超临界CO2泡沫调驱技术研究

CO2作为气驱的一种驱替方式,除了具备一般气驱所具有的驱替机理之外,还具有因CO2本身易溶于油和水的物理化学特性所带来的一些特殊的驱替机理。将CO2气体与表面活性剂溶液混合形成CO2泡沫体系,可以有效地控制CO2的流度,同时发挥着泡沫驱和CO2驱的提高采收率机理,大幅提高石油采收率。与此同时,CO2气体作为使全球变暖的温室气体,控制CO2的排放,并将其有效地埋存至地层,是各国政府面临的重大挑战。 本文从超临界CO2的物理性质出发,实验观察了55°C不同压力（5～20MPa）下CO2气体的状态变化,并发现不同压力范围下具有很大的差异;在55°C、9MPa条件下进行了超临界CO2起泡实验,发现超临界CO2泡沫是呈灰白色乳状液的状态,且稳定性不如同实验条件下的N2泡沫;实验研究了超临界CO2在多孔介质中的运移规律,分析了渗透率、含油饱和度、含盐量等对其扩散平衡的影响;通过理论推导,结合CO2泡沫PVT实验,将水中CO2溶解度的概念引入当中,发展了CO2泡沫的理论状态方程。 通过含水岩心的驱替实验研究了超临界CO2泡沫的渗流规律。从超临界CO2的物理特性上分析了渗透率、气液比和注入速度对其封堵性能的影响,解释了超临界CO2泡沫的阻力因子变化规律异于N2泡沫的原因;定义了分流指数（Diversion Number）的概念用以表征并联岩心CO2泡沫的分流效果,发现随渗透率级差的增大分流效果越好。通过稳态单相线性渗流的假设发展了泡沫分流理论,引入渗透率变差的概念研究了影响泡沫分流效果的本质因素,发展了三套半理论半经验方程。 通过微观驱替实验研究了超临界CO2泡沫的微观渗流和驱油规律。从实验中观察到多孔介质中泡沫的产生机理和渗流规律,并通过理论分析了泡沫在多孔介质中的产生条件,发现存在泡沫产生的气流上限速度和下限速度,揭示了泡沫驱替宏观现象的微观机理;观察了CO2泡沫的驱油过程,依靠大气泡占据孔道是其驱油的主要特征,并通过观察总结了CO2泡沫的相关驱油机理。 通过对比实验和影响因素实验研究了CO2泡沫调驱的提高采收率效果。结果表明,CO2泡沫较水驱、气驱和水气交替驱能够大幅提高石油采收率;基于油藏水敏性的特点采用CO2泡沫/CO2交替（FAG）注入方式进行实验,研究了泡沫注入量、注入周期和注泡沫气液比对提高采收率效果的影响。实验结果表明,上述三个影响因素都在不同的程度上影响着CO2泡沫调驱效果,其本质在于能否在高速通道中形成高强度的泡沫。