Закачка пены - расширение границ повышения нефтеотдачи
Закачка пены - важный метод повышения нефтеотдачи пластов (ПНП) за счет увеличения эффективности нагнетания жидкости для охвата объема пласта и одновременного увеличения вытеснения нефти. Пена может образовываться либо на поверхности перед закачкой, либо в поровом пространстве пласта. В сложных пластовых условиях обычные пенообразователи часто химически нестабильны, поэтому необходимо иметь средства для отбора различных пенообразователей на пригодность в условиях высокой температуры (до 130 °C) и высокой солености (220 г/л).
Чтобы понять поведение пены в таких условиях, исследователи должны иметь возможность проводить испытания в среде, максимально приближенные к реальным условиям. Среди ключевых параметров для изучения и оптимизации пены для закачки пены - межфазное натяжение и вязкоупругий модуль E*. Оба параметра можно измерить с помощью видеотензиометров серии SVT, которые используются со специальными капиллярами, выдерживающими высокое давление перегретой воды при температуре до 130 °C и позволяющими изменять скорость вращения в колебательном режиме для определения реологических показателей, таких как вязкоупругий модуль E*.
Эксперимент по методу осцилляции видеотензиометра вращающейся капли: Модуль вязкоупругости E*
Модуль вязкоупругости E* характеризует, насколько быстро поверхностно-активные молекулы реагируют на изменение межфазной области. Для измерения капля, окруженная внешней жидкой фазой, помещается в капилляр, который вращается со скоростью до 20000 об/мин. При колебательном изменении скорости вращения центробежная сила на капле периодически меняется, а значит, периодически меняется и площадь межфазной поверхности. Поверхностно-активные вещества из основной массы мигрируют в дополнительно созданную межфазную область и покидают ее, когда она уменьшается. Эта миграция происходит не мгновенно, поэтому во время колебаний концентрация ПАВ на границе раздела фаз меняется, а вместе с ней и межфазное натяжение. Это приводит к фазовому сдвигу между межфазной площадью и межфазным натяжением и может быть использовано для расчета вязкоупругого модуля E*.
В качестве иллюстрации интересных результатов, которые можно получить с помощью такого оборудования, приведем последнюю работу Вэя и Пу и их команды из Государственной ключевой лаборатории геологии и эксплуатации нефтегазовых залежей в Чэнду, Китай[1]. Они изучали различные неионогенные, амфотерные и анионные ПАВ на предмет их пенообразующих свойств в суровых пластовых условиях.
Многие ПАВ были отсеяны в ходе исследования из-за их низкой термической стабильности или выпадения осадка при высокой солености. Смесь гликозидного ПАВ (A) и гидроксисульфобетаина (B) в соотношении 3 к 1 показала более низкое поверхностное натяжение и больший модуль вязкоупругости по сравнению с чистыми A или B, что привело к улучшению свойств пены при высокой температуре. Эти результаты указывают на то, что абсорбция на границе раздела газ-жидкость улучшается при использовании смеси 3 к 1, и пена становится более прочной, что можно проиллюстрировать тем, что смесь приводит к образованию более плотно упакованной молекулярной пленки, которая снижает газопроницаемость и, таким образом, повышает стабильность пены.
Кроме того, они исследовали поверхностное натяжение и вязкоупругий модуль E* при различных температурах (90 °C, 100 °C, 110 °C), показав, что оба параметра уменьшаются с повышением температуры, что свидетельствует об увеличении молекулярного движения, которое приводит к повышению проницаемости пленки и снижению эластичности и стабильности пены, а также к увеличению адсорбции на границе раздела газ-жидкость, улучшающей способность к пенообразованию.
Ключевым моментом для успешного понимания и количественной оценки поведения пенообразователей в жестких условиях является специально разработанный капилляр, позволяющий безопасно перегревать водные растворы до температуры до 130 °C без кипения, а также исследовать межфазную реологию на видеотензиометре вращающейся капли.
Если вы хотите узнать больше о содержании статьи, вы можете напрямую обратиться к списку литературы ниже: