王海靜

(中國石油大慶油田有限責任公司采油工程研究院,黑龍江大慶163453)

耐酸耐油型泡沫調剖劑實驗研究

王海靜

(中國石油大慶油田有限責任公司采油工程研究院,黑龍江大慶163453)

基于大慶宋芳屯油田芳48斷塊在CO2非混相驅開發(fā)過程中防控竄的需要,研制了一種耐酸耐油型泡沫調剖劑。該泡沫調剖體系在溫度85℃、20MPa和p H=3的條件下,泡沫半衰期為25d;在溫度為85℃,注入速度為3 mL/min、氣液比為1.5∶1的混合注入方式下,含油飽和度為60%時,CO2泡沫調剖巖心實驗中阻力因子達到120,產(chǎn)生的泡沫耐酸耐油性能良好。該體系適合低滲透和特低滲透油田注氣開發(fā)防控氣竄,具有良好的應用前景。

宋芳屯油田;CO2驅;泡沫調驅;阻力因子

大慶宋芳屯油田芳48斷塊平均滲透率只有1.4×10-3μm2,注水開發(fā)困難,目前正在開展 CO2驅礦場試驗。但由于試驗區(qū)原油物性差、混相壓力高,無法達到混相驅的要求,試驗區(qū)屬于非混相驅。由于油層層間矛盾嚴重,原油與CO2氣體流動性差異大,氣竄現(xiàn)象非常嚴重,油井產(chǎn)油量由氣竄前的3～4t/d降低到措施前的0.5t/d左右,同時套壓明顯增高,有的油井套管中CO2含量高達98%,無法正常生產(chǎn)。針對試驗區(qū)塊CO2的氣竄問題,進行了大量的技術調研工作,經(jīng)篩選總結,認為泡沫調剖技術適合低滲和特低滲油田氣驅防封竄的技術,因此,在室內(nèi)開展了相關的CO2泡沫調剖劑的研究。

1 耐酸耐油型泡沫調剖劑研制

在室溫條件下,將100mL發(fā)泡劑置于3000r/min的轉速下攪拌60s,記錄發(fā)泡體積、液相半衰期及泡沫半衰期。

1.1 發(fā)泡劑優(yōu)選及最佳體積分數(shù)確定

利用Waring Blender攪拌法對所用發(fā)泡劑樣品進行了評價,優(yōu)選出發(fā)泡體積與泡沫半衰期綜合性能高的SD-3發(fā)泡劑。將優(yōu)選出的發(fā)泡劑SD-3配成0.1%～1.2%的不同體積分數(shù)進行性能測試,當發(fā)泡劑p H=3體積分數(shù)達到0.9%時,半衰期達到最大值,其液相半衰期58min,泡沫半衰期143.6h(圖1),從中可知:隨著發(fā)泡劑體積分數(shù)的增加,液相半衰期和泡沫半衰期均增加,當體積分數(shù)達到0.5%時增加幅度變緩,當體積分數(shù)達到0.9%后有所下降,表明在0.5%～0.9%范圍內(nèi)有更多的活性劑分子在氣液界面定向排列,非極性部分的作用增大,液膜排液速度降低,泡沫穩(wěn)定性逐漸增強;同時,由于泡沫劑體積分數(shù)增加,伴隨著粘度增加,在相同的攪拌速度下,泡沫體積隨著體積分數(shù)的增加反而下降。

圖1 泡沫性能隨發(fā)泡劑體積分數(shù)變化情況

1.2 穩(wěn)泡劑篩選及其體積分數(shù)的確定

提高泡沫的穩(wěn)定性,需加入穩(wěn)泡劑,穩(wěn)泡劑按照其作用方式可分為以下幾個類型[1-4]。

第一類:增粘性穩(wěn)定劑,增加基液粘度減緩泡沫排液速率,例如CMC、HPAM。

第二類:提高泡沫薄膜質量,增加薄膜粘彈性,減少透氣性,例如羥乙基纖維素。

第三類:醇類的增溶作用,增加高級脂肪醇與活性劑分子間隔排列,減少活性分子之間的排斥力。

第四類:無機鹽的增加溶液稠度,改變?nèi)芤后w系的電性。

由于通常用來作為穩(wěn)泡劑的聚合物在溫度為85℃時,CO2含量高的環(huán)境下極易降解,同時由于它特殊的分子結構在地層中存在嚴重的剪切降解現(xiàn)象,因此,聚合物不是最佳選擇。

考慮到以上幾個方面,經(jīng)實驗反復篩選最后確定將XW、GW和CW復配后作為穩(wěn)泡劑,并用攪拌法確定了穩(wěn)泡劑的最佳使用體積分數(shù)為0.6%(圖2),此時泡沫液相半衰期達到502min,泡沫半衰期達到365h。經(jīng)測量,泡沫調剖劑的基液粘度為70 mPa·s,泡沫粘度為212mPa·s,是基液粘度的3倍,這樣既保證了調剖劑在油層中的正常注入,又確保了泡沫對氣竄通道的有效封堵。

圖2 泡沫性能隨穩(wěn)泡劑體積分數(shù)變化情況

2 高溫高壓下泡沫調剖劑性能

用高溫高壓反應釜對泡沫調剖劑的性能進行評價。高溫高壓反應釜的耐溫可達300℃,耐壓達30 MPa,攪拌轉速3000r/min。實驗均利用CO2氣體平衡反應釜內(nèi)壓力,攪拌轉速為2000r/min。

利用高溫高壓反應釜分別進行了45℃、60℃以及85℃不同壓力下泡沫調剖劑的性能測試(圖3)。從中可以看出:隨著壓力的增大,泡沫劑的穩(wěn)定性增大;隨著溫度的增加,泡沫劑的穩(wěn)定性變差。經(jīng)分析認為升高壓力后,氣體分子密度增大,對泡沫劑分子的增水基吸引力亦增大,有利于泡沫劑分子的緊密排列,從而形成更穩(wěn)定的液膜;而隨著溫度的升高,液膜上的表面活性劑分子運動加快,泡沫液膜的穩(wěn)定性降低,使泡沫的破裂速度加快,同時溫度升高還能降低液相粘度,導致泡沫的液膜變薄。因此,低溫高壓環(huán)境有利于泡沫的穩(wěn)定。在85℃、20MPa條件下,泡沫的半衰期達到了25d,滿足了宋芳屯油田對該調剖劑的性能要求;同時該泡沫調剖劑在45℃、10MPa條件下,泡沫的半衰期為24d,也滿足了大慶老區(qū)塊用泡沫調剖的需要。

圖3 泡沫半衰期隨壓力變化曲線

3 泡沫調剖注入?yún)?shù)優(yōu)化

評價泡沫封堵調剖能力的主要指標是阻力因子,它為工作壓差與基礎壓差之比。利用 HQ Y-3型多功能物理模擬裝置進行巖心實驗。該裝置耐溫達300℃,耐壓40MPa,巖心長度范圍2.5～200 cm,流量范圍0.01～30mL/min,可做多管巖心實驗。實驗所有巖心均采用一維單管模型,采用人造巖心:30cm×4.5cm×4.5cm,水相滲透率為0.2 μm2,實驗溫度85℃,回壓6.0MPa,泡沫劑體積分數(shù)為0.9%,復合穩(wěn)泡劑體積分數(shù)為0.6%。

3.1 最佳氣液比優(yōu)選

根據(jù)阻力因子越大封堵能力越強的關系,優(yōu)化出最佳氣液比。共進行了5個氣液比值的巖心實驗,注入速度為 3mL/min,注入方式為混合注入(表1)。優(yōu)化實驗結果表明:過低或過高的氣液比都會影響泡沫的質量,氣液比過低時,泡沫產(chǎn)生緩慢而且量少,在巖心中形成的壓力低,阻力因子小;氣液比過高時,產(chǎn)生的泡沫質量差,主要表現(xiàn)在泡沫大而且稀疏、易滅,穩(wěn)定性差,在巖心中的阻力因子下降。該調剖劑的最佳氣液比為1.5∶1,此時阻力因子達到了451,具有良好的封堵能力。

表1 氣液比對泡沫的阻力因子影響

3.2 注入速度對泡沫阻力因子影響

泡沫注入速度優(yōu)選實驗,選擇6個點,氣液比為1.5∶1,注入方式為混合注入(圖4)。從中可看出,在一定范圍內(nèi)隨著注入速度的增大,阻力因子也逐漸增大,這是因為注入速度較低時,泡沫劑沿著巖心的大孔道流出,不能形成有效封堵,工作壓差小,隨著注入速度的增大,大孔道被全部占據(jù)形成了泡沫封堵,一部分泡沫劑需要從滲透率較低的孔道流出,這樣就導致了壓力的上升,阻力因子變大,形成了有效的封堵;但當注入速度大到一定值后,阻力因子隨著注入速度的增大而減小,這是因為注入速度過大后,與泡沫劑混合注入氣體積累過多,容易突破泡沫劑形成氣竄,工作壓差減小從而降低了阻力因子。該調剖劑的最佳注入速度為3mL/min,此時阻力因子達到最大值425,說明此時泡沫質量好,能形成很好的封堵。

圖4 泡沫注入速度對封堵效果的影響

3.3 注入方式對泡沫封堵能力的影響

通常情況下泡沫的注入方式有兩種,一是氣體-泡沫劑交替注入,二是氣體和泡沫劑混合注入。室內(nèi)對泡沫調剖劑開展了大小不同的六種段塞氣液交替和氣液混注的巖心實驗,實驗中的注入速度為3mL/min、氣液比為1.5∶1,從實驗結果可知(圖5),氣液混注時的阻力因子大于氣液交替注入時的阻力因子,且氣液交替的頻率越高,交替段塞越小,阻力因子越大。分析認為氣液混注時泡沫劑能夠充分混合發(fā)泡,且發(fā)泡質量較好,形成的泡沫粘度大、均勻細膩;而交替注入時氣液混合不均,只有泡沫的后端和氣體的前緣能形成較好的泡沫,中間部分發(fā)泡質量達不到最佳。因此,建議現(xiàn)場進行泡沫調剖施工時采用氣液混注的方式。

圖5 注入方式對封堵效果的影響

3.4 含油飽和度對泡沫封堵能力影響

所用原油為宋芳屯油田原油,粘度為36.1mPa·s,在85℃的條件下,對巖心進行原油飽和并老化24h后進行巖心驅替實驗。含油飽和度從0～60%中選擇了5個點,實驗注入速度3mL/min、氣液比為1.5∶1,注入方式為混合注入(圖6),從中可知:由于原油的消泡作用,隨著巖心含油飽和度的增大,泡沫調剖劑的阻力因子在不斷降低,但即使在含油飽和度為60%的高含油情況下,阻力因子也達到了120,這說明泡沫調剖劑的耐油性好,不僅可以應用于注氣井正向調剖,同時可以應用于生產(chǎn)井的反向調剖,從而可更加有效封堵氣竄通道。

圖6 巖心含油飽和度對阻力因子的影響

4 結論

(1)耐酸耐油泡沫調剖體系,在油層條件下的泡沫半衰期為25d,泡沫粘度為基液粘度的3倍,這樣既保證了調剖劑在油層中的正常注入,又確保了泡沫對氣竄通道的有效封堵。

(2)在油層溫度85 ℃,注入速度為3mL/min、氣液比為1.5∶1的混合注入方式下,含油飽和度為60%時,CO2泡沫調剖巖心實驗中阻力因子達到了120,產(chǎn)生的泡沫耐酸耐油性能良好,不僅可以應用于注氣井正向調剖,同時可以應用于生產(chǎn)井的反向調剖。

(3)該泡沫調剖劑適用于各類氣竄,尤其適合在層間差異大的低滲透和特低滲透油層注氣開發(fā)防控氣竄的推廣應用。

[1] 趙福麟.采油化學[M].北京:石油大學出版社,1989:25-37.

[2] 王海波,肖賢明.泡沫復合驅體系穩(wěn)定性及穩(wěn)泡機理研究[J].鉆采工藝,2008,31(1):117-120.

[3] 伍曉林,陳廣宇,張國印.泡沫復合體系配方的研究[J].大慶石油地質與開發(fā),2000,19(3):27-29.

[4] 楊燕,蒲萬芬,周明,等.驅油泡沫穩(wěn)定劑的性能研究[J].西南石油學報,2002,24(4):60-63.

編輯:劉洪樹

TE357.42

A

2010-09-02;改回日期:2010-09-24

王海靜,1984年生,2008年畢業(yè)于中國石油大學(華東)石油工程專業(yè),現(xiàn)從事油田化學堵水調剖研究工作。

1673-8217(2011)01-0131-03