張艷輝 ,戴彩麗 ,徐星光 ,王思宇 ,閆立朋 ,辛翠平
(1.中國石油大學(華東)石油工程學院,山東 青島 266580;2.中國石化河南油田分公司第一采油廠,河南 南陽 474780;3.延長石油(集團)有限責任公司研究院,陜西 西安 710075)
河南油田泌238斷塊位于下二門油田Ⅲ斷塊[1],構(gòu)造基本形態(tài)為南傾的斷鼻或斷背斜,構(gòu)造幅度較大。儲集層為侯莊三角洲前緣相沉積,油層厚度小,儲層物性中等。自2001年投入開發(fā)以來,區(qū)塊已進入特高含水期。隨著調(diào)剖輪次的增多,調(diào)剖效果越來越不明顯,但遠井地帶采出程度仍然較低。泡沫對油層具有良好的保護作用,選擇性好[2-4],并且隨著注入深度的增加,能夠不斷產(chǎn)生新的泡沫,更好地解決傳統(tǒng)調(diào)剖劑不能解決的遠井注水剖面改善問題,提高特高含水油田最終采收率[5-7]。
本文評價了適用于下二門油田油藏條件的起泡劑質(zhì)量濃度、氣液比及注氣速度對發(fā)泡效果的影響,并根據(jù)室內(nèi)優(yōu)化的施工條件進行了礦場試驗。
儀器:LB-30型平流泵、DY-Ⅲ型多功能物理模擬裝置、Ross發(fā)泡儀、泡沫發(fā)生器、2種不同長度填砂管(44,100 cm)、中間容器、精密壓力表、BS423S 千分之一天平、量筒。
藥品:GF-37、GCF-1、十二烷基硫酸鈉(SDS)等。
1)傳統(tǒng)的Ross-Miles法不能控制泡沫體系的氣液比及溫度,而本文利用改進的Ross-Miles法,在Ross發(fā)泡儀的下側(cè),連接氣體流量計,通過控制氣體的流量,考察在一定氣液比條件下不同起泡劑在油藏溫度下的起泡和穩(wěn)泡能力。泡沫體系的綜合性能由起泡能力和穩(wěn)泡能力共同決定,因此將一定氣液比條件下,泡沫體系的起泡體積與半衰期的乘積定義為泡沫綜合值,從而綜合評價起泡劑的性能,計算公式為
式中:F 為泡沫綜合值,mL·s;V 為泡沫體積,mL;t為半衰期,s。
2)模擬油藏條件下泡沫的注入和后續(xù)水驅(qū)過程,通過阻力系數(shù)的變化,評價不同因素對泡沫封堵性能的影響,實驗裝置見圖1。
圖1 泡沫阻力系數(shù)測定裝置
起泡劑均為不同類型的表面活性劑溶液,實驗用水為現(xiàn)場清水。泡沫體系氣液比1.5∶1.0,測定不同質(zhì)量濃度的起泡劑在油藏溫度條件下(58℃)的起泡體積和半衰期,實驗結(jié)果見圖2。
從圖2可以看出,泡沫的起泡體積和半衰期隨著起泡劑質(zhì)量濃度的增加,有一個先增大后減小的趨勢,因此可得到起泡劑最優(yōu)的質(zhì)量濃度,即臨界膠束質(zhì)量濃度(CMC)。以陰離子表面活性劑SDS為例,CMC為0.3 g/L左右[8-9]。SDS質(zhì)量濃度低于CMC時,隨著質(zhì)量濃度增大,吸附在膜表面的表面活性劑分子增多,降低泡沫體系的表面張力及表面自由能,使泡沫體系更加穩(wěn)定;質(zhì)量濃度高于CMC時,溶液中存在的高表面活性雜質(zhì)增加,表面張力上升,泡沫體系穩(wěn)定性下降[10]。綜合來看,GCF-1的起泡性能最好,質(zhì)量濃度為0.2 g/L時,泡沫綜合值最大??紤]巖心吸附作用,后續(xù)實驗將起泡劑GCF-1質(zhì)量濃度定為0.3 g/L。
圖2 起泡劑質(zhì)量濃度對泡沫性能的影響
泡沫流體是以氣體為分散相、液體為連續(xù)相的分散體系[11]。不同氣液比條件下形成不同泡沫綜合值的泡沫體系,其性質(zhì)存在較大的差異。采用阻力系數(shù)測定裝置,測定不同氣液比條件下,泡沫體系阻力系數(shù)的變化,評價氣液比對泡沫封堵性能的影響,巖心滲透率1 μm2,注氣速度 1 mL/min,起泡劑質(zhì)量濃度 0.3 g/L,溫度58℃,用水為現(xiàn)場清水(見圖3)。
從圖3可以看出,氣液比過高或過低,對泡沫的封堵能力都會產(chǎn)生一定的負面影響,因此泡沫調(diào)驅(qū)存在一個最佳的注入氣液比。低氣液比時(1.0∶1.0),主要形成稀泡沫,氣體均勻分散在起泡液中,液膜較厚,未能充分發(fā)揮起泡劑的起泡能力,泡沫數(shù)量不足,不能對孔隙形成有效封堵,表現(xiàn)為在注入過程中壓力較小,壓力上升緩慢;高氣液比時(2.0∶1.0),形成濃泡沫,氣體以平行六面體的形式存在,液膜較薄,在外力作用下,極易被破壞,嚴重時還會形成氣竄,造成封堵失敗,表現(xiàn)為注入過程壓力上升緩慢,殘余阻力系數(shù)較低。氣液比為1.5∶1.0時,后續(xù)水驅(qū)多個孔隙體積倍數(shù)后,形成的泡沫較多且穩(wěn)定,仍具有較高的殘余阻力系數(shù),對地層有較好的封堵效果。
注氣速度會影響生成泡沫體積及泡沫運移規(guī)律,從而對泡沫的封堵性能產(chǎn)生影響。采用阻力系數(shù)測定裝置,在不同注氣速度條件下,測定泡沫體系阻力系數(shù)的變化情況,評價注氣速度對泡沫封堵性能的影響,巖心滲透率1 μm2,起泡劑質(zhì)量濃度0.3 g/L,氣液比1.5∶1.0,溫度58℃,用水為現(xiàn)場清水,實驗結(jié)果見圖4。
圖3 不同氣液比條件下泡沫阻力系數(shù)的變化
圖4 注氣速度對封堵性能的影響
由圖4可知,泡沫調(diào)驅(qū)存在一個最佳的注氣速度。注氣速度過低,產(chǎn)生的氣泡過小,對地層的封堵能力有限[12];注氣速度過高,產(chǎn)生的氣泡過大,在外力作用下易被破壞,造成泡沫穩(wěn)定性下降,封堵能力降低。注氣速度0.9 mL/min時,阻力系數(shù)最大,后續(xù)水驅(qū)多個孔隙體積倍數(shù)后,仍具有較高的殘余阻力系數(shù),形成大小合適的穩(wěn)定泡沫,對地層有較好的封堵效果。
借助阻力系數(shù)測定裝置,分析不同滲透率地層條件下泡沫體系阻力系數(shù)的變化規(guī)律,評價泡沫調(diào)驅(qū)體系針對不同滲透率地層的適應性。起泡劑質(zhì)量濃度0.3 g/L,注氣速度 0.9 mL/min,氣液比 1.5∶1.0,溫度 58℃,用水為現(xiàn)場清水,結(jié)果見圖5。
圖5 不同滲透率條件下泡沫阻力系數(shù)的變化
由圖5可知,隨著滲透率的增大,泡沫阻力系數(shù)增大。在高滲地層中,后續(xù)水驅(qū)階段泡沫仍具有較高的殘余阻力系數(shù),對地層產(chǎn)生較好的封堵作用。實驗結(jié)果表明,氮氣泡沫在大孔道高滲透區(qū)的發(fā)泡能力高于小孔道低滲透區(qū),這正是利用氮氣泡沫“堵高不堵低”的特點,實現(xiàn)選擇性封堵的重要依據(jù)。
目前常用的穩(wěn)泡劑主要為聚合物[13]。采用Ross發(fā)泡儀研究聚合物對泡沫穩(wěn)定性能的影響,起泡劑質(zhì)量濃度0.3 g/L,氣液比1.5∶1.0,溫度58℃,用水為現(xiàn)場清水,結(jié)果見表1。
表1 聚合物對泡沫起泡性能的影響
由表1可知,聚合物能夠有效增強泡沫穩(wěn)定性,大幅提升泡沫綜合性能。這是由于聚合物能夠提高基液的黏度,降低泡沫流動性,從而具有一定的穩(wěn)泡能力。
2011年1月在下二門油田進行聚合物強化泡沫深部調(diào)驅(qū)先導試驗,試驗區(qū)基本情況:含油面積0.7 km2,地質(zhì)儲量 63×104t,平均油層埋深 1 225 m,油層溫度58.1℃,原始地層壓力11.96 MPa,孔隙度17%~18%,平均滲透率0.21 μm2,地面原油密度0.900 2~0.915 4 g/cm3,蠟質(zhì)量分數(shù) 17.33%~19.05%,70℃時原油黏度 115~130 mPa·s, 總礦化度 1 940~2 380 mg/L,氯離子質(zhì)量濃度 144~221 mg/L,水型NaHCO3。
使用聚合物強化泡沫進行深部調(diào)驅(qū)施工[14-16],段塞設計如下:1)聚合物預處理段塞控制大孔道,防止氣竄;2)聚合物強化泡沫主體段塞;3)聚合物保護段塞。最后,使用相同質(zhì)量濃度的聚合物溶液將井筒中的工作液頂替進入地層。
施工后,試驗區(qū)含水下降,產(chǎn)油增加,5個月累計增油 922.1 t(見表 2)。
表2 下二門油田調(diào)剖效果
1)泡沫體系存在最優(yōu)的質(zhì)量濃度,即表面活性劑的臨界膠束質(zhì)量濃度,該質(zhì)量濃度條件下可獲得最佳的泡沫性能。
2)氮氣泡沫體系的最佳氣液比為1.5∶1.0,最佳注氣速度為0.9 mL/min。氮氣泡沫體系對不同滲透率的地層具有良好的選擇性。
3)聚合物對氮氣泡沫有較好的穩(wěn)定作用,聚合物強化泡沫在下二門油田試驗區(qū)取得了較好的調(diào)驅(qū)效果,增油效果顯著。
[1]孫尚如,孔柏嶺,肖磊,等.河南油田微凝膠驅(qū)技術的研究與應用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004:1-6.
[2]李兆敏.泡沫流體在油氣開采中的應用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2010:1-8.
[3]李兆敏,孫茂盛,林日億,等.泡沫封堵及選擇性分流實驗研究[J].石油學報,2007,28(4):115-118.
[4]彭昱強,徐紹誠,莫成孝,等.渤海稠油油田氮氣泡沫調(diào)驅(qū)室內(nèi)實驗研究[J].中國海上油氣,2008,20(5):308-311.
[5]殷方好,王慶,張彬,等.克拉瑪依油田304斷塊氮氣泡沫調(diào)驅(qū)正交優(yōu)化設計[J].斷塊油氣田,2011,18(2):267-269.
[6]畢永斌,張梅,馬桂芝,等.復雜斷塊油藏水平井見水特征及影響因素研究[J].斷塊油氣田,2011,18(1):79-82.
[7]殷建,林鑫.特高含水期井間非均質(zhì)模式對注水效果的影響[J].斷塊油氣田,2012,19(2):191-194.
[8]趙福麟.化學原理Ⅱ[M].東營:石油大學出版社,1999:1-5.
[9]沈鐘,趙振國,王果庭.膠體與表面化學[M].北京:化學工業(yè)出版社,1997:347-351.
[10]彭昱強,沈德煌,徐紹誠,等.氮氣泡沫調(diào)驅(qū)提高稠油采收率實驗:以秦皇島 32-6 油田為例[J].斷塊油氣田,2008,15(4):59-65.
[11]任韶然,于洪敏,左景欒,等.中原油田空氣泡沫調(diào)驅(qū)提高采收率技術[J].石油學報,2009,30(3):413-416.
[12]江建林,岳湘剛,高震,等.聚合物-泡沫調(diào)驅(qū)影響因素實驗研究[J].斷塊油氣田,2011,18(4):516-519.
[13]江建林,岳湘安,高震.聚合物在泡沫復合調(diào)驅(qū)中的作用[J].石油鉆采工藝,2011,33(1):61-64.
[14]張相春,張軍輝,宋志學,等.綏中36-1油田泡沫凝膠調(diào)驅(qū)體系研究與性能評價[J].石油與天然氣化工,2012,41(4):419-421.
[15]高海濤,李雪峰,趙斌,等.中滲特高含水油藏空氣泡沫調(diào)驅(qū)先導試驗[J].油田化學,2010,27(4):377-380.
[16]國殿斌,房倩,聶法健.水驅(qū)廢棄油藏CO2驅(qū)提高采收率技術研究[J].斷塊油氣田,2012,19(2):187-190.