CO_(2)刺激响应型表面活性剂压裂液性能研究

为了降低油气田压裂施工中压裂液对地层产生的二次伤害,本研究采用叔胺型表面活性剂制备了具有CO_(2)刺激响应的表面活性剂压裂液,采用不同方法对其主要性能进行了研究。结果表明,该压裂液在100℃条件下,剪切速率为170 s^(-1)时,具有较好的耐温抗剪切性能。当柴油用量为2.0%时,压裂液的黏度在10 min后降至5 mPa·s以下,易于返排液从地层返排,破胶液表面张力较小。在压裂液对岩心伤害性能评价实验中,压裂液具有较低的岩心伤害程度,能够满足现场施工要求。

适合致密油藏的超临界CO_(2)-气溶性表面活性剂复合吞吐技术

为了进一步提高致密油储层超临界CO_(2)吞吐的开发效果,探索适合致密油藏的超临界CO_(2)-气溶性表面活性剂复合吞吐技术,通过原油黏度实验、油气界面张力实验、最小混相压力实验、原油膨胀系数实验以及超临界CO_(2)-气溶性表面活性剂复合吞吐模拟实验,评价了不同类型气溶性表面活性剂的性能及其对吞吐采收率的影响。结果表明:气溶性表面活性剂GRS⁃1的综合性能更加突出,随着气溶性表面活性剂质量分数的不断增大,原油黏度、油气界面张力和最小混相压力均呈现出逐渐降低的趋势,而原油体积膨胀系数则逐渐增大,并且岩心的吞吐采收率和入口端压力也呈现出逐渐增大的趋势;随着混合流体注入量的增加以及闷井时间的延长,岩心吞吐采收率和入口端压力均逐渐增大,并且岩心的渗透率越大,吞吐采收率就越高;超临界CO_(2)-气溶性表面活性剂复合吞吐的最佳实验参数为气溶性表面活性剂GRS⁃1的质量分数0.6%、混合流体注入量0.5 PV、闷井时间3 h、吞吐轮次3次。该复合吞吐技术能够显著提高致密油藏的采收率,对高效开发致密油藏具有指导意义。

非离子-阴离子Bola型表面活性剂和纳米SiO2颗粒协同稳定的双重响应型O/W乳状液

合成了一种非离子-阴离子Bola型智能表面活性剂,通过pH-响应可以在非离子型CH_(3)O(EO)_(5)-R_(11)-COOH(pHpKa)之间转换。单独使用时,非离子型和Bola型分别表现为不良乳化剂和优良乳化剂。与纳米SiO_(2)颗粒复配使用时,非离子型能与SiO_(2)颗粒协同稳定O/W(正癸烷)型Pickering乳状液,其中表面活性剂通过氢键作用吸附到颗粒表面产生原位疏水化作用,提高了颗粒的表面活性,并且这种Pickering乳状液具有pH-和温度-双重响应性,能够通过改变pH或者温度使乳状液在稳定和破乳之间实现多次转换。另一方面,Bola型CH_(3)O(EO)5-R_(11)-COONa能够与纳米SiO_(2)颗粒协同稳定分散液包油(oil-in-dispersion)乳状液,该乳状液具有良好的耐温性,但对调节pH时产生的盐较为敏感。然而与破乳后能完全返回水相便于回收再利用的同系物CH_(3)O(EO)7-R_(11)-COOH相比,具有较短EO链的CH_(3)O(EO)_(5)-R_(11)-COOH无论处于非离子型还是Bola型状态仍具有相当的油溶性,破乳后不能完全返回水相,表明EO数大小对这类新型智能表面活性剂的性能有显著的影响。

HPAM聚合物与离子型表面活性剂协同稳定CO_(2)泡沫的分子模拟研究

CO_(2)泡沫驱可以有效地控制CO_(2)相的流度从而提高波及效率,同时它还能够进行CO_(2)地质封存,减少碳排放以应对全球气候变暖的挑战。表面活性剂能降低CO_(2)泡和水相液膜之间的界面张力(IFT),从而增加因拉普拉斯毛细管自吸效应导致的泡沫液膜中液体析出的阻力。聚合物可以提高泡沫液膜黏度,也可以减缓液膜中的液体析出并缓解气泡聚并现象。二者同时被用作提高泡沫稳定性的化学试剂,然而表面活性剂分子根据亲水头基电荷正负属性不同会具有不同的界面行为,在微观尺度下不同类型表面活性剂和聚合物分子之间的协同作用还不明确。本研究采用分子动力学模拟的方法,研究了油藏条件下阴离子型(SDS)和阳离子型(CTAB)表面活性剂分别与水解聚丙烯酰胺(HPAM,水解度25%)在CO_(2)与水相界面处的相互作用。研究结果表明,CTAB比SDS具有更强的降低CO_(2)与水之间IFT的能力,IFT的大小与界面宽度和界面覆盖率呈正相关性。具有相同电性的HPAM与平衡离子Br-在CTAB界面膜上形成竞争吸附关系;而带有相反电性的HPAM与平衡离子Na+在SDS界面膜附近形成盐桥结构。前者更有利于降低气—液界面处IFT和增大液膜厚度,两种模式对泡沫液膜剪切黏度的提高程度差别不大。本研究揭示了阴/阳离子型表面活性剂分别与水解聚合物分子协同作用稳定CO_(2)泡沫的微观机制。

新型均三嗪类CO_(2)开关型表面活性剂的合成及性能评价

本文以三聚氯氰、十二胺、丙烯酸甲酯、乙二胺和3-二甲胺基丙胺为主要原料,依次通过加成反应、亲核取代反应和中和反应,制得一种含叔胺基的均三嗪类羧酸盐CO_(2)开关型表面活性剂,通过红外光谱对产物进行了结构表征,并对产物的表/界面活性、CO_(2)/N2开关响应性能进行了评价,探索了上述叔胺基CO_(2)开关型羧酸盐表面活性剂在三次采油领域的潜在应用价值。

页岩油储层超临界CO_(2)吞吐用气溶性表面活性剂性能评价

为进一步提高页岩油储层超临界CO_(2)吞吐的效果,采用视窗蓝宝石全自动反应釜、布氏旋转黏度计和高温高压界面张力仪等设备评价了气溶性表面活性剂在超临界CO_(2)中的溶解度,以及降低原油黏度、油气界面张力和最小混相压力的效果,并在此基础之上,利用超临界CO_(2)吞吐实验装置,考察了气溶性表面活性剂对页岩油储层超临界CO_(2)吞吐效果的影响。实验结果表明:FS-320气溶性表面活性剂在超临界CO_(2)中的溶解度最高,在80℃,19.6MPa下溶解度可达1.25%;随着FS-320质量分数的逐渐增大,原油黏度、原油和CO_(2)之间的界面张力以及最小混相压力均呈现逐渐降低的趋势;当FS-320的质量分数为0.5%时,可使原油黏度降低78.95%,最小混相压力由21.3MPa降低至17.2MPa,降低幅度为19.2%;超临界CO_(2)中加入FS-320后,填砂管岩心不同吞吐周期的吞吐效率明显提高,且入口端的压力值也明显升高,4个吞吐周期后的总采收率可达43.56%,与单独超临界CO_(2)吞吐时的33.25%相比提高了10.31百分点。研究结果说明,气溶性表面活性剂的加入可有效提高页岩油储层超临界CO_(2)吞吐的效果,对页岩油藏高效开发具有一定指导意义。

叔胺型响应表面活性剂的合成及性能研究

以油酸和N,N-二甲基-1,3-丙二胺为原料,氟化钠为催化剂,合成了一种具有CO_(2)响应性的长链叔胺(油酸酰胺丙基二甲基叔胺(DMOA)),测定了其通入CO_(2)和N2下的电导率,证实了合成的DMOA溶液具有CO_(2)响应性能。测定了在通入CO_(2)下DMOA与反离子复配的表面张力,发现将DMOA与二元反离子草酸钠复配能显著降低溶液的表面张力。研究了DMOA与草酸钠复配体系的黏度的CO_(2)响应性能,结果表明,复配体系能够显著提高体系的黏度,并具有CO_(2)响应性和循环可逆性。研究了复配体系的起泡性能和在石蜡膜上的接触角,发现在通入了CO_(2)条件下,复配体系能够降低起泡性能和与疏水表面的接触角。

CO_(2)/表面活性剂复合驱油提高采收率研究

随着油田中大量轻烃采出,CO_(2)与地层原油的极性差异变大,萃取原油效果变差,并且由于黏性指进和过早突破的问题,开发效果越来越不理想。基于此,初选6种目前常用的驱油表面活性剂,进行溶解度、降黏实验以及耐盐、耐温实验,对表面活性剂进行筛选和评价。通过细管驱替实验测定地层压力下纯CO_(2)驱和复合驱的驱油效率,评价复合驱提高采收率的可行性。实验结果表明:表面活性剂AES能大大降低原油黏度,有效改善其流动性,并能溶于超临界CO_(2),具有良好的两亲性,同时化学稳定性也符合生产要求,可作为驱油剂使用;在不高于混相压力下,以0.08 PV的表面活性剂段塞注入地层,在各个压力点下,复合驱的驱油效率都比纯CO_(2)驱要高,证明了复合驱提高采收率的可行性,原油MMP降低了5 MPa,使得油田的CO_(2)近混相驱甚至混相驱具备可能性。

复配表面活性剂SDS+SDBS强化CO_(2)水合物蓄冷性能研究

本文采用压缩式制冷循环,研究了不同质量浓度(0.4、0.5、0.6 g/L)的表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)溶液、不同质量浓度(0.2、0.3、0.4 g/L)的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液及复配表面活性剂溶液(SDS+SDBS)中,CO_(2)水合物的蓄冷特性。结果表明:与纯水体系相比,SDS、SDBS及SDS+SDBS对CO_(2)水合物蓄冷性能均有强化作用,且3种表面活性剂的最佳质量浓度分别为0.5 g/L、0.3 g/L、0.5 g/L(SDS)+0.3 g/L(SDBS)。对比3种最佳质量浓度的表面活性剂发现,采用0.5 g/L(SDS)+0.3 g/L(SDBS)时蓄冷性能最优:预冷时间(21.51 min)和蓄冷时间(27.56 min)最短;潜热蓄冷量(1308.27 kJ)、总蓄冷量(2967.35 kJ)、平均蓄冷速率(1.79 kW)和水合物生成质量(2.55 kg)均最大。说明复配表面活性剂对于CO_(2)水合物蓄冷性能具有最显著的强化效果。

CO_(2)响应型β-环糊精材料用于稠油降黏

制备了一种环境友好型马来酸酐改性β-环糊精(MAH-β-CD),温和条件下将其与聚醚胺(JD230)通过静电作用合成了具有CO_(2)响应性的表面活性剂(MJD230)。MJD230能与稠油形成稳定的水包油乳液,进而有效降低溶液的表面张力。在CO_(2)调控下,MJD230可重复用于稠油的乳化降黏和破乳。利用FTIR对MJD230结构进行了表征。通过观察降黏率和乳液粒径优化MJD230的合成条件,同时对降黏效果和乳液的稳定性进行了考察。将在反应温度为60℃,反应时间为60min,MAH-β-CD与JD230物质的量比为2∶1条件下制备的MJD230配成质量分数为0.5%的MJD230水溶液,其与稠油按照体积比为3∶7乳化后,稠油降黏率可达99.19%。反应体系pH和电导率的可逆变化证明了MJD230溶液对CO_(2)的响应性,这为表面活性剂驱油和CO_(2)捕集相结合提高稠油采收率提供了可行的途径。

阴离子型表面活性剂/叔胺复配泡沫的性质及CO_(2)/N_(2)响应性能

泡沫排水采气工艺中,泡沫到达地表后难以实现可控的消泡。为获得兼具稳定性及响应性的泡排体系,并明确在无机盐和油相环境下的适用性,将十二烷基硫酸钠(SLS)、十二烷基磺酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)分别与N-十二烷基-N,N-二甲基叔胺(C_(12)A)复配,研究了复配溶液的泡沫性能及无机盐和油相对复配体系的影响。针对泡沫性能较好的SLS/C_(12)A和SDS/C_(12)A复配体系进行了CO_(2)响应消泡以及N_(2)加热重新起泡实验,分析了复配泡沫的响应机理。结果表明,SLS/C_(12)A复配体系的泡沫性能最好,SDBS/C_(12)A的泡沫稳定性最差。SLS/C_(12)A复配体系的耐盐能力强,SDS/C_(12)A复配体系的抗油效果显著。两种复配体系均表现出较好的响应性和可逆性。通过消泡后溶液形态和表面张力的变化分析响应机理为:质子化的C_(12)A与表面活性剂静电吸引形成络合物,从溶液中析出,降低了溶液的表面活性,加速了泡沫的破碎。这对于不同环境油气田的表面活性剂体系选择具有一定的指导意义。

CO_2/N_2-光双重刺激响应型表面活性剂的合成及性能研究

利用7-羟基香豆素、1,10-二溴癸烷和盐酸二甲胺合成了一种双重刺激响应型的表面活性剂7-(氧-10-二甲氨基-癸基)-香豆素(7-OAC)。通入CO_2或N_2,可实现表面活性的"开"与"关",也可利用其结构中的香豆素基团在300 nm以上紫外光下进行光二聚反应。通过质谱、核磁等表征了其结构,测定了其表面性能及N_2/CO_2和双重光刺激响应性能。

胺基CO_2开关型表面活性剂的合成与性能研究

以溴代十四烷和二乙烯三胺为原料,合成了表面活性剂十四烷基二乙烯三胺(C_(14)DETA)。采用红外光谱和核磁共振氢谱对C_(14)DETA进行了结构表征。通过研究其电导率可逆、pH可逆和与SDS协同作用的开启,证明了C_(14)DETA具有良好的CO_2开关性能。测定了十四烷基二乙烯三胺碳酸氢盐(C_(14)DETA-CO_2)和SDS/C_(14)DETA-CO_2复配体系的临界胶束浓度,分别为1.0×10^(-2)和1.0×10^(-4)mol/L。通过测定C_(14)DETA-CO_2对正癸烷/水体系的乳化性能,证明了C_(14)DETA-CO_2具有良好的乳化性能,所制得乳状液为W/O型,其较佳乳化条件为:C_(14)DETA-CO_2的质量分数4%,油水体积比1∶1或1∶2。

耐温耐盐CO_(2)响应型叔胺泡沫的性能及响应机理

目的解决传统泡沫过于稳定,消泡困难等问题。方法采用N-十二烷基-1,3-丙二胺与耐温耐盐型阴离子表面活性剂复配,制备一种CO_(2)响应型耐温耐盐复配泡沫体系,并采用分子模拟探究了复配泡沫的稳定性和响应机理。N-十二烷基-1,3-丙二胺具有良好的质子化性能和耐盐性能,但其耐温性能较差,且不具备响应性能。将其与十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基磺酸钠复配后,高温下起泡速度提高了40%,泡沫存在时间达到复配前的3.17倍,耐温性显著提升,且具有良好的CO_(2)响应性能。分子模拟研究发现,通入CO_(2)后,液膜内SDS中含S原子基团与C_(12)N(CH_(3))N(CH_(3))_(2)中带正电荷的N原子基团相结合,从而失去表面活性,导致泡沫的稳定性变差,这也是响应消泡的原因。结论该复配体系具有良好的耐温耐盐性能和响应性能,能够在苛刻环境下完成泡沫排水采气后实现响应消泡,具有广阔的应用前景。

自生CO_2结合表面活性剂复合吞吐数值模拟

层内自生CO_2吞吐是低渗小断块油田提高采收率的新型技术,既发挥了CO_2混相或非混相驱油机理又解决CO_2气源和注入过程井筒腐蚀等问题。针对目前自生CO_2以及结合表面活性剂复合吞吐的参数优化研究很少等情况,探索了应用化学驱、热采模型对层内自生CO_2以及注入表面活性剂的操作工艺参数进行优化的方法。基于某实际低渗透油藏单井径向模型和室内自生CO_2及表面活性剂实验测试结果,在对流体相态、自生CO_2过程、表面活性剂驱相关参数及生产动态拟合的基础上,开展生气剂注入量、生气剂浓度、注入速度、关井时间、采液强度对复合吞吐效果影响的模拟研究。结果显示,生气剂注入量、注入浓度和采液强度对复合吞吐效果影响较大,并且存在最佳的取值范围,其中:最佳生气剂量为200～250 t、摩尔分数为3.0%～5.0%、采液强度为7 m^3/d;适当增加注入速度和延长关并时间有助于提高吞吐效果。该研究对于自生CO_2复合吞吐的优化以及该技术在小断块低渗油藏提高采收率领域的推广应用具有重要意义。

CO_(2)响应型智能封窜剂研究进展

重点分析了CO_(2)响应型封窜剂的分子组成、响应机理和封窜性能,综述了近年来国内外用于辅助CO_(2)驱智能封窜剂的研究进展。用于CO_(2)流动控制的常规封窜剂存在难注入与封堵效率低等不利因素,基于非共价作用的封窜剂可以对CO_(2)做出智能响应,由于其封堵能力强、注入性好,在辅助CO_(2)驱中控制气窜和提高原油采收率中效果显著。介绍了具有应用潜力的新型CO_(2)响应体系,并讨论了其未来发展趋势与应用前景。

“CO_(2)+表面活性剂”复合体系优化及驱油效率

国内矿场应用CO_(2)驱提高原油采收率普遍存在CO_(2)与原油混相程度低导致驱油效率低的问题,为提高CO_(2)—原油混相程度,进行"CO_(2)+表面活性剂"复合驱油研究,在超临界CO_(2)中测试和对比油气两亲性表面活性剂Superweet320、SPO5和LAE4的溶解度、降黏、增膨和降低油气界面张力性能,确定SPO5作为细管驱替实验用表面活性剂。细管实验表明,在0.8 PV段塞尺寸条件下,"CO_(2)+表面活性剂(质量分数为0.8%SPO5)"复合驱提高驱油效率8.44百分点。通过理论分析及实验评价系统方法,优选出适合目标区块的表面活性剂,采用复合驱方式能够有效提高驱油效率。

低渗稠油油藏CO_(2)表面活性剂复合吞吐开发——以克拉玛依油田五区南上乌尔禾组油藏为例

克拉玛依油田五区南上乌尔禾组油藏为低孔低渗稠油油藏,储集层物性差,注水开发产量递减快,地层能量保持程度低,后油井全面关停。近年来重新压裂复产,初期效果显著,但产量递减率高。为解决油井低产低效的问题,开展CO_(2)表面活性剂复合吞吐技术研究,并进行提产试验。在增油机理实验的基础上,应用多组分油藏数值模拟技术,对CO_(2)表面活性剂复合注入方式及参数进行优化;建立了增产油量随不同吞吐周期注入量、注气速度、焖井时间、开采强度等参数变化的响应关系,确定了复合吞吐的最佳注入参数。矿场实施后,单井自喷达240 d,增产原油630 t,补充地层能量、改善流动性的效果显著,可供同类油藏开发参考。

不同降水年型下大气CO_(2)浓度和温度对旱地春小麦产量的响应模拟

为量化不同降水年型CO_(2)浓度升高、增温对旱地春小麦(Triticum aestivum L.)产量的影响,本研究基于甘肃省陇中地区气象数据、土壤数据和管理数据驱动APSIM模型,设置不同CO_(2)浓度和温度增量变化来模拟甘肃陇中未来气候情景,分析气候变化情景对春小麦产量稳定性和可持续性的影响,评估不同气候处理对应的产量风险。结果表明:APSIM模型模拟的干旱年和湿润年小麦产量的归一化均方根误差NRMSE小于13%,一致性指标D大于0.85,平水年产量的归一化均方根误差NRMSE大于20%,一致性指标D小于0.8,表明APSIM模型对干旱年和湿润年春小麦产量模拟的精确性高于平水年春小麦产量的模拟。CO_(2)浓度和温度对春小麦产量均具有显著影响,且温度对小麦产量的变化具有主导影响。在增温和CO_(2)浓度共同升高条件下,降水效应表现为湿润年>平水年>干旱年,二者协同所导致的产量减产效应表现为平水年>干旱年>湿润年。对比不同降水年型产量的变异系数和可持续性指数发现,干旱年增温2.5~3℃小麦产量风险最大;湿润年增温2~2.5℃小麦产量风险最大;平水年增温1℃小麦产量风险最大。

稠油油藏表面活性剂辅助CO_(2)驱油效果及主控性能

针对稠油油藏储层特征与开发现状,基于静态泡沫性能与驱油性能评价,复配了3种具备不同性能的表面活性剂,并研究了不同表面活性剂辅助CO_(2)驱油效果,明确了表面活性剂的主控性能。实验结果表明,表面活性剂S1,S2和S3辅助CO_(2)驱油对渗透率级差为3.0的非均质岩心水驱后采收率增幅分别为19.7%,13.2%和15.2%,优于直接注入CO_(2)的驱油效果,说明表面活性剂可以提高稠油油藏高含水阶段CO_(2)驱油效果。其增油机理主要为表面活性剂驱油贡献及其与后续CO_(2)产生的泡沫的驱油贡献。表面活性剂乳化能力越强,乳化现象越明显,驱油效率增幅越大;静态发泡能力越强,与CO_(2)在岩心中越容易产生泡沫;强发泡能力-弱稳定性表面活性剂与CO_(2)产生的泡沫更容易实现深部调驱。随着非均质岩心渗透率级差从3.0增至9.0,3种表面活性剂辅助CO_(2)驱油效果均不同程度地下降,其中S1辅助CO_(2)驱油的采收率增幅降至12.6%,相比于S2和S3,S1对岩心非均质性变化的适应性较强。因此,对于目标油藏,具备强乳化、强发泡能力且兼顾弱泡沫稳定性的复配表面活性剂S1辅助CO_(2)驱油效果最佳,对非均质性变化的适应性更强。