改性纳米二氧化硅和表面活性剂协同作用的CO2泡沫稳定机理及渗流特征

Carbon dioxide foam flooding is widely used in oil and gas field development. Because carbon dioxide is of high diffusivity and solubility under high temperature and high pressure, the stability of carbon dioxide foam stabilized surfactant is poor, and gas channeling is serious. Silica nanoparticle and surfactant can substantially enhance stability of carbon dioxide foam, improving the utilization rate of carbon dioxide in the formation. Based on experiment methods, combinating interface physical chemistry and fluid flow mechanics in porous media, modified silica nanoparticles will be obtained in this research. Stability mechanism for foam stabilized by silica nanoparticle and surfactant will be studied. Silica nanoparticle and surfactant system for carbon dioxide foam will be optimized. Through microscopic visualization and CT scanning experiments, seepage characteristics of carbon dioxide foam system will be studied. The results of the research can further improve the foam flooding theory and field application for carbon dioxide foam flooding.

二氧化碳泡沫驱油技术在油气田开发中有着广泛的应用，由于高温高压下二氧化碳具有较高的扩散性和溶解性，使得表面活性剂稳定的二氧化碳泡沫起泡性能差，气相窜流严重，二氧化硅纳米颗粒和表面活性剂协同作用可以大幅增强二氧化碳泡沫体系的稳定性，提高二氧化碳利用率。本课题以实验研究为手段，将界面物理化学和渗流力学相结合，在得到改性二氧化硅纳米颗粒的基础上，研究二氧化硅纳米颗粒和表面活性剂协同稳泡机理，优选得到用于二氧化碳泡沫的二氧化硅纳米颗粒和表面活性剂复合体系；通过微观可视化实验和CT扫描等实验手段研究该二氧化碳泡沫复合体系的渗流特性，得到该体系提高封堵能力和采收率方面的作用机理。本课题的研究结果可以进一步完善泡沫复合驱渗流理论，为改善二氧化碳泡沫驱的现场应用效果提供理论基础。

利用表面活性剂溶液产生的CO2泡沫能够在一定程度上控制CO2气体流度，发挥CO2的驱油优势，但表面活性剂在地层中吸附量大，在高温高盐环境中稳定性较差。纳米颗粒可用作稳泡剂提高泡沫的稳定性，且在一定条件下可与表面活性剂产生协同作用，但相关研究未对泡沫的气相种类做出区分，且在应用方面研究较少。因此，有必要对纳米颗粒与表面活性剂在稳定CO2泡沫方面的协同作用进行相关机理与应用研究。.首先通过对SiO2纳米颗粒进行改性，并对改性后的疏水性能进行了表征，得到了具备不同亲疏水特性的SiO2纳米颗粒；然后利用Warning Blender方法测量了SiO2纳米颗粒和不同类型表面活性剂复配体系的泡沫性能：其中SiO2/CTAB体系不能提高泡沫的稳定性；SiO2/C12E4体系虽然能够提高复配体系的泡沫稳定性，但是该协同作用主要源于复配体系粘度的提高；SiO2/SDS体系可以显著提高泡沫的稳定性，二者有可能产生协同效应稳定泡沫；接下来通过静态评价与分析方法，研究了SiO2纳米颗粒与SDS对CO2泡沫的协同稳定作用规律、机理及其影响因素，实验结果表明：SiO2纳米颗粒与水的接触角大于79.83°时才能与SDS产生有效的协同作用，且SiO2颗粒与SDS仅在一定浓度比介于0.10-0.40时存在协同作用，当浓度比在0.17附近时协同稳定作用最强；二者的协同作用机理主要包括改善颗粒在CO2/H2O界面的吸附位置、改善界面性质、减弱歧化作用、减缓排液以及增大泡沫机械强度；分析研究发现温度、压力及无机盐离子是SDS/SiO2复合体系稳泡效果的重要影响因素。.通过微观渗流实验研究了SDS/SiO2复合体系CO2泡沫在多孔介质中的渗流规律及驱油机理，结果表明：由于符合体系泡沫的机械强度高，使其较普通泡沫对于附着在岩石壁面上的原油具有更明显的“擦除”作用，且这种“擦除”作用结合泡沫在多孔介质中的快速反复运动对于提高泡沫的洗油效率具有重要意义；最后，通过室内岩心驱替实验研究了SDS/SiO2复合体系CO2泡沫的调驱性能，结果表明SiO2纳米颗粒的加入能够提高CO2泡沫的封堵与驱油性能。