不同泡沫注入参数对使用APG和CTAB表面活性剂配方实现的整体二氧化碳储存潜力的影响

《International Journal of Greenhouse Gas Control》：Effect of different foam injection parameters on overall CO 2 storage potential using APG and CTAB surfactant formulation

CO2泡沫驱替通过优化表面活性剂组合（0.3wt%APG+0.15wt%CTAB）和SAG注入参数（泡沫质量30%-90%、SAG注射率2-6ft/d、slug size 0.25-0.75PV）有效提升碳酸岩储层中CO2封存潜力（最高达74.2%），较WAG和纯CO2驱替提高显著。

　　随着全球变暖问题日益严重，人类活动产生的二氧化碳（CO?）排放量持续增加，这促使了对CO?封存技术的研究。CO?封存作为一种重要的碳捕集与封存（CCS）手段，旨在通过将CO?注入地下地质结构，实现其长期储存，从而减少温室气体排放对气候的影响。在众多潜在的封存地点中，盐水层因其巨大的存储潜力而成为研究的重点。据相关研究，盐水层的CO?存储能力可达400至10,000吉吨（Gt），这使其成为大规模CO?封存的理想选择。然而，CO?封存过程中面临诸多挑战，包括注入效率低、扫油效率不足等，这些问题直接影响封存效果和经济可行性。

CO?泡沫驱油技术被广泛认为是一种提高CO?封存效率的有效策略。该技术通过在高渗透区域形成泡沫，从而将CO?引导至低渗透区域，增加其在地层中的分布范围，提高扫油效率。此外，泡沫的形成还能降低CO?的流动性，减少其在地层中的迁移，有助于实现更稳定的封存效果。泡沫的稳定性是该技术成功的关键因素之一，它决定了泡沫能否在地层中有效存在并发挥其作用。在实际应用中，泡沫的稳定性受多种因素影响，包括泡沫质量、注入速率以及泡沫段的大小。

本研究聚焦于CO?泡沫驱油技术在碳酸盐岩地层中的应用，采用了一种结合了非离子型表面活性剂（APG）和阳离子型表面活性剂（CTAB）的复合配方，其中APG的浓度为0.3 wt%，CTAB的浓度为0.15 wt%。这种组合在实验中表现出优异的泡沫稳定性，能够有效提高CO?的封存效率。研究通过核心驱替实验，模拟了实际储层条件，即1250 psi的压力和60 °C的温度，以评估不同注入参数对CO?封存潜力的影响。

实验结果显示，泡沫质量的变化显著影响CO?的封存效果。当泡沫质量在30%至90%之间变化时，CO?的封存潜力范围在39.1%至74.2%之间。泡沫质量较高时，CO?在地层中形成较大的气泡团，而非分散的气泡，这会降低泡沫的强度，从而影响其封存能力。因此，在实际应用中，需要根据具体地层条件选择合适的泡沫质量，以确保CO?能够被有效封存。

此外，SAG注入速率的变化也对CO?封存潜力产生重要影响。当SAG注入速率从2 ft/day增加到6 ft/day时，CO?的封存潜力从74.2%下降至43.5%。这一现象表明，过高的注入速率可能导致泡沫的强度下降，从而影响其在地层中的分布和稳定性。因此，在设计CO?泡沫驱油方案时，必须合理控制注入速率，以避免因泡沫强度不足而导致封存效果下降。

SAG段大小同样对CO?封存潜力具有显著影响。实验中发现，当SAG段大小在0.25 PV至0.75 PV之间变化时，CO?的封存潜力呈现波动，最终在优化的段大小下达到73.7%。这表明，适当的SAG段大小有助于提高泡沫的稳定性，从而增强CO?的封存能力。然而，过小或过大的段大小都可能对封存效果产生负面影响，因此需要通过实验确定最佳的段大小。

在实际应用中，CO?泡沫驱油技术相较于传统的水交替气（WAG）驱油和纯CO?驱油具有明显的优势。研究表明，使用SAG技术能够显著提高CO?的封存潜力，这不仅有助于减少CO?的迁移，还能提高其在地层中的分布范围。这种技术的应用能够有效解决传统封存方法中遇到的注入效率低和扫油效率不足的问题，为实现更高效的CO?封存提供了新的思路。

APG和CTAB的协同作用在泡沫稳定性方面表现尤为突出。APG作为一种非离子型表面活性剂，主要通过空间位阻效应来稳定泡沫的层状结构，而CTAB则通过静电排斥作用增强泡沫的稳定性。实验结果表明，APG与CTAB的组合能够显著延长泡沫的半衰期，使其在地层中保持更长时间的稳定性。这种协同效应不仅提高了泡沫的强度，还增强了其在不同地层条件下的适应性，使得CO?泡沫驱油技术在盐水层等复杂地层中具有更广泛的应用前景。

研究还发现，盐度和压力对CO?封存潜力具有积极影响。在盐度较高的情况下，泡沫的强度和粘度均有所提高，从而增强了CO?的封存能力。同时，较高的压力条件也有助于提高泡沫的稳定性，使其在地层中更有效地分布。这些发现为CO?泡沫驱油技术的实际应用提供了重要的理论支持，表明在优化注入参数的同时，还需考虑地层的盐度和压力条件，以实现最佳的封存效果。

综上所述，CO?泡沫驱油技术在提高CO?封存效率方面展现出巨大潜力。通过合理调整泡沫质量、SAG注入速率和段大小等参数，可以有效优化泡沫的稳定性，从而提高CO?在地层中的分布范围和封存能力。此外，APG和CTAB的协同作用在增强泡沫稳定性方面发挥了关键作用，使得该技术在不同地层条件下的应用更加灵活和高效。这些研究成果不仅为CO?封存技术的发展提供了新的方向，也为实现碳中和目标提供了重要的技术支持。