王鵬濤 郭睿 許堯

摘 ?????要：聚合物驅(qū)采油技術(shù)經(jīng)過(guò)近年來(lái)的發(fā)展和實(shí)踐應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)外許多油田提高采收率方面起到了良好的作用，特別是針對(duì)開(kāi)發(fā)后期含水率上升具有良好控水效果。但部分低孔、低滲油田在聚合物采油后期，出現(xiàn)了儲(chǔ)層非均質(zhì)性加劇和孔隙厚度封堵的情況，導(dǎo)致地層竄流，影響了降水增油效果。泡沫驅(qū)油技術(shù)以其泡沫獨(dú)特性質(zhì)被得到了足夠的重視，采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法，篩選了6種起泡劑和4種穩(wěn)泡劑進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)各類(lèi)性能，并優(yōu)選出良好的泡沫體系。利用物理模擬實(shí)驗(yàn)，確定了氮?dú)馀菽{(diào)驅(qū)注入?yún)?shù)，證實(shí)了氮?dú)馀菽?qū)油的優(yōu)良性能。

關(guān) ?鍵 ?詞：氮?dú)馀菽?巖心實(shí)驗(yàn);提高采收率;驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE 357 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）02-0358-06

Abstract： After the development and practice of polymer flooding technology in recent years， it has played a good role in improving oil recovery in many oilfields at home and abroad. Especially， it has good water control effect for the increase of water content in the late development. However， in the late stage of polymer oil recovery in some low porosity and low permeability oil fields， the heterogeneity of the reservoir and the blocking of pore thickness occurred， which resulted in the formation of formation flow to affect the effect of increasing oil production. The foam oil displacement technology has been paid enough attention due to its unique foam properties. By using the laboratory evaluation method， 6 kinds of foaming agent and 4 kinds of foam stabilizer were screened out， and all kinds of properties were evaluated， and a good foam system was selected. The injection parameters of nitrogen foam flooding were determined by physical simulation experiments， which confirmed the excellent performance of nitrogen foam flooding.

Key words： Nitrogen foam; Core experiment; Enhanced oil recovery; Displacement experiment

強(qiáng)化氮?dú)馀菽?qū)作為泡沫驅(qū)系列技術(shù)之一，通過(guò)氮?dú)?、泡沫劑以及具有穩(wěn)泡性能的聚合物等，形成具有驅(qū)油作用的泡沫復(fù)合體系，注入地層后起到提高采收率的作用[1-4]。該技術(shù)既能通過(guò)泡沫的封堵效應(yīng)改善縱向非均質(zhì)性，提高波及體積，同時(shí)又能利用泡沫劑降低油水界面張力的特性達(dá)到提高驅(qū)油效率的目的[5]。這一技術(shù)在國(guó)內(nèi)外多個(gè)油田已得到了成功實(shí)施，其經(jīng)濟(jì)效益巨大。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究氮?dú)馀菽?qū)機(jī)理及相關(guān)參數(shù)，為提高采收率提供理論指導(dǎo)。

1 ?氮?dú)馀菽?qū)機(jī)理及方法

1.1 ?氮?dú)馀菽?qū)機(jī)理

強(qiáng)化氮?dú)馀菽?qū)由水、氮?dú)?、起泡劑生成泡沫，同時(shí)加入聚合物作為穩(wěn)泡劑，其提高采收率的機(jī)理主要體現(xiàn)在如下幾方面：（1）改善流度比，調(diào)整注入剖面，擴(kuò)大波及體積，具有“調(diào)”和“驅(qū)”的雙重作用;（2）乳化降粘及降低界面張力、提高水驅(qū)油效率;（3）提高驅(qū)替液粘度降低流度比，提高驅(qū)油效率;（4）增加彈性能量，提高洗油效率[6-8]。

1.2 ?氮?dú)馀菽?qū)研究方法

根據(jù)油田油藏地質(zhì)特征，進(jìn)行強(qiáng)化氮?dú)馀菽?qū)選井選層研究;利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，篩選出市場(chǎng)上常見(jiàn)的起泡劑和穩(wěn)泡劑，分析影響其性能的因素及確定出適用于研究區(qū)地質(zhì)特征的聚合物體系。并通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M，確定出氮?dú)馀菽?qū)工藝方案實(shí)施各類(lèi)參數(shù)。最終利用綜合性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了該工藝技術(shù)的實(shí)際效果。

2 ?物理模擬研究

2.1 ?靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究

2.1.1 ?起泡劑篩選評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用Waring Blender法，以藥劑體系的起泡體積、穩(wěn)泡時(shí)間以及兩者乘積得到的泡沫性能綜合值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（以下起泡能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與此相同）[9]。實(shí)驗(yàn)中選擇了目前各油田常用的6種綜合能力高的起泡劑（分別命名為QP-1、QP-2、 QP-3、QP-4、QP-5和QP-6）進(jìn)行性能評(píng)價(jià)[10]。實(shí)驗(yàn)對(duì)6種起泡劑的篩選結(jié)果如表1所示，其中QP-4、QP-5表現(xiàn)相對(duì)較好。

2.1.2 ?起泡劑濃度確定實(shí)驗(yàn)

選擇各特性參數(shù)占優(yōu)的QP-5，進(jìn)行不同濃度條件下的界面張力及起泡能力實(shí)驗(yàn)，確定起泡劑濃度的范圍[11]。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2所示，實(shí)驗(yàn)確定了起泡劑濃度應(yīng)大于0.3%為宜。

2.1.3 ?穩(wěn)泡劑篩選評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

目前現(xiàn)場(chǎng)使用最多的穩(wěn)泡劑是聚合物，如聚丙烯酰胺、黃胞膠等[12]。本次實(shí)驗(yàn)篩選評(píng)價(jià)了常用的WP-1、WP-2、WP-3、WP-4這4種系列聚合物。評(píng)價(jià)指標(biāo)包括溶解性實(shí)驗(yàn)，水不溶物實(shí)驗(yàn)，粘濃及粘鹽、粘溫關(guān)系實(shí)驗(yàn)，流變性實(shí)驗(yàn)，綜合性能實(shí)驗(yàn)。

2.1.4 ?穩(wěn)泡劑濃度確定實(shí)驗(yàn)

穩(wěn)泡劑濃度過(guò)低，泡沫破滅時(shí)間很短，達(dá)不到驅(qū)油效果，穩(wěn)泡劑濃度過(guò)高，氮?dú)馀菽?qū)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性降低[13]。因此，靜態(tài)實(shí)驗(yàn)應(yīng)優(yōu)選出相對(duì)適宜的穩(wěn)泡劑濃度。

2.2 ?動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究

2.2.1 ?基礎(chǔ)性動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)

泡沫體系基礎(chǔ)性動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究主要包括起泡劑濃度和穩(wěn)泡劑濃度對(duì)巖心的封堵能力實(shí)驗(yàn)，不同滲透率條件下泡沫封堵能力實(shí)驗(yàn)，泡沫體系的耐沖刷性能及耐油性能實(shí)驗(yàn)，通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證氮?dú)馀菽w系的調(diào)驅(qū)效果。

起泡劑、穩(wěn)泡劑濃度對(duì)封堵性能影響實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示，最終確定PM-1體系中，起泡劑為0.3%的QP-5，穩(wěn)泡劑為700 mg/L的WP-1。

滲透率對(duì)氮?dú)馀菽w系封堵影響實(shí)驗(yàn)研究，根據(jù)優(yōu)選的PM-1泡沫體系，在不同滲透率條件下泡沫體系的封堵能力實(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)PM-1泡沫體系在礦場(chǎng)條件下的適應(yīng)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，由實(shí)驗(yàn)可知，相同條件下，泡沫體系的阻力系數(shù)隨著滲透率的升高而變大，當(dāng)滲透率大于一定數(shù)值后，泡沫的封堵能力逐漸減弱;殘余阻力系數(shù)隨著滲透率的增大先增大后減小。

泡沫體系耐沖刷性實(shí)驗(yàn)?zāi)苤苯臃从撑菽w系對(duì)地層調(diào)驅(qū)的有效期的長(zhǎng)短。因此，進(jìn)行各種不同因素對(duì)封堵能力影響的實(shí)驗(yàn)以后，停泵，改換流程，轉(zhuǎn)為水驅(qū)，進(jìn)行氮?dú)馀菽w系的耐沖刷實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7，充分說(shuō)明了氮?dú)馀菽w系在地層中作用時(shí)間很長(zhǎng)，具有很好的耐沖刷性能。

泡沫體系耐油性實(shí)驗(yàn)，泡沫具有“遇水穩(wěn)定，遇油消泡”的特性。實(shí)驗(yàn)填砂管巖心基本參數(shù)如表5所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示，從實(shí)驗(yàn)中可以看出飽和水巖心在注入泡沫體系時(shí)壓力不斷上升，最終穩(wěn)定在約為壓差1.17 MPa的水平。而殘余油巖心在注入泡沫體系過(guò)程壓力不斷上升，且壓力具有一定的波動(dòng)。

2.3 ?注入?yún)?shù)實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)室條件下利用氮?dú)馀菽?qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)，針對(duì)包括氣液比、注入速度和注入方式和段塞大小等參數(shù)進(jìn)行封堵實(shí)驗(yàn)研究，優(yōu)選適合于研究區(qū)油田油藏條件的氮?dú)馀菽?qū)的注入?yún)?shù)。

2.3.1 ?不同氣液比實(shí)驗(yàn)

對(duì)不同滲透率條件下，不同氣液比的體系進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖9為滲透率在2 000～4 000×10-3 μm2區(qū)間范圍體系封堵能力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)考慮研究區(qū)油田滲透率介于2 000～4 000×10-3 μm2，建議氣液比在1∶1～3∶1為宜。

2.3.2 ?注入速度實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)分別取1、2、4 mL/min的注入速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確定最佳的注入速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著注入速度的增大，阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)都隨之增大。考慮到注入性問(wèn)題，確定室內(nèi)實(shí)驗(yàn)注入速度為2 mL/min。

2.3.3 ?注入方式實(shí)驗(yàn)

本次實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了混合注入和交替注入兩種不同注入方式下的最終采收率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，先進(jìn)行水驅(qū)，之后轉(zhuǎn)氮?dú)馀菽惶孀⑷?，?shí)驗(yàn)測(cè)得的采收率從43.6%提高到61.7%，提高了18.1%。而水驅(qū)后轉(zhuǎn)氮?dú)馀菽旌向?qū)注入，采收率從43.6%提高到65.2%，提高了21.6%。氮?dú)馀菽旌献⑷氡鹊獨(dú)馀菽惶孀⑷氲奶岣卟墒章实姆纫?。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，氮?dú)馀菽旌献⑷腧?qū)油效果好于氮?dú)馀菽惶孀⑷搿?/p>

2.3.4 ?段塞大小設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)計(jì)算注入量分別為0.1～0.5 PV時(shí)的調(diào)驅(qū)效果，根據(jù)研究區(qū)油田一般在含水率為80%時(shí)進(jìn)行注入，因此確定含水率為80%為注入界限。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，隨著注入段塞的增大，采收率逐漸增大。注入段塞從0.1 PV增大到0.3 PV的過(guò)程中，采收率增加幅度較大，注入段塞從0.3 PV增大到0.5 PV的過(guò)程中，采收率增加幅度變緩，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推薦注入段塞大小為0.3 PV。

3 ?綜合性能實(shí)驗(yàn)

3.1 ?氮?dú)馀菽w系調(diào)剖性能實(shí)驗(yàn)

氮?dú)馀菽?qū)不僅可以利用起泡劑的洗油能力來(lái)提高注入水在高滲透層的驅(qū)油效率，還可以利用泡沫劑的封堵性能進(jìn)行調(diào)剖，進(jìn)而改善低滲透層的啟動(dòng)程度。實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)對(duì)一定滲透率級(jí)差的兩根填砂管巖心進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證氮?dú)馀菽{(diào)驅(qū)對(duì)油層的調(diào)剖作用[14]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

早期水驅(qū)過(guò)程高滲巖心出現(xiàn)明顯的竄流，而低滲巖心幾乎無(wú)流量貢獻(xiàn)，具有較大的流量差。在注入泡沫體系后，高滲巖心流量降幅較大，水沿著高滲通道流動(dòng)得到了有效的阻礙，高滲巖心和低滲巖心中流量隨著注入的持續(xù)逐漸均衡。

3.2 ?滲透率級(jí)差對(duì)體系調(diào)剖性能影響實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知在未注入泡沫體系時(shí)，水在高滲巖心和低滲巖心內(nèi)產(chǎn)生了明顯的流量差，低滲巖心內(nèi)幾乎無(wú)流量貢獻(xiàn)。在注入泡沫體系后，高滲巖心流量降幅較大，水沿著高滲通道流動(dòng)得到了有效的阻礙，低滲巖心內(nèi)流量相應(yīng)有所增加，隨著注入的持續(xù)，巖心內(nèi)流量差趨于均衡。

3.3 ?氮?dú)馀菽?qū)油性能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)將通過(guò)水驅(qū)、聚合物驅(qū)、泡沫驅(qū)和強(qiáng)化泡沫驅(qū)四種不同的驅(qū)油方式進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)不同驅(qū)替方式下的驅(qū)油效果，同時(shí)也進(jìn)一步明確強(qiáng)化泡沫驅(qū)的實(shí)際性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖12，實(shí)驗(yàn)分析表明水驅(qū)后轉(zhuǎn)三種驅(qū)油方式都能有效的提高采收率。聚合物驅(qū)使得采收率從43.6%提高到56.7%，增幅13.1%;單一氮?dú)馀菽?qū)使得采收率從43.6%提高到58.2%，增幅14.6%;強(qiáng)化氮?dú)馀菽?qū)使得采收率從43.6%提高到65.1%，增幅21.5%。實(shí)驗(yàn)可知，強(qiáng)化泡沫驅(qū)為三種提高采收率驅(qū)油方式中增幅效果最好。

4 ?結(jié) 論

（1）優(yōu)選泡沫體系PM-1：（700～1 000）mg/L穩(wěn)泡劑WP-1+0.3%起泡劑QP-5為研究區(qū)油藏地質(zhì)條件下最佳的泡沫體系，實(shí)驗(yàn)表明該體系具有最佳的起泡、封堵、耐油等性能。

（2）根據(jù)注入?yún)?shù)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，在氣液比1∶1，注入速度為2 mL/min，注入段塞0.3 PV，注入方式混合注入條件下，氮?dú)馀菽w系具有最優(yōu)的提高采收率性能。同時(shí)驗(yàn)證了強(qiáng)化泡沫驅(qū)注入方式效果更佳。

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