CN115960598B

CN115960598B - 微纳米粉煤灰颗粒强化泡沫体系的应用方法

Info

Publication number: CN115960598B
Application number: CN202310262370.1A
Authority: CN
Inventors: 张超; 吴仪; 李兆敏; 李宾飞; 李鹏飞; 张德心; 顾子涵; 刘雅莉
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2023-03-17
Filing date: 2023-03-17
Publication date: 2023-06-09
Anticipated expiration: 2043-03-17
Also published as: CN115960598A

Abstract

本发明属于石油开采领域，具体提供了一种微纳米粉煤灰颗粒强化泡沫体系的应用方法。本发明根据地层渗透率选择相应的固相颗粒尺寸范围、聚合物分子量以及聚合物浓度来调整泡沫体系粘度，实现固相颗粒的自悬浮，通过固相颗粒的自悬浮使不同粒径的固相颗粒呈现不同规律的沉降和运移，在地层中进一步发挥作用。采用上述方法不仅可使泡沫寿命延长、增强泡沫稳定性，同时可以根据不同类型的油藏提高泡沫体系的运移深度。

Description

微纳米粉煤灰颗粒强化泡沫体系的应用方法

技术领域

本发明涉及一种微纳米粉煤灰颗粒强化泡沫体系的应用方法，属于油气田开发工程技术领域。

背景技术

在“双碳”背景下，近年来，随着我国CCUS技术的发展，不断优化能源结构，加强碳的捕集和利用对于油气能源的优化是很有必要的。由燃煤电厂产生的粉煤灰是国家明文列出的固废物，其利用量远不及产生量，因此，产生大量的堆积，会对环境造成极大伤害。例如，由于粉煤灰过量堆积会污染地下水，粉煤灰在空气当中也会形成可吸入人体的微颗粒，因此提高粉煤灰的利用率是非常迫切的。

油气开采过程中，泡沫驱是一种高效的提高采收率的方法，泡沫在地层中的气体扩散，液膜析液等不稳定现象，使得泡沫的稳定性较差，泡沫的稳定性制约着泡沫驱在油藏当中的应用。在环境条件苛刻的油田中，例如高温、高压、高矿化度以及孔隙尺度变化大的缝洞型油藏泡沫更加难以稳定，进而影响油藏的开采。目前粉煤灰颗粒进行资源化利用是很多学者关注的焦点，有学者提出用粉煤灰颗粒作为强化泡沫的稳定剂可以大幅度提高泡沫稳定性。

中国专利CN109971443 A公开了一种三相泡沫封窜剂及其制备方法，稠油开采调堵方法由发泡剂、淀粉、聚合物、引发剂、交联剂、控制剂、固相颗粒组成，泡沫体系虽然有较好的耐温性，但所需材料种类繁多，组分较为复杂，增加了较多工作量，且在油田现场使用过程中易发生沉降，不易于长时间存放，体系在地层运移较短距离就会产生分层的现象，由于重力分异的作用，颗粒沉降而气液流体继续向前运移，进而泡沫破灭，地层中由于非均质性可能会堵塞地层，不能起到高效利用泡沫的作用。

中国专利CN102977872 A公开了一种用于三次采油提高原油采收率的强化泡沫驱油剂，由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂还有水溶性高分子聚合物等组成的泡沫体系，其中的增稠剂没有起泡能力，该体系中驱油剂虽然有较好驱替效果但在泡沫驱替过后的残存物可能会污染地层。

中国专利CN109943313 A公开了一种超临界二氧化碳微乳液与粉煤灰颗粒复配分散体制备设备及方法，从电厂捕获的粉煤灰粒径范围较广，大粒径在使用时都要通过研磨的方式来提高粒径的均一性，粒径的不均一导致颗粒在泡沫溶液中有明显的沉降现象。一般颗粒在配置成泡沫前都需进行研磨的工作，研磨后的粒径范围变窄。通过研磨来达到粒径的均一性，无形的增加了工作的成本也给施工带来了不便，并且，在研磨过程中会产生二次粉尘。目前很少有人关注体系的粘度对颗粒稳定泡沫的影响，进而使泡沫的有效作用量减小，泡沫在产生过程中大部分颗粒沉于底部，只有少部分颗粒对泡沫的稳定性做出贡献，泡沫整体稳定性变差。

中国专利CN110984933 A公开了一种油田特高含水期粉煤灰强化多相复合调驱方法，可以通过泡沫段塞来提高调驱效果。该调驱方式由粉煤灰强化泡沫、表面活性剂泡沫、微乳液和水组成。这三者之间发生作用虽然增加调驱效果，改变了储层的非均质性，提高了油藏开发价值，但是未考虑到固相颗粒受重力分异作用后在资源利用和环境保护方面的影响，因此还有很大的提升空间。

中国专利CN105238380 A公开了一种油气田用新型无机微细颗粒强化泡沫体系及其制备方法，该强化泡沫体系是由起泡剂、新型无机微细颗粒和氮气、二氧化碳或空气组成的。该强化泡沫体系可以变废为宝利用新型无机微细颗粒，降低新型无机微细颗粒对空气环境带来的污染，体现了资源的高效利用，但该体系在粒径的分选方面没有涉及。

中国专利CN109943307 A公开了一种在稠油热采过程中用于调剖封堵的泡沫溶液及其制备方法和泡沫体系以及调剖封堵的方法。该泡沫体系由起泡剂、含油污泥混煤燃烧灰渣及分散剂等组成。该泡沫体系实现了含油污泥从源头到最终产物的整体资源化利用，降低了煤炭用量，但对于泡沫中固相颗粒的粒径选择也未涉及。

以上技术在应用过程中，没有考虑粒径的均一性是有差异的。在运移过程中，非均一性粒径的固相颗粒受重力作用的影响沉降规律不同。随着颗粒在运移过程中的不断沉降，泡沫的稳定性降低。颗粒在深部运移过程中的不断沉降（所述深部是指在作业井径向方向上远的距离），导致粉煤灰在现场应用过程当中会产生堵塞。与储层不配伍或在运移过程当中会产生沉降等一系列问题限制了粉煤灰的推广，因此，提供一种低成本的且极大程度利用粉煤灰各粒径范围组成的、具有较高泡沫寿命的泡沫体系是有必要的。

发明内容

针对上述问题本发明提供了一种微纳米粉煤灰颗粒强化泡沫体系的应用方法。本发明根据地层渗透率选择相应的固相颗粒尺寸范围、聚合物分子量以及聚合物浓度来调整泡沫体系粘度，实现固相颗粒的自悬浮，通过自身的悬浮使大固相颗粒和小固相颗粒呈现不同规律的沉降和运移，在地层中进一步发挥作用。采用上述方法不仅可使泡沫寿命延长、增强泡沫稳定性，同时可以根据不同类型的油藏提高泡沫体系的可再生性能和运移深度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种微纳米粉煤灰颗粒强化泡沫体系的应用方法，

所述泡沫体系包括：非离子表面活性剂、固相颗粒、聚合物。

本发明通过调节聚合物分子量，改变泡沫体系粘稠度，从而使不同粒径的固相颗粒能稳定分散于泡沫体系当中，提高固相颗粒的稳泡性能。

针对渗透率为大于1000×10^-3μm²的油藏，选择固相颗粒粒径为23μm~53μm、粘稠度为150mPa·s~300mPa·s的泡沫体系；

针对渗透率为100×10^-3μm²~1000×10^-3μm²的油藏，选择固相颗粒粒径为6.5μm~23μm、粘稠度为100mPa·s~150mPa·s的泡沫体系；

针对渗透率为10×10^-3μm²~100×10^-3μm²的油藏，选择固相颗粒粒径为500nm~6.5μm、粘稠度为50mPa·s~100mPa·s的泡沫体系。

所述粘稠度通过聚合物的浓度及分子量进行调节。

优选的，针对渗透率为大于1000×10^-3μm²的油藏，泡沫体系选择粒径为23μm~53μm的固相颗粒，浓度为0.07~0.3wt%、分子量为1000~1500万的聚合物进行复配组合；

针对渗透率为100×10^-3μm²~1000×10^-3μm²的油藏，泡沫体系选择粒径为6.5μm~23μm的固相颗粒，浓度为0.02~0.07wt%、分子量为700~1000万的聚合物进行复配组合；

针对渗透率为10×10^-3μm²~100×10^-3μm²的油藏，泡沫体系选择粒径为500nm~6.5μm的固相颗粒，浓度为0.01~0.02wt%、分子量为500~700万的聚合物进行复配组合。

对于复杂的不同尺度孔隙并存的油藏，本发明通过调节泡沫体系粘稠度，根据地层的不同渗透率泵注不同的泡沫体系。针对渗透率大的地层，大分子量聚合物与大粒径固相颗粒形成较好的配伍作用，泡沫体系增稠，较稠泡沫体系通过泵注的作用进入对应的地层进行作业。相应的，针对渗透率小的地层，通过分子量小的聚合物与粒径小的固相颗粒形成较好的配伍作用，降低泡沫体系的粘稠度，通过泵注的作用进入对应的地层进行作业。在同一地层中使不同粒径通过不同粘稠度的泡沫体系悬浮到达指定的相应位置。

如，油藏经过注水注气多轮次的吞吐或长时间的冲刷，注入井附近孔隙比原始的大。注泡沫过程中，近井区相对于远井地带为大孔隙地层、平均渗透率较大，远井地带为小孔隙地层、平均渗透率较小，地层处于非均质状态，泡沫刚注入到地层当中剪切作用较弱，孔喉较大，缩颈现象较差，在注入一段距离后泡沫稳定性急剧下降，泡沫继续运移会产生气液分离，不能进行后续的深部运移。针对这一现象，注入前期根据地层渗透率选择溶液粘稠度较大的泡沫体系携带大固相颗粒进入至地层中，在不封堵孔隙的情况下运移至近井区，并在稳定泡沫的过程中产生固相颗粒的沉降。注入后期选择溶液粘稠度较小的泡沫体系再注入，该溶液携带较小的固相颗粒继续进行深部运移。

其中，所述非离子表面活性剂包括：高碳脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、十二烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）、烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）。

所述聚合物为聚丙烯酰胺，分子量为500~1500万。所述聚合物先将泡沫体系增稠让固相颗粒悬浮起来，非离子表面活性剂吸附到带正电的固相颗粒表面，将固相颗粒表面电位占满，形成一个不带电基团在外、带电基团被包裹的球体。许多包裹着固相颗粒的非离子表面活性剂球状物之间互相排斥，有助于固相颗粒稳定分散于溶液当中，使整个泡沫体系更加稳定。

所述固相颗粒为粉煤灰，所述粉煤灰固相颗粒元素组成按质量分数分布为：氧47.83%，硅11.48%~31.14%，铝6.40%~22.91%，铁1.90%~18.51%，钙0.3%~25.1%。所述粉煤灰密度为1.9~2.9g/cm³，堆积密度为0.531~1.261g/cm³，是廉价的固体废弃物，产量巨大。所述固相颗粒的粒径范围为500nm~53μm。

本发明通过聚合物分子量和浓度的调节实现溶液粘稠度的调节，进而提高固相颗粒在泡沫体系中的悬浮稳定性，从而实现固相颗粒稳泡能力的发挥与增强；本发明根据不同的孔隙尺度选择相应的固相颗粒，从而使固相颗粒基于架桥理论形成架桥，实现快速有效的封堵。

优选的，本发明所选用的固相颗粒粒径小于孔喉直径的三分之一。当固相颗粒粒径小于孔喉直径的三分之一时，固相颗粒在孔喉内的流动中才不会出现堆积堵塞；若固相颗粒粒径大于孔喉直径的三分之一时，固相颗粒在孔喉内的流动会出现堆积堵塞，致使后续泡沫体系无法继续泵入，影响固相颗粒的流动。

更优选的，所述固相颗粒在泡沫体系中的浓度不小于5wt%，当固相颗粒浓度达到5wt%时，固相颗粒能够有效架桥封堵漏失通道。

本发明还提供了上述泡沫体系的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，将表面活性剂加入到去离子水中，配成表面活性剂水溶液；

步骤S2，根据地层条件对固相颗粒进行筛选，筛分出对应目数的固相颗粒；

步骤S3，将上述固相颗粒和对应的聚合物加入S1中配置好的表面活性剂水溶液充分搅拌得到第一混合溶液；

步骤S4，将上述步骤S3的第一混合溶液进行500~1000W的超声分散1-3h得到第二混合溶液；

步骤S5，将上述步骤S4得到的第二混合溶液进行高速分散得到第三混合溶液；

步骤S6，将S5得到的第三混合溶液采用Waring Blender方法进行搅拌起泡，即得提高深部运移稳定性的粉煤灰颗粒强化泡沫体系。

其中，步骤S1中，所述表面活性剂为非离子表面活性剂，浓度为0.1~0.7wt%。

其中，步骤S2中，所述固相颗粒为粉煤灰，浓度为5~20wt%，粒径范围为500nm~53μm。

其中，步骤S3中，所述聚合物浓度为0.01~0.3wt%，加入聚丙烯酰胺使泡沫体系粘稠度增大，有助于固相颗粒在泡沫体系中分散更稳定。

其中，所述步骤S5中采用高速分散仪进行高速分散，所述高速分散为转速为15000~25000r/min的间歇式分散，其中分散时间为1~3min、静置时间为20~40s，按照分散-静置-分散-静置-分散的过程进行。

其中，所述步骤S4和S5中，经过超声分散及高速分散，表面活性剂与固相颗粒充分接触、充分反应，使表面活性剂吸附于固相颗粒上，起到分散固相颗粒的作用，与此同时也能起到使泡沫体系增粘的作用。

其中，所述步骤S6中的Waring Blender方法的搅拌转速为7000~9000rpm，搅拌时长为2~5min，搅拌过程中的气源为空气或氮气。

所述泡沫体系能形成较长的稳定期限，泡沫体系的半衰期可以持续20天，该泡沫体系的长期稳定得益于，形成三相泡沫体系的固相颗粒存在于泡沫的液膜之间，随着时间的推移泡沫中液体的析出，析出的液体携带部分颗粒流入到另一个液膜组织，固相颗粒的流动在泡沫液膜中架桥，阻碍气体的扩散，使液膜组织更加坚固；聚合物的加入在很大程度上使固相颗粒可以均匀稳定的分散于溶液当中，改变液体的界面张力提高了固相颗粒的悬浮能力。

与现有技术比较，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明根据地层渗透率选择固相颗粒尺寸范围、聚合物分子量以及聚合物浓度来调整泡沫体系粘稠度，实现固相颗粒的自悬浮，通过固相颗粒的自悬浮使大固相颗粒和小固相颗粒呈现不同规律的沉降和运移，在地层中进一步发挥作用。

（2）本发明提供的泡沫体系用100mL发泡液在Waring Blender方法的搅拌下产生的起泡体积是415mL，产生的泡沫析液半衰期为4894s，在常温常压下能保持超长时间的泡沫稳定性。

（3）本发明提供了一种气、液、固三相泡沫体系，三相泡沫体系中的非离子表面活性剂与带正电的固相颗粒通过电荷的相互吸附能够发生协同增效作用。

（4）本发明提供的泡沫体系在制备过程中，表面活性剂更加稳定的吸附在固相颗粒表面，进而也改变了固相颗粒的疏水性；液膜内部的固相颗粒相互交错可以形成类似于架桥一样的骨架，液膜因有固相颗粒的存在其机械强度变大，固相颗粒在液膜外和液膜边界层起到保护作用延缓液膜变薄，大幅提高泡沫体系的稳定性；泡沫在地层中破灭后，固相颗粒对地层污染小，并且部分固相颗粒可吸附到地层表面，进而改变储层的润湿性，提高采收率。

（5）本发明提供的泡沫体系具有广阔的发展前景，并且极大程度降低了成本，实现了化害为利变废为宝的环境友好型作业。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方案做进一步详细描述。

实施例与对比例采用上述实验材料及步骤，本实施例中所用的材料、试剂等，若无特殊说明，则均可通过商业途径得到，试验方法也均为常规方法。

实施例1

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.3wt%；聚合物聚丙烯酰胺的分子量为1200万，浓度为0.07wt%；固相颗粒粉煤灰粒径为38μm（400目），浓度为10wt%；加去离子水补充至100wt%；

泡沫体系的制备方法，包括：

步骤S3，将上述固相颗粒和聚合物加入S1中配置好的表面活性剂水溶液充分搅拌得到第一混合溶液；

步骤S4，将上述步骤S3的第一混合溶液进行800W的超声分散2h得到第二混合溶液；

步骤S5，将上述步骤S4得到的第二混合溶液进行高速分散得到第三混合溶液，所述高速分散为转速为20000r/min的间歇式分散（其中分散时间为2min、静置时间为30s，按照分散-静置-分散-静置-分散的过程进行）。

步骤S6，将S5得到的第三混合溶液采用Waring Blender方法以8000rpm的转速进行3min的搅拌起泡，即得提高深部运移稳定性的粉煤灰颗粒强化泡沫体系。

实施例2

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.4wt%；聚合物聚丙烯酰胺分子量为1200万，浓度为0.07wt%；固相颗粒粉煤灰粒径为38μm（400目），浓度为10wt%；加去离子水补充至100wt%；

泡沫的制备方法与实施例1中的步骤相同。

实施例3

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.5wt%；聚合物聚丙烯酰胺分子量为1200万，浓度为0.07wt%；固相颗粒粉煤灰粒径为38μm（400目），浓度为10wt%；加去离子水补充至100wt%；

泡沫的制备方法与实施例1中的步骤相同。

实施例4

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.4wt%；聚合物聚丙烯酰胺分子量为800万，浓度为0.03wt%；固相颗粒粉煤灰粒径为15μm（900目），浓度为15wt%；加去离子水补充至100wt%；

泡沫的制备方法与实施例1中的步骤相同。

实施例5

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.4wt%；聚合物聚丙烯酰胺分子量为700万，浓度为0.01wt%；固相颗粒粉煤灰粒径为2.7μm（5000目），浓度为20wt%；加去离子水补充至100wt%；

泡沫的制备方法与实施例1中的步骤相同。

实施例6

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.3wt%；聚合物聚丙烯酰胺分子量为700万，浓度为0.02wt%；固相颗粒粉煤灰粒径为6.5μm（2000目），浓度为10wt%；加去离子水补充至100wt%；

采用填砂管进行封堵实验，所述填砂管的平均孔喉直径为57μm，渗透率为35×10^-3μm²。

所述封堵实验的操作步骤为：

(1)准备填砂模型，将准备好的200目石英砂填入填砂管中；检查其气密性，若气密性良好则测量填砂管干重；

(2)将填砂管抽真空4h，然后以0.5mL·min^-1的速率饱和水，称取饱和水后的填砂管湿重；

(3)通过填砂管湿重与干重的重量差计算孔隙度；根据达西方程，通过注入恒定流量为1mL/min的水来测试填砂管的渗透率；

(4)先以0.5mL·min^-1的注入速率进行前置水驱，注入量为2PV；后续以氮气1mL·min^-1，泡沫体系混合溶液0.5mL·min^-1，气液比2:1的注入速率及配比进行泡沫驱，该阶段泡沫体系的注入量为8PV；最后再以0.5mL·min^-1的注入速率进行后续水驱，注入量为3PV；

(5)记录填砂管两端压差，判断封堵效果。

实施例7

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.4wt%；聚合物聚丙烯酰胺分子量为700万，浓度为0.02wt%；固相颗粒粉煤灰粒径为2.7μm（5000目），浓度为20wt%；加去离子水补充至100wt%。

采用填砂管进行封堵实验，所述填砂管采用200目石英砂进行填充，平均孔喉直径为43μm，渗透率为20×10^-3μm²。所述封堵实验操作步骤同实施例6。

对比例1

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.3wt%、加去离子水补充至100wt%；

泡沫体系的制备方法为：

步骤S1，将上述表面活性剂按照比例加入到水中，配成表面活性剂水溶液；

步骤S2，将上述步骤S1的表面活性剂水溶液用700W进行超声分散2h；

步骤S3，将上述步骤S2超声分散后的溶液用高速分散仪进行高速分散，所述高速分散为转速为20000r/min的间歇式分散（其中分散时间为2min、静置时间为30s，按照分散-静置-分散-静置-分散的过程进行）；

步骤S4，将上述步骤S3高速分散后的溶液采用Waring Blender方法以8000rpm的转速进行3min的搅拌起泡，即得泡沫体系。

对比例2

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.4wt%、加去离子水补充至100wt%；

泡沫体系的制备方法及步骤与对比例1相同。

对比例3

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.5wt%、加去离子水补充至100wt%；

泡沫体系的制备方法及步骤与对比例1相同。

对比例4

泡沫体系的制备方法及步骤如下：

步骤S2，将上述步骤S1得到的表面活性剂水溶液采用Waring Blender方法以8000rpm的转速进行3min的搅拌起泡，即得泡沫体系。

对比例5

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.4wt%；聚合物聚丙烯酰胺分子量为1000万，浓度为0.07wt%；固相颗粒粉煤灰粒径为23μm（600目），浓度为10wt%；加去离子水补充至100wt%。

采用填砂管进行封堵实验，所述填砂管以200目石英砂进行填充，平均孔喉直径为43μm，填砂管调整渗透率为20×10^-3μm²。所述封堵实验操作步骤同实施例6。

对比例6

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.4wt%；聚合物聚丙烯酰胺分子量为1200万，浓度为0.07wt%；加去离子水补充至100wt%。

采用通过填砂管进行封堵实验，所述填砂管以200目石英砂进行填充，平均孔喉直径为43μm，填砂管调整渗透率为20×10^-3μm²。所述封堵实验操作步骤同实施例6。

对比例7

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.4wt%；聚合物聚丙烯酰胺分子量为800万，浓度为0.03wt%；加去离子水补充至100wt%；

泡沫体系的制备方法与实施例1中的步骤相同。

对比例8

泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.4wt%；聚合物聚丙烯酰胺分子量为800万，浓度为0.01wt%；固相颗粒粉煤灰粒径为15μm（900目），浓度为15wt%；加去离子水补充至100wt%；

泡沫体系的制备方法与实施例1中的步骤相同。

实验方法：

取100mL Waring Blender法搅拌得到的泡沫体系放入500mL量筒中，立即计时，记录量筒中生成泡沫的体积记为起泡体积V(mL)，并将量筒中的泡沫静置观察泡沫中析出液体的时间，待泡沫中析出液体为50mL时记录析液半衰期T（s）。通过起泡体积和析液半衰期反应泡沫的质量，验证泡沫的稳定性和起泡能力。

结果与分析1：

制备好的泡沫体系V和T的数据记录如下实验结果见表1。

表1

以上所述是本发明的优选实施例，实验结果表明，实施例1~4制备出的泡沫体系与对比例1~4不含固相颗粒的体系相比，固相颗粒的加入得到了极长时间的泡沫半衰期，固相颗粒的加入会提高溶液的粘度，泡沫体系中液膜的界面张力增加，泡沫稳定性大幅度增强，泡沫有非常好的稳定性。

结果与分析2：

所述封堵实验的数据记录如下实验结果见表2。

表2

实验结果，实施例6、实施例7、对比例6都有形成泡沫，加固相颗粒的泡沫稳定效果更好。对比例5通道内发生了堵塞。

通过对比实施例6和实施例7得出，根据地层的不同渗透率，通过调节固相颗粒的粒径、聚合物的分子量及浓度使固相颗粒稳定分散悬浮于溶液当中，生成稳定的泡沫体系。通过对比实施例7、对比例5得出，对比例5堵塞是由于固相颗粒的粒径过大堵塞了孔道，这可能是发生了颗粒的堆积堵塞现象。通过对比实施例7和对比例6得出，加固相颗粒形成的泡沫强度比不加固相颗粒形成的泡沫强度要强，因此固相颗粒的加入有效地强化了泡沫的稳定性。

结果与分析3：

制备好的泡沫体系V和T的数据记录如下实验结果见表3。

表3

通过对比表3可以得出，聚合物的加入可以增加泡沫体系的析液半衰期；固相颗粒的增加也会增加泡沫的稳定性，但只是小幅度增加；只有当聚合物与固相颗粒处于一个合适的比例，才会产生效果很好的协同作用，泡沫也会非常稳定。

应用例1：

由于长期开采或出砂等问题近井地带孔喉变大，远井地带相应的孔喉较小。针对这样的地层结构特征，本应用例设置如下填砂管实验：

(1)准备填砂模型，将准备好的200目石英砂填入填砂管后半段中；检查其气密性，若气密性良好则测量填砂管干重；

(3)通过填砂管干重与湿重的重量差计算孔隙度；根据达西方程，通过注入恒定流量为1mL/min的水来测试填砂管后半段的渗透率为10×10^-3μm²（平均孔喉直径为30μm）;

（4）将200目石英砂再填入填砂管前半段中，重复步骤（1）-（3），计算填砂管整体的渗透率，再通过平均渗透率，计算得到填砂管前段的渗透率为30×10^-3μm²（平均孔喉直径为52μm）；

(5)先以0.5mL·min^-1的注入速率进行前置水驱，注入量为2PV；后续以氮气1mL·min^-1，第一组泡沫体系0.5mL·min^-1，气液比2:1的注入速率及配比进行泡沫驱，该阶段泡沫体系注入量为4PV；

（6）再以氮气1mL·min^-1，第二组泡沫体系0.5mL·min^-1，气液比2:1的注入速率及配比进行泡沫驱，该阶段泡沫体系注入量为4PV；

最后再以0.5mL·min^-1的注入速率进行后续水驱，注入量为2PV；

(7)记录填砂管两端压差，判断封堵效果；经记录，本应用例中的压差为11MPa，并未出现堵塞。

其中，所述第一组泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.4wt%；聚合物聚丙烯酰胺分子量为500万、浓度为0.01wt%；固相颗粒粉煤灰粒径为5μm、浓度为10wt%；

所述第二组泡沫体系的组成成分比例为：非离子表面活性剂AEO浓度为0.4wt%；聚合物聚丙烯酰胺分子量为700万、浓度为0.02wt%，固相颗粒粉煤灰粒径为2.7μm、浓度为15wt%；

本应用例中泡沫体系的制备方法与实施例1中的步骤相同。

本应用例采用不同粒径的固相颗粒复配不同浓度及分子量的聚合物，对减缓固相颗粒沉降、稳定固相颗粒悬浮起到重要作用，从而使泡沫体系可向地层深部流动。若固相颗粒受重力作用并未稳定地分散在流体当中，会产生固相颗粒沉降的现象，泡沫液中固相颗粒的有效浓度下降，泡沫的稳定性变差，进而使泡沫体系在地层深部的运移受限。固相颗粒在流动过程中只有一直悬浮在泡沫体系当中才能不断起到稳定的作用。

同时，本应用例针对同一地层中的不同孔隙结构，采用不同的泡沫体系进行泵注，使大粒径固相颗粒可以运移至大孔隙地层，小粒径固相颗粒可以运移至小孔隙地层，实现地层通道的有效封堵。

Claims

1.一种微纳米粉煤灰颗粒强化泡沫体系的应用方法，其特征在于，

所述泡沫体系包括：非离子表面活性剂、固相颗粒、聚合物；

所述非离子表面活性剂为高碳脂肪醇聚氧乙烯醚；所述聚合物为聚丙烯酰胺；所述固相颗粒为粉煤灰；

针对渗透率为大于1000×10^-3μm²的油藏，选择固相颗粒粒径为23μm~53μm、粘稠度为150mPa·s~300mPa·s的泡沫体系；所述泡沫体系的聚合物浓度为0.07~0.3wt%、分子量为1000~1500万；

针对渗透率为100×10^-3μm²~1000×10^-3μm²的油藏，选择固相颗粒粒径为6.5μm~23μm、粘稠度为100mPa·s~150mPa·s的泡沫体系；所述泡沫体系的聚合物浓度为0.02~0.07wt%、分子量为700~1000万；

针对渗透率为10×10^-3μm²~100×10^-3μm²的油藏，选择固相颗粒粒径为500nm~6.5μm、粘稠度为50mPa·s~100mPa·s的泡沫体系；所述泡沫体系的聚合物浓度为0.01~0.02wt%、分子量为500~700 万；

所述泡沫体系的制备方法包括以下步骤：

步骤S1，将非离子表面活性剂加入到去离子水中，配成非离子表面活性剂水溶液；

步骤S4，将上述步骤S3的第一混合溶液用500~1000W进行超声分散1-3h得到第二混合溶液；

步骤S5，将上述步骤S4得到的第二混合溶液进行高速分散，得到第三混合溶液；

步骤S6，将步骤S5得到的第三混合溶液采用Waring Blender方法进行搅拌起泡，即得提高深部运移稳定性的粉煤灰颗粒强化泡沫体系；

其中，所述步骤S1的非离子表面活性剂浓度为0.1~0.7wt%；

所述步骤S2的固相颗粒浓度为5~20wt%；

所述步骤S3的聚合物浓度为0.01~0.3wt%。

2.根据权利要求1所述的微纳米粉煤灰颗粒强化泡沫体系的应用方法，其特征在于，

针对近井区为大孔隙地层、远井地带为小孔隙地层的油藏，注入前期根据油藏渗透率选择对应的高粘稠度泡沫体系携带大固相颗粒泵注入至地层中，注入后期选择对应的低粘稠度泡沫体系携带小固相颗粒再进行泵注；所述大孔隙地层的渗透率大于1000×10^-3μm²；所述小孔隙地层的渗透率为10×10^-3μm²~100×10^-3μm²；所述高粘稠度泡沫体系的粘稠度为150mPa·s~300mPa·s；所述低粘稠度泡沫体系的粘稠度为50mPa·s~100mPa·s；所述大固相颗粒的粒径为23μm~53μm；所述小固相颗粒的粒径为500nm~6.5μm。

3.根据权利要求1所述的微纳米粉煤灰颗粒强化泡沫体系的应用方法，其特征在于，

所述固相颗粒粒径小于孔喉直径的三分之一。

4.根据权利要求1所述的微纳米粉煤灰颗粒强化泡沫体系的应用方法，其特征在于，

所述固相颗粒在泡沫体系中的浓度不小于5wt%。

5.根据权利要求1所述的微纳米粉煤灰颗粒强化泡沫体系的应用方法，其特征在于，

所述步骤S5中采用高速分散仪进行高速分散；

所述高速分散为转速为15000~25000r/min的间歇式分散；

所述间歇式分散的分散时间为1~3min、静置时间为20~40s，按照分散-静置-分散-静置-分散的过程进行。

6.根据权利要求1所述的微纳米粉煤灰颗粒强化泡沫体系的应用方法，其特征在于，

所述步骤S6中的Waring Blender方法的搅拌转速为7000~9000rpm，搅拌时长为2~5min，搅拌过程中的气源为空气或氮气。