(중국석화석유탐사개발연구원 채취율 연구소, 베이징 100083)
대경 유전 유수 조건 하에서 표면활성제의 인터페이스 성능과 거품 성능을 평가하여 거품 배합과 주입 방식을 최적화했다. 쌍자표면활성제의 표면장력은 약 25mN/m 으로 표면활성제 농도가 0.05% ~ 0.3% 인 범위 내에서 원유와 초저 인터페이스 장력에 도달할 수 있어 거품 안정성이 우수합니다. 기액은 거품 채취율에 비해 가장 큰 영향을 미치고, 그 다음은 중합체 농도이다. 최적의 거품 시스템 배합은 계면활성제 농도 0.3%, 중합체 농도 2000mg/L, 기액비 3: 1 입니다. 기체와 표면활성제/중합체 이원액의 혼합주입 압력 증가폭이 가장 크며 시간이 가장 적게 걸리고 거품 채취율이 높다. 기체, 표면활성제, 중합체가 완전히 분리되어 번갈아 주입할 때 압력이 가장 적게 상승하고 시간이 가장 오래 걸리고 수확률이 가장 적다. 기체와 이원 액체가 번갈아 주입될 때 압력과 수확률이 가운데에 있다. 현장 구현 과정과 함께 선호 기체와 표면활성제/중합체 이원액 교체 주입 방식을 통해 교체 주기가 짧을수록 거품 채취율이 높아진다.
계면 활성제 초저 계면 장력; 거품 드라이브 채취율을 높이다. 주입방식
초저 계면 장력 폼 성능 및 코어 범람 계획의 최적화에 관한 연구
서관례
(중국 석유화학 탐사 개발연구원, 베이징 100083, 중국)
이 글은 선택한 표면활성제의 인터페이스 성질, 거품 안정성을 연구했다. 대경 유전의 저수지 조건에 따라 레시피와 주입 방식을 최적화했다. 실험에 따르면 이 쌍자표면활성제의 표면장력은 약 25mN/m( 25℃ C) 으로 초강력 표면활성성을 가지고 있다. 표면활성제 농도가 0.05% ~ 0.3% 인 범위 내에서 기름과 표면활성제 용액 사이에 초저인터페이스 장력 (< 0.0 1mN/ m) 이 얻어졌다. 거품 부피의 붕괴 반감기에 따르면 거품 안정성은 α-올레핀 술폰산 나트륨과 중 알킬 벤젠 술폰산 나트륨보다 우수합니다. 초저 계면 장력 폼의 경우, 기체-액체 비율은 폴리머 범람 후 폼의 EOR 에 비해 가장 뚜렷하고 중합체 농도가 다음이다. 선호 계면 활성제 농도는 0.3%, 중합체 농도는 2000 mg/L, 기액비는 3: 1 입니다. 표면활성제와 중합체의 사용량이 같은 경우 가스와 표면활성제와 중합체로 구성된 액체를 동시에 주입하면 가장 높은 주입 압력과 가장 높은 회수율이 발생합니다. 중압과 EOR 은 가스와 액체의 교대 주입에서 나온다. 동시에 주사하는 데 걸리는 시간은 공기액이 번갈아 주사하는 것보다 시간이 적게 걸린다. 단일 계면 활성제, 중합체, 기체의 교체 주입은 가장 긴 주입 시간이 필요하다. 유전 주입 공정과 함께 선호 주입 방식은 가스액 교체 주입으로, 교체 주기가 짧을수록 폴리머 침수 후 거품 EOR 이 높아진다.
키워드 계면 활성제; 초저 계면 장력; 거품 범람; 석유 회수율을 높이다. 주입 모드
거품은 기체가 발포제 용액에 분산되어 있는 분산체계로, 발포제는 일반적으로 표면활성제이다. 다상 점성 유체로서 거품은 저밀도, 고점도 및 전단 희석의 특성을 가지고 있어 오일 회수율을 높이는 응용 전망을 가지고 있습니다. 거품은 기체 유량을 통제하고 채수율을 높이는 방면에서 이미 충분한 연구 [1 ~ 3] 를 하였으며, 현장 실험도 어느 정도 성과를 거두었다. 국내 대경 유전과 승리 유전도 거품 범람 기술에 대한 다년간의 연구 [4] 를 실시했는데, 그중 대경 유전의 거품 복합 침수 기술이 가장 대표적이다. 실험은 회수율을 20% 이상 높이는 효과 [5] 를 달성했다. 이는 거품 범람 기술이 수전 회수율을 크게 높일 수 있는 잠재력 [6] 을 가지고 있음을 보여준다.
대경 유전에서 완성한 거품 복합오일 실험은 표면활성제, 중합체, 강염기로 구성된 삼원체계를 채택하고 있다. 좋은 침수 효과를 얻었지만 강한 알칼리로 인한 부식, 스케일링, 거품 안정성 등 부정적인 문제는 피할 수 없다. 삼원 복합체계의 주요 기술적 특징 중 하나는 표면활성제와 알칼리 시너지 작용으로 초저유수 인터페이스 장력을 발생시킨다는 것이다. 여러 해 동안 복합드라이브 연구의 중점은 알칼리를 넣지 않고 원유와 초저 인터페이스 장력을 실현할 수 있는 표면활성제를 합성해 성과를 거두었다는 점이다. 선택한 표면활성제의 성능을 연구하고, 무알칼리 초저인터페이스 장력 거품 시스템이 중합체에 범람한 후의 기름 유출 효과를 살펴보고, 거품체계의 레시피를 최적화해 현장 실험방안 제정에 참고할 수 있도록 했다.
1 실험 재료 및 방법
1..1실험 재료
실험용 기름은 대경 유전 우물의 탈수 원유와 모의유이며, 실험용수는 유전을 주입하여 여과한 후 사용하는 하수이다. 중합체는 중국 석유 대경 정제화회사에서 생산하는 분자량이 3072 만 인 폴리아크릴이다. 표면활성제 (DWS) 는 대련 데이비스가 제공하는 비이온성 쌍자표면활성제이다. 중 알킬 벤젠 설포 네이트 (HABS) 는 대경 동호 투자유한공사에서 생산되며, 알파-올레핀 설포 네이트 (AOS) 는 절강성 중국 경공업화학회사에서 구매한다. 암심은 대경 석유학원에서 구입한 30cm 길이의 인조 3 층 비균일암심으로 침투율 변동 계수는 0.72 이고 다공성은 22% ~ 25% 입니다.
1.2 실험 방법
1) 표면 장력: 표면 장력 측정기 k 12(Kruss 회사 생산), 펜던트 측정; 자동 표면 장력 측정기 추적기 (Teclis 생산) 는 매달림 방법으로 측정됩니다.
2) 유수 인터페이스 장력: 회전식 드롭 인터페이스 텐셔너, TX500C, 45 C.
3) 거품 반감기: 거품 스캐너 (Teclis 제조), 가스 주입 속도 30ML/분, 가스 주입 300mL, 온도 45 C.
4) 암심 대체 실험: 먼저 암심을 진공시키고, 물을 포화시킨 다음, 기름포화로, 노화한 후 하루 후에 물드라이브, 수분 함량이 98% 를 넘으면 중합체드라이브 (후속 물드라이브 포함) 를 진행한다. 마지막으로 초저 인터페이스 장력 거품 복합과 후속 물 드라이브를 진행한다.
2 실험 결과
2. 1 표면 장력
표면장력은 표면활성제의 활성성을 평가하는 중요한 지표이다. 표 1 에서 볼 수 있듯이 쌍둥이 표면활성제 (DWS) 의 표면장력은 온도가 높아지면 일반 표면활성제와 마찬가지로 낮아진다. 일반 계면 활성제의 표면 장력은 일반적으로 30mN/m 보다 큽니다. 예를 들어 중알킬벤젠 설포 네이트의 표면 장력 차원은 3 1.5 Mn/m[7], α-올레핀 설포 네이트의 표면 장력 차원은 34.4mn/m [8] 입니다. 25 C 에서 쌍자표면활성제의 표면장력은 약 25mN/m 으로, 탄화수소표면활성제에 가까운 이론적 최저표면장력값 [9] 으로 실리콘 표면활성제 (20 ~ 30mn/m) 와 동등해 쌍자표면활성제가 좋은 활성성을 가지고 있음을 보여준다.
표 1 쌍자표면활성제의 표면장력 (DWS)
트래커 자동 표면 장력 측정기 (그림 1) 로 다양한 농도의 표면활성제 용액이 25 C 에서 동적 표면 장력을 측정했습니다. 실험이 진행됨에 따라 농도가 다른 표면활성제 용액의 표면장력이 점차 낮아졌다. 계면 활성제 농도가 높을수록 표면 장력이 낮아집니다. 표면 장력이 농도에 따라 변하는 추세에 따라 이 표면활성제의 임계 미셀 농도 (CMC) 는 약 0.08%, 25 C 의 표면 장력 값은 약 25 mN/m 입니다.
그림 1 쌍자표면활성제의 동적 표면장력 (DWS)
2.2 오일-물 계면 장력
유수 인터페이스 장력은 유류용 표면활성제의 중요한 지표이다. 서로 다른 농도 (중합체 농도 1000mg/L) 의 표면활성제/중합체 이원계 인터페이스 장력 테스트 결과 (그림 2) 에 따르면 쌍둥이 표면활성제의 인터페이스 장력은 테스트에 따라 점차 감소하며 20 분 후 인터페이스 장력은 0.01MN 미만이다 쌍자표면활성제는 0.05% ~ 0.3% 의 넓은 농도 범위 내에서 초저유수 인터페이스 장력을 실현할 수 있다. 중 알킬 벤젠 설포 네이트의 초저 계면 장력은 염기의 존재 하에서만 [10] 에 도달 할 수 있으며 α-올레핀 설포 네이트의 초저 계면 장력은 알칼리 첨가에도 도달하지 못한다.
그림 2 제미니 계면 활성제 DWS 의 오일-물 계면 장력
2.3 거품 안정성
거품의 안정성은 반감기로 표기할 수 있는데, 하나는 볼륨 감쇄 반감기 (거품 볼륨 감쇄에 필요한 시간) 와 액체 분리 반감기 (거품에서 액체의 절반을 배출하는 데 필요한 시간) 입니다. 표 2 는 거품 스캐너로 측정한 표면활성제 용액의 거품 볼륨 감쇠 반감기를 보여줍니다. 농도가 다른 쌍둥이 표면활성제 반감기는 모두 60min 보다 크며, 알킬벤젠 설포 네이트와 α-올레핀 설포 네이트의 안정성이 좋다.
표 2 다른 계면 활성제의 거품 반감기
초저유수 인터페이스 장력은 유류용 표면활성제의 기본 요구 사항이다. 현재 시장에서 흔히 볼 수 있는 표면활성제 유수 인터페이스 장력은 모두 비교적 높아 초저 인터페이스 장력에 미치지 못한다. 인터페이스 장력이 높은 이유는 이 표면활성제의 친수성이 너무 강하기 때문에 낮은 인터페이스 장력을 얻으려면 표면활성제 소수기단의 길이나 수량을 늘려야 하기 때문이다. 소수기단의 길이나 수량을 늘리면 표면활성제 분자 간의 소수성 결합을 개선하고 거품 속 표면활성제 액막의 강도를 높이며 액막의 인터페이스 점탄성을 증가시켜 거품의 안정성을 높이는 데 도움이 된다. 따라서 초저 계면 장력을 얻는 것은 거품 안정성을 높이는 표면 활성제 분자 구조에 대한 요구와 어느 정도 일치한다. 쌍자표면활성제 (DWS) 의 두 개의 소수기단은 친지성을 증가시켜 원유와 초저 인터페이스 장력에 도달할 수 있어 거품 안정성이 좋다. DWS 는 유류용 초저 인터페이스 장력 거품 체계에 가장 적합한 선택이다.
2.4 폼 시스템 공식 최적화
오일 거품은 쌍둥이 표면활성제, 중합체, 기체로 구성되어 있다. 표면활성제와 중합체의 농도와 기체의 양 (기액비) 은 거품의 기름 유출 성능에 중요한 영향을 미친다. 거품체계의 최적의 레시피를 결정하기 위해 표면활성제 농도, 중합체 농도, 가스액 비율에 대해 3 요소 3 수준 직교 실험을 실시하여 거품체계의 레시피를 최적화했다. 각 실험의 실험 조건과 범람 결과는 표 3 에 나와 있다.
표 3 직교 실험 조건 및 범람 결과
표 3 의 데이터는 극차 분석에 따라 분석되며 분석 방법은 [1 1] 을 참조하십시오. 거품 채취율을 평가 지표로 표 3 의' 표면활성제 농도' 열의 II 가 가장 크며, 이는 0.3% 의 표면활성제 농도 수준이 비교적 좋다는 것을 보여준다. 거품 중합체 농도 열에서 ⅲ 가 가장 크며 중합체 농도 수준 2000mg/L 이 더 우수함을 나타냅니다. 기체-액체 비율 열에서 ⅲ 가 가장 크며 기체-액체 비율이 3: 1 임을 나타냅니다. 따라서 거품 채취율에 따르면 최적의 침수 조건은 표면활성제 농도 0.3%, 중합체 농도 2000mg/L, 기액비 3: 1 입니다. "기체-액체 비율" 이 가장 크고, "고분자 농도" 가 뒤 따른다. 이는 기체-액체가 거품 범람 회수율에 가장 큰 영향을 미치고, 그 다음은 중합체 농도이다.
거품 범람 회수에 대한 2.5 주입 방법의 영향
거품 체계는 쌍자표면활성제, 중합체, 기체를 포함하며, 기름 유출 과정에서 다양한 주입 방법으로 결합될 수 있다. 첫 번째는 기체를 동시에 주입하고, 표면활성제와 중합체를 이원 액체로 섞은 다음, 일정한 기체 비율에 따라 기체와 동시에 암심을 주입하는 것이다. 둘째, 기체-액체 대체 주입 (기체-액체 세그먼트 플러그 주입). 먼저 표면활성제와 중합체를 혼합하여 이원거품액을 형성하고, 정해진 기액비와 교체주기에 따라 가스를 번갈아 주입한다. 둘째, 계면 활성제, 중합체, 기체가 번갈아 주입됩니다. 즉, 정해진 교체 주기와 가스 비율에 따라 중합체 세그먼트 플러그를 먼저 주입한 다음, 계면 활성제 세그먼트 플러그를 주입하고, 가스 세그먼트 플러그를 주입하고, 차례로 주입합니다. 암심 범람 실험을 통해 서로 다른 주입 방식이 침수 효과에 미치는 영향을 조사했다. 실험에서 표면활성제 농도는 0.3%, 중합체 농도는 2000mg/L, 표면활성제 주입량은 0.3PV, 암심수드라이브 후 다른 주입방식을 하는 거품드라이브, 실험 결과는 표 4 에 나와 있다.
표 4 거품 범람 결과의 다른 주입 방법
표 4 에서 1, 2, 3 번 실험은 중합체, 표면활성제, 기체를 완전히 분리하여 주입한 암심 범람 실험으로, 교체주기가 0. 1 PV 와 0.05PV, 즉 0./KLOC-0 을 먼저 주입한다. 표 4 에 표시된 교체 순환가스비 조건 하에서 세 가지 물질이 완전히 분리되어 주입되며, 폴리머 침수 후 거품 드라이브 평균은 채취율 15.63% 를 높일 수 있습니다. 표 4 에서 4 번과 5 번 실험에서 기체, 표면활성제, 중합체로 구성된 이원발포 액체를 번갈아 주입한다. 실험 1, 2, 3 과 같은 거품액 사용량에서 가스와 이원액체가 번갈아 주입한 거품 침수 회수율은 완전히 분리되어 주입한 거품 채취율보다 낫다. 실험 6 의 주입 방안은 먼저 0. 1 PV 중합체 사전 세그먼트 플러그를 주입한 다음 기체와 표면활성제 용액 (200mg/L 중합체 포함) 을 동시에 주입한 다음 마지막으로 0.2PV 중합체 보호 세그먼트 플러그를 주입하는 것이다. 이전 실험과 비교했을 때 중합체 사용량을 절약하는 조건에서 거품 채취율이 18% 에 육박하는 것은 가스와 이원 액체가 번갈아 주입되는 효과와 맞먹는다. 그림 3 은 세 가지 다른 사출 방법에 해당하는 압력 곡선을 보여 줍니다. 첫 번째 곡선은 가스와 표면활성제 용액 (200 mg/L 중합체 포함) 을 동시에 주입하는 압력 곡선입니다. 중합체 사전 세그먼트 플러그에 가스액을 주입하는 동시에 주입 단계에서 주입 압력이 계속 상승하지만 중합체 보호 세그먼트 플러그를 주입할 때 압력 상승이 뚜렷하지 않아 거품이 암심 틈새를 막을 수 있는 능력이 뛰어나다는 것을 알 수 있다. 두 번째 곡선은 가스와 이원 액체 (중합체와 표면활성제의 혼합) 가 번갈아 주입되는 압력 곡선입니다. 이원체계를 주입할 때 압력이 상승한다. 가스 주입으로 전환한 후 압력이 먼저 상승한 후 하강하기 시작한다. 실험이 진행됨에 따라 전체 주입 압력이 점차 상승하지만 화학제 주입이 끝날 때의 최대 압력은 기액이 동시에 주입될 때의 최대 압력보다 낮다. 세 번째 곡선은 중합체, 표면활성제 및 가스가 완전히 분리되어 주입되는 압력 곡선입니다. 중합체를 주입할 때 압력이 상승하고, 표면활성제를 주입할 때 압력이 약간 떨어지고, 가스를 주입할 때 압력이 떨어진다. 총 주입 압력이 점차 높아지지만 기체와 이원액체가 번갈아 주입될 때의 압력보다 낮다. 기액은 동시에 혼합주입할 때 대체시간이 가장 짧고, 세 가지 물질이 완전히 분리되어 주입할 때 대체시간이 가장 길고, 기액이 번갈아 주입할 때 대체시간이 중간에 있다.
이 결과들은 거품에 대해 기체를 동시에 주입하는 것이 가장 좋은 주입 방법이며, 그다음은 교대 가스와 이원 액체 주입이 뒤 따른다. 현재 현장 실험은 가스와 액체를 동시에 주입하기가 어렵기 때문에 가스와 표면활성제/중합체 이원액을 번갈아 주입하는 것이 좋습니다.
다른 주입 모드에서 거품 범람 압력 곡선.
2.6 거품 범람 회수에 대한 대체 주입주기의 영향
거품 드라이브에서 가스와 이원 액체 (표면활성제+중합체) 가 번갈아 주입되는데, 이는 교체주기 또는 주파수를 포함한다. 서로 다른 교체 주기 하에서 암심 거품의 기름 제거 효과를 평가함으로써 기체-액체 교체 주기를 선호한다. 물 범람과 폴리머 범람의 조건은 이전과 같다. 거품액 중 표면활성제 농도는 0.3%, 중합체 농도는 2000mg/L, 거품액 주입량은 0.3PV, 기액비는 3: 1 입니다. 거품 시스템을 주입한 후 0.2PV 중합체 보호 세그먼트 플러그를 주입합니다. 무알칼리 초저 인터페이스 장력 거품 시스템은 중합체가 몰린 후 인공 3 층 비균일 코어를 번갈아 주입할 때의 오일 구동 효과가 표 5 에 나와 있다.
실험 결과, 어떤 주입 방식을 사용하든 폴리머 침수 후 거품 채취율이 16% 포인트 이상 높아질 수 있음을 보여준다. 다른 조건이 같은 경우, 교대 횟수가 증가함에 따라 중합체 침수 후 거품 채취율이 증가하는 추세다. 혼합 주입법에 비해 교체 주입법 거품 채취율이 약간 낮아졌다. 따라서 현장 실험에서 교체 주기를 최대한 단축해야 한다.
표 5 다른 교대 단계에서 폴리머 범람 후 코어 범람 결과
3 결론 이론
1) 25 C 에서 쌍자표면활성제 (DWS) 의 표면장력은 약 25mN/m 으로, 탄화수소표면활성제에 가까운 이론적 최소 표면장력으로 높은 표면활성을 나타낸다. 원유와 더 넓은 농도 범위 내에서 초저 계면 장력을 달성 할 수 있으며 알킬 벤젠 설포 네이트 및 α-올레핀 설포 네이트보다 거품 안정성이 우수합니다.
2) 거품 체계 배합에서 기액은 거품 채취율에 가장 큰 영향을 미치고, 그 다음은 중합체 농도다. 좋은 거품체계 배합은 표면활성제 농도 0.3%, 중합체 농도 2000 mg/L, 기액비 3: 1 입니다.
3) 거품은 기체와 표면활성제/중합체 이원액을 혼합하여 주입해 압력 증가폭이 가장 크고 시간이 가장 짧고 수확률이 가장 높다. 가스, 표면활성제, 중합체가 완전히 분리되어 번갈아 주입할 때 압력 상승이 가장 적고 시간이 가장 오래 걸리고 수확률이 가장 적다. 기체와 이원 액체가 번갈아 주입될 때 압력과 수확률이 가운데에 있다.
4) 거품 광산 실험에서 기체와 표면활성제/중합체 이원액이 번갈아 주입되어 교체주기가 짧을수록 거품 채취율이 높아진다.
참고
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