CN114381253B

CN114381253B - 一种触变型强化泡沫体系及其制备方法

Info

Publication number: CN114381253B
Application number: CN202210291895.3A
Authority: CN
Inventors: 李宾飞; 张奇峰; 李兆敏; 张凯; 齐宁; 李松岩; 宋永进; 贾峰
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2022-03-24
Filing date: 2022-03-24
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2042-03-24
Also published as: CN114381253A

Abstract

本发明涉及油气田开发技术领域，提供了一种触变型强化泡沫体系及其制备方法。本发明所提供的触变型强化泡沫体系包括耐温耐盐型表面活性剂、海藻酸钠、纳米纤维、颗粒型堵水剂；所述海藻酸钠为泡沫体系提供了触变性：当接触地层水前，所述泡沫体系具有低粘度，易注入地下；当接触地层水时，所述泡沫体系与其中的Ca²⁺、Mg²⁺反应产生不溶性的海藻酸盐凝胶，同时形成具有一定强度的“桥梁”，将后续注入的泡沫与水层隔开。本发明提供的触变型强化泡沫体系有效提高了泡沫波及系数，优化开采效果。

Description

一种触变型强化泡沫体系及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种触变型强化泡沫体系及其制备方法，属于油气田开发技术领域。

背景技术

泡沫是非均质油藏开采中应用较多的一种调驱体系。由于泡沫具有遇水稳定、遇油消泡，封堵能力随着渗透率的增加而增强等特性，因此泡沫调驱体系能起到很好的流度控制作用，可以有效调整非均质地层的窜流问题；由于泡沫体系的密度可以通过改变体系气液比来调节，可以适用于不同油藏位置的剩余油调驱，提高油藏波及系数。但是泡沫体系属于热力学不稳定体系，泡沫的稳定性是制约泡沫流体应用的最大问题。起泡剂体系是以水为分散介质，表面活性剂为分散相的分散体系，在进入地层与地层水接触后会被稀释，导致起泡能力减弱，所产生的泡沫由于表面活性剂浓度不足，导致驱油性能减弱。不同气液比的泡沫由于其体积含气量不同具有不同的密度，但在垂直深度较大的大裂缝中，密度较大的泡沫浮在水面随液相在储层底部流动，密度小的泡沫则主要波及油藏顶部，难以调整泡沫密度使其对油藏中部的剩余油有很好的波及效果。同时随着注入时间和泡沫运移距离的增加，泡沫在地层中流动时，由于重力分异作用导致泡沫出现明显的分层现象，泡沫破灭析出液体与地层水混合，导致泡沫调驱过程中多是水相沿油藏底部流动，浮于水面的泡沫干度较大，流动性很弱，导致油藏中上部不能被有效波及，因此现有泡沫体系调驱效果较差。

申请号为201811298872.5的中国发明专利公开了一种由高矿化度地层水配制而成的耐温耐盐泡沫调驱体系，包括以质量分数计的如下组分：0.5％～2％纳米二氧化硅、0.01％～2％的十四烷基羟磺基甜菜碱、0.01％～0.5％的部分水解聚丙烯酰胺和0.01％～0.3％的柠檬酸盐以及余量水，并且公开了采用该耐温耐盐泡沫调驱体系的驱油方法。但该体系所含组分多，制备方法较为复杂。

申请号为201910421174.8的中国发明专利公开了一种适用于复杂油藏的耐温耐盐泡沫调驱体系，该调驱体系以重量百分比计包括：2％纳米二氧化钛，0.9％十六烷基三甲基溴化铵，0.1％部分水解聚丙烯酰胺，和余量的水。CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)与纳米TiO₂可产生良好的协同作用，可以大幅提升泡沫稳定性。并且公开了采用该耐温耐盐泡沫体系的调驱方法。但该驱油体系未能解决在大尺度流动空间内泡沫体系波及范围不理想的问题。

提高泡沫体系波及范围需要对高含水区域形成封堵，使后续泡沫转向其他含油区域，这需要高粘度的泡沫体系，然而高粘度的泡沫体系不具有流动性，注入能力差，不适用于油藏开发利用。

发明内容

发明概述：

本发明针对现有适用于非均质油藏的耐温耐盐泡沫体系存在的问题设计了一种触变型强化泡沫体系。本发明所述泡沫体系可以地层水发生触变，封隔水层同时使后续泡沫转向，有效提高地层波及系数，同时，所述泡沫体系注入地层前粘度较低，易注入。

本发明通过对耐温耐盐泡沫体系复配功能性添加剂形成一种新的触变型强化泡沫体系。通过向耐温耐盐泡沫体系中添加一定质量分数的海藻酸钠对泡沫体系进行强化和调节，泡沫体系中的海藻酸钠成分与地层水接触时，会与地层水中天然含有的Ca²⁺、Mg²⁺形成不溶性的海藻酸盐凝胶，且该过程是热不可逆的，可以在泡沫与地层水的接触面上形成海藻酸盐凝胶，对高含水区域形成封堵，使后续泡沫转向其他含油区域，提高泡沫波及系数。

具体发明内容：

第一方面，本发明提出了一种触变型强化泡沫体系，包括耐温耐盐型表面活性剂、功能性添加剂；所述泡沫体系与地层水中的Ca²⁺、Mg²⁺反应，在与地层水接触的界面形成不溶性凝胶。

进一步的，所述功能性添加剂为海藻酸钠。

进一步的，所述油藏开采用触变型强化泡沫体系触变前粘度为55-61mPa·s，易于注入地层；触变后粘度为175-184mPa·s，提高泡沫体系的稳定性和封堵能力。

进一步的，所述油藏开采用触变型强化泡沫体系发生触变后驱替压差为8~9MPa/m，具有较高的封堵强度，可以使后续注入的驱油剂转向，有效提升波及系数。

进一步的，所述触变型强化泡沫体系还包括纳米纤维以及颗粒型堵水剂，纳米纤维的添加可以大幅提高泡沫体系的稳定性，颗粒型堵剂的添加可大幅提高体系的封堵强度。

进一步的，所述触变型强化泡沫体系的组分及组分重量百分比包括：

耐温耐盐型表面活性剂0.4%-0.9%

功能性添加剂0.3%-0.6%

纳米纤维0.5%-2.0%

颗粒型堵水剂0.5%-2.0%

水余量；

优选的，所述触变型强化泡沫体系的组分及组分重量百分比包括：

耐温耐盐型表面活性剂0.6%-0.8%

功能性添加剂0.4%-0.5%

纳米纤维 1.0%-1.5%

颗粒型堵水剂0.8%-1.3%

水余量；

优选的，所述的耐温耐盐型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、烷基二甲基羟丙基磷酸酯甜菜碱中的一种或几种。

优选的，所述的纳米纤维为无机物或有机高分子聚合物纳米纤维，包括聚四氟乙烯纳米纤维，聚酰亚胺纳米纤维，碳纳米纤维。

优选的，所述的颗粒型堵水剂为橡胶颗粒、软木颗粒、核桃壳中的一种，所述颗粒型堵水剂粒径为1-2mm。

第二方面，本发明提出了一种上述触变型强化泡沫体系的制备方法，具体步骤如下:

S1:将表面活性剂加入至地表水中，搅拌得到表面活性剂溶液；

S2:将功能性添加剂加入正在搅拌的步骤S1所得的表面活性剂溶液中，持续搅拌使添加剂充分溶解；

S3：将纳米纤维加入步骤S2所得的溶液中，利用超声分散使纳米纤维均匀的分散在体系中；

S4：将步骤S3所得溶液与气体共同通过泡沫发生器，充分接触得到泡沫，将所得泡沫通过盛有颗粒型堵水剂的中间容器，堵水剂被泡沫悬浮携带，即得所需触变型强化泡沫体系。

优选的，所述步骤S1中搅拌温度为25℃～30℃；搅拌时间为0.5-1h。

优选的，所述步骤S1中地表水矿化度≤600mg/L。

优选的，所述步骤S2中搅拌温度为25℃～30℃；搅拌时间为2-3h。

所述步骤S4中通入气体为N₂、CO₂、空气中的一种；

优选的，所述步骤S4中通入气体与溶液体积比为3：1；

优选的，所述步骤S4中泡沫质量为68%-75%。

本发明通过对普通耐温耐盐泡沫体系复配功能性添加剂形成一种新的触变型强化泡沫体系。通过向普通耐温耐盐泡沫体系中添加一定质量分数的海藻酸钠对泡沫体系进行调节，海藻酸钠水溶液具有一定的粘度，以海藻酸钠水溶液制备的泡沫体系表观粘度较高，同条件下形成的泡沫性能更稳定，使泡沫体系具有更好的驱油效果，有效提高驱油效率。泡沫体系中的海藻酸钠成分与地层水接触时，会与地层水中的Ca²⁺、Mg²⁺形成不溶性的海藻酸盐凝胶，且该过程是热不可逆的，同时由于泡沫与水的界面效应使其吸附并形成封隔层，可以有效分隔泡沫与水层，对后续注入泡沫起支撑作用，提高泡沫波及系数。

相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

（1）海藻酸钠成分在与地层水接触时会与其中的Ca²⁺、Mg²⁺反应产生不溶性的海藻酸盐凝胶，同时由于泡沫与水的界面效应将产生的凝胶吸附在泡沫-水界面上，形成“桥梁”将后续注入的泡沫与水层隔开，解决了由于泡沫干度增加导致的泡沫体系波及范围小的问题；

（2）本触变型强化泡沫体系注入性能良好，泡沫体系在未发生触变时具有较好的流动性和注入能力，在注入地层后仅在接触到地层矿化水的部位形成海藻酸钠凝胶层，未触变部分的泡沫体系仍具有原本的调驱能力，利于油藏开采技术实施；

（3）体系中加入的纳米纤维可以吸附在泡沫液膜表面，可以显著提升泡沫界面的粘弹性，延长泡沫半衰期，大幅提高泡沫体系的稳定性。

附图说明：

图1为配置完成的触变型泡沫体系形态；

图2为触变型强化泡沫体系发生触变后的泡沫形态；

图3为触变前、后泡沫体系粘度变化曲线；

图4为不同配方的泡沫性能评价；

图5为海藻酸钠的加入对泡沫体系封堵强度的影响。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的技术方案做进一步阐述，但本发明所包含范围不限于此。

实施例1

一种触变型泡沫体系，包括：气相和液相，气相是氮气，液相是耐温耐盐型表面活性剂CTAB，功能性添加剂和配液水，其中，泡沫质量为75%，即气相与液相的体积比为3：1。

液相包括：CTAB在液相中总质量分数为0.8%；功能性添加剂为海藻酸钠粉末，在液相中总质量分数为0.4%；余量为配液水。

室温下（20±5℃），在98.8g配液水中加入0.8gCTAB，搅拌0.5h使其充分溶解，再加入0.4g海藻酸钠粉末，搅拌2h使其充分溶解，得到表面活性剂体系，如图1所示。将氮气与该体系以3：1的体积比通过泡沫发生器，充分接触后产生泡沫。

测定该触变型泡沫体系起泡体积为365ml，析液半衰期为7min35s，如图4。

测定该触变性泡沫体系粘度为61.4mPa·s，如图3所示。

实施例2

一种触变型强化泡沫体系，包括：气相和液相，气相是氮气，液相是耐温耐盐型表面活性剂CTAB，功能性添加剂、碳纳米纤维和配液水，其中，泡沫质量为75%，即气相与液相的体积比为3：1。

液相包括：CTAB，在液相中总质量分数为0.8%；功能性添加剂为海藻酸钠粉末，在液相中总质量分数为0.4%；碳纳米纤维，在液相中占总质量分数的1%；余量为配液水。

室温下（20±5℃），在97.8g配液水中加入0.8gCTAB，搅拌0.5h使其充分溶解，再加入0.4g海藻酸钠粉末，搅拌2h使其充分溶解，最后加入1g碳纳米纤维，超声分散使其充分混合，得到表面活性剂体系。

将氮气与该体系以3：1的体积比通过泡沫发生器，充分接触后产生泡沫。

测定该触变型强化泡沫体系起泡体积为360ml，析液半衰期为36min41s，如图4。

对比例1

本对比例未添加海藻酸钠，其余均同实施例1。

室温下（20±5℃），在99.2g配液水中加入0.8gCTAB，搅拌0.5h使其充分溶解，得到表面活性剂体系。

测定该普通耐温耐盐泡沫体系起泡体积为350ml，析液半衰期为5min22s，如图4。

分析和结论：

从上述实施例1和实施例2可以看出：添加纳米纤维后，对表面活性剂体系的起泡体积影响不大，泡沫的析液半衰期从7min35s增加至36min41s。体系中的纳米纤维可以吸附在泡沫液膜表面，抑制液膜排液和气泡聚并过程，延长泡沫半衰期，大幅提高泡沫体系的稳定性。实施例1、2的析液半衰期均较对比例1有显著提升，均可提高泡沫体系的稳定性。

应用例1

测试实施例1得到的触变型泡沫体系对矿化度的响应值，具体实施方法：

室温下（20±5℃），在98.8g配液水中加入0.8g耐温耐盐型表面活性剂CTAB，搅拌0.5h使其充分溶解，再加入0.4g海藻酸钠粉末，搅拌2h使其充分溶解，得到表面活性剂体系。将氮气与该体系以3：1的体积比通过泡沫发生器，充分接触后产生泡沫。将氯化钙，氯化镁粉末加入配液水中，配置成矿化度为1000mg/L-4000mg/L的模拟地层水。将产生的泡沫通入装有不同矿化度的模拟地层水的烧杯中，用保鲜膜封口，静置1h。

测定该触变型泡沫体系对矿化度的响应值为3000mg/L-4000mg/L。该响应值表征了触变型泡沫体系发生触变所需的临界矿化度值，即当泡沫体系所遇液体矿化度大于4000mg/L时可以保证触变现象的发生。

应用例2

测试实施例1得到的触变型泡沫体系发生触变后性能，具体实施方法：

室温下（20±5℃），在98.8g配液水中加入0.8g耐温耐盐型表面活性剂CTAB，搅拌0.5h使其充分溶解，再加入0.4g海藻酸钠粉末，搅拌2h使其充分溶解，得到表面活性剂体系。将氮气与该体系以3：1的体积比通过泡沫发生器，充分接触后产生泡沫，将产生的泡沫分为两部分。

将氯化钙，氯化镁粉末加入配液水中，配置成矿化度为4000mg/L的模拟地层水。将所得泡沫通过盛有橡胶颗粒的中间容器，堵水剂被泡沫悬浮携带，即得所需触变型强化泡沫体系，一部分通入装有模拟地层水的烧杯中，用保鲜膜封口，静置1h。

泡沫体系中的海藻酸钠成分在与地层水接触时会与其中的Ca²⁺、Mg²⁺反应产生不溶性的海藻酸盐凝胶，同时由于泡沫与水的界面效应将产生的凝胶吸附在泡沫-水界面上，形成具有一定强度的“桥梁”，将后续注入的泡沫与水层隔开。发生触变后的泡沫形态如图2，外观保持泡沫形态，但其结构转变为具备粘弹性质的泡沫凝胶。测定发生触变后泡沫体系粘度为180.056mPa·s，测试数据如图3。

另一部分泡沫通入饱和了矿化度超过4000mg/L的地层水的竖直裂缝岩心中，控制注入量为0.3PV，静置10min，用水对岩心进行驱替，测试驱替压差。测试结果见图5。

应用对比例1

测试对比例1的封堵能力，具体实施方法：

普通泡沫体系，包括：气相和液相，气相是氮气，液相是CTAB和配液水，其中，泡沫质量为75%，即气相与液相的体积比为3：1。

液相包括：CTAB在液相中总质量分数为0.8%，余量为配液水在液相总质量中的质量分数为99.2%，各组分质量分数之和为100%。

室温下（20±5℃），在99.2g配液水中加入0.8gCTAB，搅拌0.5h使其充分溶解，得到表面活性剂体系。将氮气与该体系以3：1的比例体积比通过泡沫发生器，充分接触后产生泡沫。将所得泡沫分为两部分。

将氯化钙，氯化镁粉末加入配液水中，配置成矿化度为4000mg/L的模拟地层水。将一部分泡沫通过盛有橡胶颗粒的中间容器，堵水剂被泡沫悬浮携带，即得所需触变型强化泡沫体系，将泡沫通入装有模拟地层水的烧杯中，用保鲜膜封口，静置1h。

测定接触地层水后，普通泡沫体系的粘度约为60mPa·s。

将另一部分的泡沫通入饱和了地层水的竖直裂缝岩心中，控制注入量为0.3PV，静置10min，用水对岩心进行驱替，测试驱替压差。测试结果见图5。

分析和结论

从上述应用例2和应用对比例1可以看出：普通泡沫体系封堵裂缝后，水驱突破压差为3.892 MPa/m，体系中加入海藻酸钠后，泡沫体系在岩心中接触地层水后形成海藻酸钠凝胶层，水驱突破压差增长至8.679 MPa/m，海藻酸钠的加入使泡沫体系对裂缝的封堵强度提升一倍有余，可以使后续注入的驱油剂转向，有效提升波及系数，达到提高采收率的效果。

Claims

1.一种触变型强化泡沫体系，其特征在于，所述触变型强化泡沫体系的组分及组分重量百分比包括：

耐温耐盐型表面活性剂0.4%-0.9%

功能性添加剂0.3%-0.6%

纳米纤维0.5%-2.0%

颗粒型堵水剂0.5%-2.0%

水余量；

所述泡沫体系与Ca²⁺、Mg²⁺反应，与地层水接触的接触层形成不溶性凝胶；

所述功能性添加剂为海藻酸钠；

所述触变型强化泡沫体系触变前粘度为55-61mPa·s；触变后粘度为175-184mPa·s；

所述的耐温耐盐型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基二甲基羟丙基磷酸酯甜菜碱中的一种或几种；

所述的纳米纤维为无机物或有机高分子聚合物纳米纤维；

所述的颗粒型堵水剂为橡胶颗粒、软木颗粒、核桃壳中的一种，所述颗粒型堵水剂粒径为1-2mm。

2.根据权利要求1所述的触变型强化泡沫体系，其特征在于，所述触变型强化泡沫体系的驱替压差为8-9MPa/m。

3.根据权利要求1所述的触变型强化泡沫体系，其特征在于，所述触变型强化泡沫体系的组分及组分重量百分比包括：

耐温耐盐型表面活性剂0.6%-0.8%

功能性添加剂0.4%-0.5%

纳米纤维1.0%-1.5%

颗粒型堵水剂0.8%-1.3%

水余量。

4.一种权利要求1所述的触变型强化泡沫体系的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1：将表面活性剂加入至地表水中，搅拌得到表面活性剂溶液；

S2：将添加剂加入正在搅拌的步骤S1所得的表面活性剂溶液中，持续搅拌使添加剂充分溶解；

5.根据权利要求4所述触变型强化泡沫体系的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中搅拌温度为25℃～30℃；搅拌时间为0.5-1h；

所述步骤S1中地表水矿化度≤600mg/L；

所述步骤S2中搅拌温度为25℃～30℃；搅拌时间为2-3h；

所述步骤S4中通入气体为N₂、CO₂、空气中的一种；

所述步骤S4中通入气体与溶液体积比为3：1；

所述步骤S4中泡沫质量为68%-75%。