毛洪超

（中國石化中原油田分公司 河南濮陽 457001）

不同相態(tài)CO2形成的泡沫體系性能研究

毛洪超

（中國石化中原油田分公司 河南濮陽 457001）

通過研究氣態(tài)、液態(tài)和超臨界狀態(tài)下CO2泡沫性能，說明超臨界CO2形成的泡沫形態(tài)介于氣態(tài)CO2形成的泡沫和液態(tài)CO2形成的乳狀液之間，但超臨界CO2形成的泡沫阻力因子高于氣態(tài)和液態(tài)CO2形成的泡沫體系。CO2泡沫隨著壓力升高、溫度降低均趨于更加穩(wěn)定的狀態(tài)，但壓力影響更加顯著。

高溫高壓；CO2泡沫；超臨界；可視化

CO2具有氣態(tài)、液態(tài)和超臨界三種不同的相態(tài)，不同相態(tài)CO2產(chǎn)生的泡沫外觀和穩(wěn)定性差異較大。泡沫調(diào)驅(qū)已成為CO2驅(qū)流度控制必要手段。

在油藏條件下，CO2大多處于超臨界狀態(tài)，與空氣、N2泡沫差別較大。常規(guī)的泡沫表征方法有體積法、電導(dǎo)率法及壓力法，最為常用的為Ross-Miles法，但大多數(shù)評(píng)價(jià)方法的耐壓程度較低。因此對于存在相態(tài)變化的CO2，常規(guī)泡沫評(píng)價(jià)方法無法模擬油藏條件下CO2泡沫的特性。本文通過高溫高壓可視化泡沫儀，開展了不同相態(tài)下CO2泡沫性能研究。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

1.1 高溫高壓可視化泡沫性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

高溫高壓泡沫儀主要由起泡裝置、加熱系統(tǒng)、測壓系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)和光源等組成（圖1）。

圖1 高溫高壓泡沫儀流程圖

實(shí)驗(yàn)裝置主要特點(diǎn)：①耐高溫高壓，最高耐溫150℃、耐壓20MPa，可實(shí)現(xiàn)不同相態(tài)CO2泡沫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；②高溫高壓下可實(shí)現(xiàn)高速攪拌，最高轉(zhuǎn)速1000r/min，起泡速度快；③有可視觀察窗，可觀察泡沫的起泡及穩(wěn)定情況；④內(nèi)部測溫方式，泡沫實(shí)際溫度的測量更準(zhǔn)確。

實(shí)驗(yàn)方法：①在泡沫儀內(nèi)加入配制好的泡沫劑溶液，并升溫至實(shí)驗(yàn)溫度；②充入CO2至實(shí)驗(yàn)壓力，待壓力穩(wěn)定后以1000r/min的轉(zhuǎn)速攪拌一定時(shí)間；③記錄泡沫高度、半衰期等參數(shù)。

1.2 泡沫封堵能力實(shí)驗(yàn)

泡沫封堵能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)流程見圖2。

實(shí)驗(yàn)方法：①用0.075～0.150mm石英砂填制填砂管（Φ38×1000mm）,并測定填砂管滲透率和孔隙體積；②將填砂管接入流程進(jìn)行氣密性測試，升溫至預(yù)設(shè)溫度，控制回壓至實(shí)驗(yàn)壓力，穩(wěn)定4h以上；③用平流泵以2mL/min的流速向填砂管注水，測定穩(wěn)定后壓差，即為基礎(chǔ)壓差；④發(fā)泡劑溶液與氣體CO2按1：1比例混合形成CO2泡沫液，泡沫液以2mL/min流速注入填砂管，測定穩(wěn)定后的封堵壓差，封堵壓差與水驅(qū)基礎(chǔ)壓差之比為阻力因子。

1.3 實(shí)驗(yàn)材料

①實(shí)驗(yàn)用水：中原油田濮城油田沙一油藏注入水；地層水礦化度24×104mg/L，Cl-含量為16×104mg/L，水型為CaCl2.

②實(shí)驗(yàn)用CO2：純度99.9%，試劑級(jí)。

③實(shí)驗(yàn)用發(fā)泡劑為甜菜堿類復(fù)配而成；

④泡沫液質(zhì)量濃度：0.5%。

1.4 不同相態(tài)CO2泡沫特征

分別在氣態(tài)CO2（2MPa、20℃）、液態(tài)CO2（6MPa、20℃）和超臨界CO2（8MPa、40℃）條件下進(jìn)行試驗(yàn)，觀察CO2與泡沫劑混合后的起泡特征（圖3）。

圖3 不同相態(tài)條件下CO2泡沫形態(tài)

CO2在不同溫度和壓力條件下存在不同相態(tài)，產(chǎn)生的CO2泡沫外觀和穩(wěn)定性差異較大：①氣態(tài)CO2形成的泡沫與空氣、N2等泡沫外觀相近(圖3a)；②液態(tài)CO2形成的泡沫外觀形態(tài)變化較大，近似于乳狀液狀態(tài)，呈均勻相(圖3b)；③超臨界CO2形成的泡沫介于氣態(tài)和液態(tài)之間，由細(xì)小的泡沫組成，但外觀比氣態(tài)CO2泡沫更加致密。

另外，氣態(tài)CO2形成泡沫需要攪拌時(shí)間約1min，發(fā)泡速率較慢。超臨界CO2與液態(tài)CO2形成的泡沫體系需要攪拌時(shí)間約10sec，能夠快速發(fā)泡。

2 溫度、壓力對CO2泡沫性能影響

溫度和壓力是CO2相態(tài)變化的重要原因，分別進(jìn)行了壓力8MPa時(shí)溫度（25～100℃）、溫度82.5℃時(shí)壓力（0.5～16MPa）對CO2泡沫性能影響的試驗(yàn)。

2.1 溫度對CO2泡沫性能的影響（圖4、圖5）

圖4 溫度對CO2泡沫起泡能力的影響

圖5 溫度對CO2泡沫穩(wěn)泡能力的影響

由圖4、圖5可知，溫度升高，CO2泡沫的起泡體積略有降低，但半衰期明顯降低，泡沫與溫度變化關(guān)系與文獻(xiàn)中報(bào)道的規(guī)律一致。另外，本試驗(yàn)選用泡沫劑耐溫性能較好，在100℃高溫下半衰期為85min。

3.2 壓力對CO2泡沫性能的影響（圖6、圖7）

圖6 壓力對CO2泡沫起泡能力的影響