劉 巍，李松巖，張 東，李兆敏，李賓飛，林珊珊

(1.中國石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東 東營 257000; 2.中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，山東 青島 266580; 3.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452; 4.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津 300450)

隨著油田開發(fā)的深入，許多注水開發(fā)油田進(jìn)入了中高含水開發(fā)階段[1]，開發(fā)過程中面臨的主要問題：一是儲層縱向矛盾導(dǎo)致注入水不平衡推進(jìn)[2-4]，含水上升速度快；二是縱向上單層突進(jìn)；三是同一防砂段內(nèi)注入水沿優(yōu)勢通道突進(jìn)[5]。目前油田層間非均質(zhì)性嚴(yán)重，導(dǎo)致注入水單層突進(jìn)，含水上升速度快[6]。利用泡沫具有“堵高不堵低，堵水不堵油”的選擇性封堵特性，可以有效改善注入水不平衡推進(jìn)。但是普通泡沫的穩(wěn)定性差，注入過程中易發(fā)生氣竄，導(dǎo)致普通泡沫調(diào)剖堵水封堵強(qiáng)度有限，封堵有效期較短[7-8]。凍膠泡沫體系是針對普通泡沫體系調(diào)剖封堵能力弱有效期短的缺點(diǎn)，而提出的一種調(diào)剖堵水的方法[9]。凍膠泡沫是由聚合物溶液通過交聯(lián)所構(gòu)成的一種復(fù)合體系，該溶液添加有表面活性劑，通入氣體后能使該溶液發(fā)泡形成泡沫，該泡沫體系成凍后，能有效封堵高滲透層[10]，且體系中的表面活性劑能降低油水界面張力，提高驅(qū)油效率凍膠泡沫體系調(diào)剖堵水技術(shù)可以改善波及效率，也可以提高調(diào)剖堵水的封堵強(qiáng)度及有效期，是一種極具潛力的油田調(diào)剖堵水的新方法[11]。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

100DX雙柱塞計(jì)量泵，美國A Teledyne Technologies Company；EV2000-4T1600G壓力變送器，美國EMERSON公司。

起泡劑DY-1(烷基聚氧乙烯醚硫酸鈉)，分析純；聚合物AP-P4，水解度25.3%，相對分子質(zhì)量107，四川光亞科技股份有限公司；交聯(lián)劑YG107(乳酸鉻)，自制；氮?dú)?純度為99%)；地層水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)裝置流程圖如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程

根據(jù)實(shí)驗(yàn)擬定滲透率條件，填制填砂管模型2個(gè)；將填砂巖心管分別抽真空4 h后，飽和地層水，計(jì)算孔隙度；水測滲透率；用地層水驅(qū)替巖心，流量設(shè)定為2 mL/min；地層水驅(qū)替并聯(lián)巖心穩(wěn)定后，注入起泡劑段塞0.2 PV；以2 mL/min的速率注入凍膠泡沫體系，該體系配方為AP-P4(0.3%)+YG107(0.3%)+DY-1(0.6%)，氣液比1∶1，在調(diào)剖能力對比實(shí)驗(yàn)中，相同的滲透率級差條件下分別注入3種體系；將并聯(lián)巖心在70 ℃條件下候凝，成凍后以2 mL/min的速率進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，實(shí)驗(yàn)過程中記錄各階段巖心管兩端壓力變化及分流量變化情況[12-13]。

2 結(jié)果與討論

2.1 滲透率級差對凍膠泡沫體系調(diào)剖能力的影響

儲層層間非均質(zhì)性差異是影響非均質(zhì)油藏調(diào)剖堵水的重要因素，實(shí)驗(yàn)評價(jià)了不同滲透率級差下凍膠泡沫體系的調(diào)剖能力，以確定合理的層系內(nèi)滲透率級差。滲透率級差為7時(shí)，高低滲巖心分流量、壓差變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 滲透級差為7.00時(shí)的凍膠泡沫體系調(diào)剖能力

實(shí)驗(yàn)考察不同滲透率級差對凍膠泡沫體系調(diào)剖能力的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 滲透率級差對調(diào)剖效果的影響規(guī)律

注：分流量比值為后續(xù)水驅(qū)4 PV高低滲巖心累積分流量比值。

從表1可以看出：隨著滲透率級差的增加凍膠泡沫的調(diào)剖效果先增加后減小，當(dāng)極差為7時(shí)調(diào)剖效果最好。其原因是：對于凍膠泡沫體系，滲透率級差較小時(shí)，會導(dǎo)致較多的凍膠泡沫體系進(jìn)入低滲巖心，成凍后凍膠泡沫會增加后續(xù)水驅(qū)過程中低滲巖心的滲流阻力，導(dǎo)致非均質(zhì)巖心的調(diào)剖效果變差；滲透率級差較高時(shí)，注入高滲巖心的凍膠泡沫容易發(fā)生氣竄，導(dǎo)致非均質(zhì)巖心調(diào)剖效果變差。從表1還可以看出：滲透率級差為14.86時(shí)，累積分流量比值仍能達(dá)到2.70，說明凍膠泡沫體系對非均質(zhì)性嚴(yán)重的地層仍然具有較好的調(diào)剖效果。

2.2 注入方式對凍膠泡沫體系調(diào)剖能力的影響

根據(jù)現(xiàn)場地面起泡、地下起泡、段塞注入等方式，實(shí)驗(yàn)擬定的3種方式分別為氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器后注入、氣液不經(jīng)過泡沫發(fā)生器注入、氣液段塞式注入，其中段塞注入組合方式為0.25 PV液+0.25 PV氣+0.25 PV液+0.25 PV氣。其中，氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器注入方式下高低滲巖心分流量、壓差變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。從3種注入方式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以得到不同注入方式對凍膠泡沫體系調(diào)剖能力的影響規(guī)律，其他注入方式的最終結(jié)果如表2所示。

圖3 凍膠泡沫體系調(diào)剖能力

注入方式高低滲巖心分流量比值最高壓力梯度/(MPa·m-1)氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器后注入0.496.63氣液不經(jīng)過泡沫發(fā)生器注入1.134.62氣液段塞式注入1.822.27

從表2可以看出：不同注入方式中氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器后注入調(diào)剖效果最佳，后續(xù)水驅(qū)最高壓力梯度最大，說明氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器后注入為最佳注入方式。這主要是后兩種驅(qū)替方式氣體與液體不能夠充分接觸形成穩(wěn)定的泡沫，多孔介質(zhì)中的泡沫主要是通過液膜滯后、液膜分?jǐn)嗪蜌馀菘s頸分離等產(chǎn)生和運(yùn)移的。這種機(jī)理的前提條件是需要?dú)怏w和液體不斷相互作用，但是由于后兩種方式氣體與液體不能夠充分混合，且氣體與液體的密度、黏度等性質(zhì)存在較大差別，導(dǎo)致多孔介質(zhì)中氣體與液體存在不同的流動(dòng)通道，很難產(chǎn)生高質(zhì)量的泡沫，因此，氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器形成穩(wěn)定泡沫后，注入非均質(zhì)巖心中才能達(dá)到最佳的調(diào)剖效果。

2.3 段塞大小對凍膠泡沫體系調(diào)剖能力的影響

實(shí)驗(yàn)擬定不同注入段塞大小，從而優(yōu)選出近井地帶堵水時(shí)合適的段塞大小，其中實(shí)驗(yàn)巖心的孔隙體積代表近井地帶需要堵水的孔隙體積。實(shí)驗(yàn)評價(jià)了段塞體積分別為0.5， 1.0，2.0 PV條件下凍膠泡沫體系的調(diào)剖能力，其中段塞體積為0.5 PV時(shí)的高低滲巖心分流量、壓差變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。段塞體積對調(diào)剖效果的影響結(jié)果如表3所示。

圖4 注入段塞為0.5 PV時(shí)的凍膠泡沫體系調(diào)剖能力

泡沫段塞體積/PV高低滲巖心分流量比值最高壓力梯度/(MPa·m-1)0.51.195.831.00.496.632.01.166.37

從表3可以看出：不同段塞大小條件下注入段塞1 PV非均質(zhì)巖心調(diào)剖效果最佳，高低滲巖心能夠達(dá)到吸液剖面反轉(zhuǎn)。凍膠泡沫注入段塞較小時(shí)，高滲巖心凍膠泡沫注入量少，封堵效果有限，影響后續(xù)水驅(qū)調(diào)剖效果；膠泡沫注入段塞較大時(shí)，較多的凍膠泡沫在高滲巖心中形成較強(qiáng)的封堵，使得一部分凍膠泡沫進(jìn)入低滲巖心，成凍后低滲巖心中的凍膠泡沫額外增加了低滲巖心中的滲流阻力，從而降低了后續(xù)水驅(qū)調(diào)剖效果。因此凍膠泡沫注入段塞1 PV最佳。

2.4 不同調(diào)驅(qū)方式調(diào)剖能力對比

實(shí)驗(yàn)對比分析了水基泡沫調(diào)驅(qū)(0.6%發(fā)泡劑DY-1+N2，氣液比1∶1)、強(qiáng)化泡沫調(diào)驅(qū)(0.6%起泡劑DY-1+N2+0.30%AP-P4，氣液比1∶1)、凍膠調(diào)驅(qū)(0.30%AP-P4+0.30%YG107)、凍膠泡沫調(diào)驅(qū)(0.60%起泡劑DY-1+N2+0.30%AP-P4+0.30%YG107，氣液比1∶1) 4種不同的調(diào)驅(qū)方式的調(diào)剖能力，前4種調(diào)驅(qū)方式的高低滲巖心分流量、壓差變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5～圖7所示。

圖5 水基泡沫體系調(diào)剖性能隨注入量變化曲線

圖6 強(qiáng)化泡沫體系調(diào)剖性能隨注入量變化曲線

圖7 凍膠體系調(diào)剖性能隨注入量變化曲線

從4種調(diào)驅(qū)方式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中對比分析不同調(diào)驅(qū)方式的調(diào)剖能力，結(jié)果如表4所示。

表4 不同驅(qū)替方式對調(diào)剖效果的影響規(guī)律

從表4可以看出:凍膠泡沫調(diào)驅(qū)后續(xù)水驅(qū)高低滲巖心分流量比值最低，高低滲巖心發(fā)生吸液剖面反轉(zhuǎn)，后續(xù)水驅(qū)最高壓力梯度值最大，說明強(qiáng)凍膠泡沫體系調(diào)驅(qū)方式最佳，具有一定的耐沖刷性能。強(qiáng)凍膠泡沫調(diào)驅(qū)結(jié)合了凍膠穩(wěn)定時(shí)間長及泡沫選擇性調(diào)驅(qū)的特點(diǎn)，因此后續(xù)水驅(qū)調(diào)剖效果最好。凍膠調(diào)驅(qū)不具有泡沫的選擇性調(diào)驅(qū)的特點(diǎn)[14]，而強(qiáng)化泡沫調(diào)驅(qū)和水基泡沫調(diào)驅(qū)封堵能力弱，耐沖刷性能較低，調(diào)剖效果及耐沖刷性能不如強(qiáng)凍膠泡沫調(diào)驅(qū)方式。

3 結(jié) 論

a.隨著滲透率級差的增加凍膠泡沫的調(diào)剖效果先增加后減小，當(dāng)級差為7時(shí)調(diào)剖效果最好。

b.實(shí)驗(yàn)比較了氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器后注入、氣液不經(jīng)過泡沫發(fā)生器注入、氣液段塞式注入3種注入方式的調(diào)剖效果，結(jié)果表明：氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器形成穩(wěn)定泡沫后注入非均質(zhì)巖心中，調(diào)剖效果最佳。

c.不同段塞大小條件下注入段塞1 PV非均質(zhì)巖心調(diào)剖效果最佳，注入段塞過大或過小都會降低凍膠泡沫體系的調(diào)剖效果。

d.在水基泡沫調(diào)驅(qū)、凍膠泡沫調(diào)驅(qū)、強(qiáng)化泡沫調(diào)驅(qū)、凍膠調(diào)驅(qū)4種調(diào)驅(qū)方式中，凍膠泡沫調(diào)驅(qū)后續(xù)水驅(qū)高低滲巖心分流量比值最低，高低滲巖心發(fā)生吸液剖面反轉(zhuǎn)，后續(xù)水驅(qū)最高壓力梯度值最大，說明強(qiáng)凍膠泡沫體系調(diào)驅(qū)方式最佳。

參 考 文 獻(xiàn)

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