摘要：稠油熱采區(qū)塊進(jìn)入多輪次吞吐階段由于地層的非均質(zhì)性、流度比差異及蒸汽超覆等因素的影響造成周期產(chǎn)油量低，油汽比低、含水高、經(jīng)濟性差。蒸汽縱向和橫向波及效率低是造成以上現(xiàn)象的主要原因。顆粒型堵劑無法解決地層深部封堵調(diào)剖的問題。泡沫的特性決定其可實現(xiàn)地層深部的封堵調(diào)剖。伴蒸汽注入氮氣和泡沫劑可有效提高蒸汽的波及效率和驅(qū)替效率，提高周期產(chǎn)油量和油汽比。針對勝利油田稠油埋藏深，注汽壓力高的實際，研制在310℃條件下可形成有效封堵的泡沫體系。對泡沫體系提高稠油開發(fā)效果進(jìn)行室內(nèi)研究并開展現(xiàn)場試驗。室內(nèi)研究和現(xiàn)場試驗表明，高溫復(fù)合泡沫體系可有效改善熱采稠油油藏吞吐開發(fā)效果，是進(jìn)一步提高稠油熱采油藏采收率的有效手段。

關(guān)鍵詞：泡沫；稠油；熱采；泡沫劑；氮氣

前言

稠油油藏進(jìn)入注蒸汽多輪次吞吐后期，開發(fā)效果變差，表現(xiàn)為周期產(chǎn)油量低、油汽比低、綜合含水高。注入蒸汽波及效率低是造成以上問題的主要原因。地層非均質(zhì)性共同導(dǎo)致蒸汽汽竄嚴(yán)重，注入蒸汽從高滲透帶竄流，富集剩余油的低滲透帶始終沒有得到有效動用，這導(dǎo)致多輪次吞吐后期產(chǎn)出液含水增加、效果變差。

伴蒸汽注入高溫泡沫體系可提高注入蒸汽的波及效率和驅(qū)替效率。通過加入高溫泡沫劑和氮氣，在地層孔道中產(chǎn)生泡沫，高強度的泡沫膜使氣相的滲流能力急劇降低，封堵高滲透層或大孔道，有效地抑制了蒸汽進(jìn)入高滲層、高滲段、高滲帶，轉(zhuǎn)向低滲層、低滲段、低滲帶等未驅(qū)替帶，增加了驅(qū)替體積，提高了波及面積，改善油藏開發(fā)效果。

國內(nèi)外的研究表明，伴蒸汽注入泡沫劑和氮氣可以有效降低蒸汽在高滲透帶的竄流，提高蒸汽的波及系數(shù)和驅(qū)替效率，是提高稠油熱采油藏采收率的有效方式。

勝利油田1984年在單家寺油田開展注蒸汽熱采，經(jīng)過二十多年的開發(fā)，幾個主力稠油熱采區(qū)塊已進(jìn)入到多輪次吞吐后期開發(fā)階段，單家寺單十塊的平均吞吐周期已達(dá)14，草二十塊的平均吞吐周期已達(dá)12，平均油汽比已降到0.3左右。

針對以上情況開展高溫泡沫提高稠油熱采開發(fā)效果技術(shù)研究，重點研究可用于300℃以上的高溫復(fù)合泡沫體系；對泡沫體系的影響因素進(jìn)行研究；對不同注入方式對開發(fā)效果的影響進(jìn)行研究；在勝利油田單家寺油田、樂安油田開展現(xiàn)場試驗，對實驗結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析。

1.室內(nèi)研究

1.1高溫復(fù)合泡沫劑的合成

泡沫劑是影響泡沫驅(qū)替效果的核心因素之一。好的泡沫劑應(yīng)具有高阻力因子，低界面張力，低吸附損失，高驅(qū)油效率，低成本，采用泡沫驅(qū)替工藝后必須有較高的投入產(chǎn)出比。勝利油田稠油埋藏深（平均1100m），注汽壓力在10MPa以上，蒸汽溫度高于300℃，原有的高溫泡沫體系在300℃的阻力因子低于6，無法滿足現(xiàn)場應(yīng)用的需要。因此必須研究一種可適用于高溫條件下的泡沫劑。

對不同類型極性基團的發(fā)泡性能進(jìn)行評價，確定極性基團為磺酸基的陰離子表面活性劑的高溫發(fā)泡性能最佳。在此基礎(chǔ)上合成出陰離子性表面活性劑，對表面活性劑的性能進(jìn)行評價，通過復(fù)配提高體系的界面活性和抗鹽性，最終確定出高溫復(fù)合泡沫體系。

主劑的合成采用石家莊煉油廠生產(chǎn)的異丁烯二聚副產(chǎn)物和日本三菱公司乙烯齊六聚副產(chǎn)物。將原料烯烴用芳烴稀釋，在一定溫度下滴加到含AlCl3催化劑的芳烴溶液中，滴加完畢后恒溫反應(yīng)數(shù)小時，用萃取、洗滌等方法除去AlCl3催化劑。在用無水硫酸鎂干燥、蒸餾除去物料中過量的芳烴和未反應(yīng)的烯烴，獲得中間產(chǎn)品烷基苯。將含有一定濃度SO₃的1.2-二氯乙烷溶液緩慢加到烷基苯1.2-二氯乙烷溶中，滴加過程中控制反應(yīng)溫度，滴加完畢后熟化，再加少量水老化，減壓蒸去溶劑得表面活性劑。用氫氧化鈉溶液中合，用兩相滴定法測定磺化率。

在此基礎(chǔ)上通過復(fù)配少量醇醚類非離子和短鏈陰離子組成FCY高溫復(fù)合泡沫體系。

1.2多孔介質(zhì)條件下泡沫體系影響因素研究

對影響因素的研究主要通過測試泡沫高溫半衰期的變化和在管式模型中阻力因子的變化。研究溫度、礦化度、殘余油飽和度、氣液比對泡沫封堵效率的影響。

FCY泡沫體系存在一個最佳的溫度作用范圍，過低或過高的溫度對其在多孔介質(zhì)中的發(fā)泡性能均造成影響。由于研制的FCY高溫泡沫體系具有較大的分子量，過低的溫度不利于其在泡沫液膜上的規(guī)則分布，過高的溫度使分子運動過于劇烈，泡沫液膜的穩(wěn)定性降低，封堵效率明顯下降。200℃左右該體系具有最佳的封堵調(diào)剖性能。適當(dāng)?shù)牡V化度可以降低泡沫劑分子極性基團之間的靜電斥力，增加泡沫的穩(wěn)定性，過高的礦化度尤其是過高的鈣鎂離子濃度，使泡沫劑的極性集團附近形成離子團簇，大大降低了泡沫劑分子的規(guī)則排布。

對殘余油飽和度的研究通過高溫可視發(fā)泡試驗和阻力因子測試兩方面進(jìn)行。利用表面張力法測的FCY泡沫劑臨界膠束濃度為

2.4×10^-4mol/L。將泡沫體系按不同質(zhì)量比同柴油混合，配成0.5%的溶液，放置在高溫可視發(fā)泡器中，溫度分別設(shè)定為200℃，測其發(fā)泡量和半衰期。伴隨著柴油含量的增加，泡沫劑的發(fā)泡性能明顯下降，泡沫穩(wěn)定性及半衰期也明顯下降。在高于泡沫劑CMC值的某點，泡沫體系的發(fā)泡性能基本不隨泡沫劑的濃度而變化。當(dāng)泡沫劑濃度高于CMC值的某點，在溶液內(nèi)形成膠束體，非極性柴油溶解在膠束內(nèi)，對發(fā)泡性能的影響降低，但液膜內(nèi)的非極性柴油對液膜內(nèi)發(fā)泡劑分子的排布產(chǎn)生影響，降低了其穩(wěn)定性。

通過高溫巖心流動裝置研究巖心殘余油飽和度同泡沫阻力因子之間關(guān)系。實驗在非穩(wěn)態(tài)條件下測封堵壓差同殘余油飽和度之間關(guān)系。實驗溫度200℃，巖心為線性管式模型，飽和勝利油田單家寺油田稠油油樣。

從實驗結(jié)果分析，當(dāng)殘余油飽和度高于20%時，泡沫體系難于形成較高的封堵壓差，當(dāng)殘余油飽和度低于20%時，體系的封堵壓差明顯增加，這也在另一方面證明了體系的選擇封堵性。這種特性對于多輪次吞吐后期稠油油藏顯得尤為重要，殘余油分布在低滲透帶，而泡沫體系在殘油油飽和度低的高滲透帶形成封堵，后續(xù)流體轉(zhuǎn)入驅(qū)替高殘余油的低滲透帶，從而達(dá)到提高采收率的目的。

1.3高溫泡沫體系提高稠油油藏采收率研究

本次試驗通過管式模型對泡沫體系的界面活性及驅(qū)體效率進(jìn)行研究，通過二維模型模擬地層條件下其提高采收率的程度。界面活性及驅(qū)替效率的研究：實驗方法是用地層砂配成模擬巖芯，巖心滲透率4.7μm²，飽和勝利油田單家寺稠油，巖心溫度設(shè)為100℃，先注入5PV蒸汽進(jìn)行驅(qū)替，蒸汽溫度250℃，然后分別伴蒸汽注入高溫薄膜擴展劑和FCY泡沫劑，共注入3PV。

對實驗結(jié)果進(jìn)行分析，伴蒸汽注入FCY泡沫劑的采收率同伴蒸汽注入高溫薄膜擴展劑的采收率近似，均遠(yuǎn)高于單純注入蒸汽的采收率。說明FCY泡沫劑本身具有較高界面活性，可有效降低油水界面張力，提高注入蒸汽的驅(qū)替效率，其提高注入流體驅(qū)替效率的程度同高溫薄膜擴展接近。泡沫體系可提高驅(qū)替效率30%，在幾種方式中提高驅(qū)替效率程度最高。

通過二維矩形模型研究高溫泡沫體系提高稠油熱采油藏采收率程度。模型內(nèi)部尺寸為60cm×6cm×1.5cm，模擬油層厚度15m，井間距150m的兩口井，分別為注汽井和生產(chǎn)井，模擬蒸汽連續(xù)注入生產(chǎn)井連續(xù)生產(chǎn)。蒸汽溫度250℃，排量3ml/min，干度70%，泡沫劑注入量1ml/min，氮氣排量0.2SSL/min，巖心溫度70℃，分別進(jìn)行蒸汽驅(qū)、先蒸汽驅(qū)后高溫泡沫驅(qū)、高溫泡沫驅(qū)。

單純注蒸汽5PV已基本達(dá)到其極限采收率，為45%。伴蒸汽注入高溫復(fù)合泡沫體系后采收率有明顯提高，采收率提高25%，采油速度明顯增加，綜合含水下降20%。對于泡沫體系無論采用初期伴蒸汽注入還是蒸汽驅(qū)替后期伴蒸汽注入，其最終采收率基本一致。伴蒸汽注入泡沫體系可以有效降低含水，當(dāng)接近其極限采收率時含水迅速增加，接近99%。

研究不同注入方式對提高采收率的影響，重點研究氮氣和泡沫劑分段注入與合注之間差異。注入方式如下，方式一：1PV蒸汽→1PV蒸汽+氮氣→3PV蒸汽，方式二：1PV蒸汽→1PV蒸汽+氮氣→1PV蒸汽+泡沫劑→2PV蒸汽，方式三：1PV蒸汽→1PV蒸汽+氮氣+泡沫劑→3PV蒸汽。對實驗結(jié)果分析，方式三比方式二提高采收率3%，對應(yīng)注入壓力增長的幅度更高，兩者均遠(yuǎn)高于單純蒸汽驅(qū)采收率。注入壓力的增長可理解為泡沫在多孔介質(zhì)中形成強有力的封堵。單純注入氮氣可以提高采收率，但其幅度非常有限。氮氣由于重力差異的影響，會聚集在矩形模型頂部，起到助排的作用，這也是其提高采收率的主要機理。高溫條件下由于泡沫劑分子運動劇烈，在地層中的吸附性和泡沫的穩(wěn)定性均遠(yuǎn)低于常溫狀態(tài)，對含水飽和度、壓力梯度等多孔介質(zhì)條件下起泡條件要求更加苛刻，因此建議采用混注的方式進(jìn)行注入。

2.現(xiàn)場應(yīng)用

2007年8月勝利油田采油院在勝利油田草20區(qū)塊、濱南單6東、孤島孤1區(qū)開展單井氮氣泡沫調(diào)剖實驗共14井次，10口井為高溫泡沫單井吞吐，4口井為間歇蒸汽驅(qū)封堵汽竄。單井注汽壓力增長0.5MPa～3.2MPa，單井日增油0.8t/d～12.3t/d，增幅為30%～280%，平均增幅92%。截至2008年5月前，10口生產(chǎn)井累計增油5312噸。

GD1-15-X21井本周期措施后注汽壓力增長2.1MPa，日產(chǎn)油量同上周期相同時期對比最高增幅達(dá)到25t/d以上，含水下降14%～17%，到5月15日至已累計增油1500余噸。

泡沫體系在間歇蒸汽驅(qū)封堵汽竄方面取得顯著的效果。單56-10-X8從2008年7月13日開始，注汽時連續(xù)5個周期與鄰近一線5口生產(chǎn)井發(fā)生汽竄，表現(xiàn)為生產(chǎn)井日液、含水和溫度都大幅度上升。2008年11月注汽，剛注入300噸蒸汽，周圍生產(chǎn)井井口溫度大幅度上升，導(dǎo)致無法正常注汽。2008年12月15日注汽時進(jìn)行氮氣泡沫調(diào)剖，注完3600噸蒸汽周圍井日液、日油、含水和溫度沒有任何升高的變化，說明泡沫體系已形成有效封堵，蒸汽沒有沿高滲透帶快速竄流。

3.結(jié)論

⒈FCY高溫復(fù)合泡沫體系310℃阻力因子達(dá)到20以上，油水界面張力達(dá)到10-2mN/m，可以滿足勝利油田稠油熱采提高采收率的要求。

⒉高溫復(fù)合泡沫體系可有效提高稠油熱采油藏采收率，對于熱采油藏氮氣泡沫劑混注的效果優(yōu)于氮氣泡沫劑分別段塞注入。

⒊無論開發(fā)初期還是吞吐后期注入泡沫體系，其最終采收率是接近的。

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（作者通訊地址：勝利油田孤島采油廠山東東營257231）