评价CO2驱油助混剂的助混效果的方法，具体而言涉及一种通过体积膨胀法对CO2驱油助混剂的助混效果进行快速评价的方法，属于油田化学领域。
背景技术
CO2驱油是一种较为新型的驱油方式，在美国已经成功应用于三次采油中。CO2驱油、尤其是混相CO2驱油可以极大地提高驱油率，因而在对现有油藏中石油资源的充分开采日益得到重视的背景下，对CO2驱油的关注与研究也得以迅速进步。然而，目前在中国还没有成功应用CO2驱油的实例，其中一个重要的原因就是我国油藏特点与美国油藏在组成和性质上存在显著区别，油相成分偏重、粘度较高，和CO2的混相压力较大。较大的混相压力不仅带来较高的操作成本，同时也带来了一定的安全隐患，并且对波及效率和驱替效率都有严重影响，因此使得实际采收率难以达到理想预期。
因此，降低CO2与原油之间的混相压力就成为推进CO2驱油的重要一环。在相关研究中，通过使用助混剂，降低原油与CO2之间的界面张力的方式降低最低混相压力是目前研究的重点方向。对于具体油藏而言，为了获得更好的CO2驱油效果，需要从众多助混剂候选中筛选出最优者，在筛选过程中，为了对不同助混剂的助混效果进行比较，通常需要添加特定助混剂、并直接对相应的最低混相压力进行测量。目前，最低混相压力细管实验测定法石油行业标准(SY/T 6573-2003)是本领域中模拟 CO2驱油过程的测定混相压力的标准方法，应用最为广泛，得到的最低混相压力值也最为准确。然而，该方法的操作周期较长，通常大于一个月，相应地也需要非常大的实验工作量。类似地，为了测定CO2-油界面张力，也可使用气泡上升法、界面张力法等实验方法，然而这些方法同样存在耗时较长、实验工作量大等问题。另外，目前还开发了改进的状态方程法、CCMMP预测模型、多次接触特性线的预测模型等其它方法来对最低混相压力进行估算(非专利文献1)，然而，这些方法也都是建立在实验结果基础上的一些理论性较强的预测方法。因此，为了对可应用于特定实际油藏体系的助混剂进行筛选，本领域中迫切需要发展一种简便快捷的对助混剂助混效果进行评价的方法。
非专利文献1：赵海峰等，CO2混相驱机理及最小混相压力研究[J]，中国石油和化工标准与质量，2016，36(17)：95-98
发明内容
为解决上述课题，发明人经过潜心研究与大量实验，出人意料地发现，通过对不同CO2压力下油体积膨胀的程度进行测量，可以简单快速地对不同助混剂的助混效果进行定量比较，同时相对准确地实现对助混效果的实验性评价，进而可对特定油藏所适合的助混剂进行快速筛选，从而完成了本发明。
在本发明的第一方面，本发明提供了一种对CO2驱油助混剂的助混效果进行评价的方法，其特征在于，测量逐渐加压过程中CO2-油界面的体积膨胀并绘制混相百分比-压力曲线(δ-P曲线)，并且通过对所述混相百分比-压力曲线的特征进行对比，评价所述CO2驱油助混剂的助混效果。
在优选的实施方式中，本发明的评价方法包括以下步骤：
(1)在具有观察窗和通入气路的恒容高压釜中放置预定体积的油，封闭所述高压釜，将所述高压釜置于恒温水浴中，由所述观察窗观察并记录初始液面高度(H0)，并将CO2气源和压力表连接至所述通入气路；
(2)向所述高压釜中通入载有待测助混剂的高压CO2气体直至达到预先确定的压力水平P，关闭所述通入气路，静置至达到气液两相平衡，记录压力(P)，由所述观察窗观察并记录液面高度(H)；
(3)继续通入CO2加大所述高压釜的压力直至另一预先确定的压力水平，按照步骤(2)的方法记录对应的压力和液面高度；
(4)重复步骤(3)，直至所述液面高度上升至所述高压釜顶端，记录对应的压力Pm和釜顶高度Hm；
(5)由以下式(1)计算各个压力点对应的混相百分比δ，作δ-P曲线：
随后，减压并清洗所述高压釜；
(6)使用不同待测助混剂，重复上述步骤(1)-(5)，获得各待测助混剂对应的δ-P曲线；以及
(7)对所述各待测助混剂对应的δ-P曲线的特征进行比较，从而对所述各待测助混剂的助混效果进行评价。
在优选的实施方式中，所述油选自煤油、白油和原油中的一种或多种。
优选地，步骤(1)中，所述初始液面高度H0与所述釜顶高度Hm的比值为1:2～1:5，优选1:3；所述恒温水浴的温度为40～80℃恒温。
优选地，步骤(2)中，所述助混剂在所述CO2气体中的质量分数为 0.1％～5％，优选1％；所述加压通过单缸柱塞泵进行；所述预先确定的压力点为4～8Mpa，优选5Mpa；所述两相平衡是指，关闭所述CO2通入气路后，在5min内，气压表读数变化不超过0.01MPa、且液面高度变化不超过0.01cm。
优选地，步骤(4)中，将所述Pm确定为最低混相压力。
优选地，步骤(7)中，所述特征选自以下因素中的一种或多种：特定压力值时的相应液面高度H、特定压力值时的曲线斜率k、液面到达特定高度时对应的CO2压力P、和/或Pm。
在另一方面，本发明还提供了一种对CO2驱油助混剂进行初步筛选的方法，所述方法包括使用相同用量的不同助混剂，通过本发明的评价方法对助混效果进行评价，并根据所述混相百分比-压力曲线的特征对期望的CO2驱油助混剂进行筛选。
与现有技术方法相比，本发明的方法能够简便快捷的评价CO2驱油助混剂的助混效果，评价结果稳定可靠，显著减少了花费时间以及所需工作量，并且可大批量同时进行多个实验，从而在助混剂的研发过程中可以起到初筛的作用，并获得相应待测助混剂的指导性定量评价。因此，本发明的方法在CO2混相驱油领域前沿研究以及后续工业应用方面具有显著优势。
附图说明
图1示出了通过实施例1的方法，在CO2-煤油体系中分别以三辛酸甘油酯、三月桂酸甘油酯和吐温80作为助混剂的δ-P曲线。
图2示出了通过实施例1的方法，以不同浓度的三月桂酸甘油酯作为助混剂在CO2-煤油体系中得到的δ-P曲线。
图3示出了通过实施例3的方法，在不同温度下以三月桂酸甘油酯作为助混剂在CO2-煤油体系中得到的δ-P曲线。
图4示出了通过实施例4的方法，以三月桂酸甘油酯作为助混剂在 CO2-白油体系中和CO2-石油体系中得到的δ-P曲线。
具体实施方式
尽管对于本领域技术人员而言已知的是，CO2驱油过程中，随着逐渐加压、CO2逐渐溶于油相中，导致油相产生体积膨胀，然而，本发明人首次发现了，由于助混剂可以提高CO2和油的亲和性，因此在宏观上就体现为在相同压力下，添加助混剂的CO2-油体系中油相体积膨胀会进一步增大。根据这一原理，对于助混效果更好的助混剂而言，δ-P曲线会进一步地前提，即，在更小的压力下实现相同的体积膨胀效果。
进一步地，在恒容容器中，油相液面高度升至釜顶端时，整个高压釜中仅存在一相，即，达到混相状态，因此此时的对应压力Pm即为最低混相压力。
在本发明的上下文中，“助混剂”是指任何随CO2载气引入驱油系统、并且通过降低油相与CO2之间的界面张力的方式起到降低最低混相压力作用的试剂。优选地，所述助混剂是表面活性剂。
在优选的实施方式中，为了更快达到气液两相平衡，所述步骤(2) 可在搅拌下进行，优选使用磁力搅拌器实现所述搅拌。
在本发明中，为了减小油相粘度以有利于搅拌，加速CO2-油相达到两相平衡，同时考虑模拟实际地层油藏温度的需要，优选整个过程在选自40～80℃的恒温温度下进行。
本发明的方法还存在多种变型，这些变型也为本发明所预期。例如，本领域技术人员能够容易领会的是，本发明的方法也可用于对特定助混剂的用量范围进行优化，获得在试剂成本和驱油效率间实现高度平衡的助混剂用量。
实施例
接下来，通过实施例对本发明进行进一步详细地说明，但本发明不仅限于这些实施例。
在以下实施例中所使用的试剂如下：
煤油：麦克林公司产，K812242型号；
白油：5#白油，石油勘探开发研究院提供；
原油：由长庆油田某区提供；
CO2：99.9％纯度高压气瓶，海科元昌实用气体有限公司提供；
三辛酸甘油酯：化学纯，麦克林；
三月桂酸甘油酯：化学纯，麦克林；
吐温80：化学纯，国药集团化学试剂有限公司。
恒容高压釜：自制，具有观察窗和气体通路，使用单缸柱塞泵通入气体。
实施例1
在恒容高压釜中置入20.00mL煤油，加入搅拌磁棒后封闭，置于恒温水浴中，水温40℃，记录初始液面高度(H0)；连通CO2气路，使用向高压釜中通入载有1wt％助混剂三辛酸甘油酯的高压CO2，直至压力为 5MPa，关闭CO2通入气路，静置半小时以上等待平衡；待气压表读数在 5min内变化不超过0.01MPa，油面高度变化不超过0.01cm，记录此时对应的压力(P)和液面高度(H)；继续通入CO2，加大体系压力至指定的压力点，记录对应的压力和液面高度；重复这一过程，直至油面高度上升至高压釜顶端，此时视为完全混相，记录压力Pm和釜顶高度Hm。计算各个压力点对应的混相百分比
作δ-P曲线。
在相同条件下，分别使用三月桂酸甘油酯和吐温80作为助混剂并对其助混效果进行评价，将其结果作为实施例2和3；另外，还对不使用助混剂的同一体系进行了测定，将其结果作为比较例1。
图1示出了实施例1-实施例3以及比较例1的δ-P曲线。从图1中可直观看出，与比较例1相比，实施例1-3均具有更低的Pm值，并且整条曲线均显示出前提的趋势；另一方面，通过对实施例1-实施例3的δ-P 曲线特征进行对比，可容易地对相应的助混剂的助混效果进行比较筛选。
采用与实施例1相同的测试方法，改变三月桂酸甘油酯的用量为 0.5wt％和2wt％，并将其结果作为实施例4和5。
图2示出了实施例2、实施例4、实施例5以及比较例1的δ-P曲线。从图2中可以看出，随着三月桂酸甘油酯的浓度增加，Pm值降低，且整条曲线显示出前提趋势。
采用与实施例1相同的测试方法，采用1wt％三月桂酸甘油酯为助混剂，将恒温水浴温度调整为50℃和60℃，并将其结果作为实施例6和7。
图3示出了实施例2、实施例6、实施例7的δ-P曲线。从图3中可以看出温度增加，Pm值增加，且整条曲线显示出向后平移的趋势。
进一步地，将煤油更换为白油，采用1wt％三月桂酸甘油酯为助混剂，在与实施例1相同的条件下进行实施例8的实验。更进一步地，将油更换为原油，在与实施例1相同的条件下进行实施例9的实验。
图4示出了实施例2、实施例8、实施例9的δ-P曲线。由图4可以看出，在煤油中，实施例2的助混剂在较低浓度时就迅速获得了很高的混相百分比，因此与实施例8的白油体系和实施例9的原油体系相比，具有明显更优的助混效果。
另外，对于实施例9，非专利文献2使用界面张力法得到的原油的最低混相压力为20.04MPa；相应地，实施例9得到的最低混相压力为 21.03MPa，二者结果较为接近，可见，本发明的方法能够较为准确地获得CO2-油相体系的最低混相压力值。
非专利文献2：杨思玉等，用于CO2驱的助混剂分子优选及评价[J]，新疆石油地质，2015，36(5)：555-559。
上述实施例1-实施例9以及比较例1的压力-高度数据示于以下表1 中。
表1压力-高度数据
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (11)
1.一种对CO2驱油助混剂的助混效果进行评价的方法，其特征在于，测量逐渐加压过程中CO2-油界面的体积膨胀并绘制混相百分比-压力曲线δ-P曲线，随后通过对所述混相百分比-压力曲线的特征进行对比，评价所述CO2驱油助混剂的助混效果，其中，所述混相百分比是指CO2-油体系中的油相体积增加值相对于CO2与油相形成完全混相时的混相体积增加值的百分比，所述混相百分比-压力曲线是指在其它条件不变的情况下，改变体系压力并测量不同压力下的混相百分比并对压力作图而得到的工作曲线。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述油选自煤油、白油和原油中的一种或多种。
3.如权利要求1或2所述的方法，具体包括以下步骤：
(1)在具有观察窗和通入气路的恒容高压釜中放置预定体积的油和搅拌磁棒，封闭，将高压釜置于恒温水浴中，记录初始液面高度H0，并将CO2气源和压力表连接至所述通入气路；
(2)向所述高压釜中通入载有待测助混剂的高压CO2气体直至达到预先确定的压力水平P，关闭所述通入气路，静置至达到气液两相平衡，记录压力P，由所述观察窗观察并记录液面高度H；
(3)继续通入CO2加大所述高压釜的压力直至另一预先确定的压力水平，按照所述步骤(2)的方法记录对应的压力和液面高度；
(4)重复所述步骤(3)，直至所述液面高度上升至所述高压釜顶端，记录对应的压力Pm和釜顶高度Hm；
(5)由以下式(1)计算各个压力水平对应的混相百分比δ，作δ-P曲线：
随后，减压并清洗所述高压釜；
(6)使用不同待测助混剂，重复上述步骤(1)-(5)，获得各待测助混剂对应的δ-P曲线；
(7)对所述各待测助混剂对应的δ-P曲线的特征进行比较，从而对所述各待测助混剂的助混效果进行评价。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述初始液面高度H0与所述釜顶高度Hm的比值为1:1.5～1:5；和/或所述恒温水浴的温度为40～80℃恒温。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述初始液面高度H0与所述釜顶高度Hm的比值为1:3。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述助混剂在所述CO2气体中的质量分数为0.1％～5％；所述加压通过单缸柱塞泵进行；所述预先确定的压力点为4～8MPa；和/或所述气液两相平衡是指，关闭所述CO2通入气路后，在5min内，气压表读数变化不超过0.01MPa、且液面高度变化不超过0.01cm。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述助混剂在所述CO2气体中的质量分数为1％。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预先确定的压力点为5Mpa。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将所述Pm确定为最低混相压力。
10.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)中，所述特征选自以下因素中的一种或多种：特定压力值时的相应液面高度H、特定压力值时的曲线斜率k、液面到达特定高度时对应的CO2压力P和Pm。
11.一种对CO2驱油助混剂进行初步筛选的方法，所述方法包括使用预定用量的不同助混剂，通过权利要求1-10中任一项所述的方法对助混效果进行评价，并根据所述混相百分比-压力曲线的特征对期望的CO2驱油助混剂进行筛选。
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