張穎，袁凱濤，肖榮，張玉，成城，趙淼

(1.陜西化工研究院有限公司，陜西 西安 710054；2.陜西省石油精細(xì)化學(xué)品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710054； 3.延長油田股份有限公司定邊采油廠，陜西 榆林 718600)

延長石油定邊采油廠位于鄂爾多斯盆地，油藏具有特低滲透、致密油藏儲(chǔ)層物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)，油井投產(chǎn)后具有初產(chǎn)高、降產(chǎn)快、穩(wěn)產(chǎn)難的特點(diǎn)，大規(guī)模壓裂投產(chǎn)后，采取注水開發(fā)補(bǔ)充地層能量，存在注水見效不均衡甚至不見效、注水壓力高、含水上升快等問題，嚴(yán)重影響采油速度和采收率的提高。自生氣泡沫驅(qū)既能補(bǔ)充地層能量，又具有“堵水不堵油”、“堵大不堵小”、“邊調(diào)邊驅(qū)”等特點(diǎn)，適用于高含水、非均質(zhì)嚴(yán)重的油藏，既能提高油層的波及系數(shù)，又能提高其驅(qū)油效率，受到各大油田青睞。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

椰油酰胺丙基甜菜堿、月桂酰胺丙基甜菜堿、月桂基羥基磺基甜菜堿、月桂酰胺丙基羥磺基甜菜堿、a-烯基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉均為工業(yè)品；現(xiàn)場水和現(xiàn)場原油均為延長石油定邊采油廠取樣。

ME204E型電子天平；JM504型秒表。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 泡沫性能評價(jià) 評價(jià)泡沫性能的方法很多,諸如DIN孔盤打擊法、壓氣氣流法、Ross-Miles法、API法和Waring Bleder法等。本文采用Waring Bleder法對泡沫性能進(jìn)行全面評價(jià)和研究。

用現(xiàn)場注入水，配制一定質(zhì)量濃度的起泡劑溶液，在地層溫度條件下采用吳茵(WARING)攪拌器5 000 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌1 min后，立即倒入1 000 mL 的量筒中，用保鮮膜封住量筒口，開始計(jì)時(shí)，記錄停止攪拌時(shí)泡沫發(fā)泡體積以及從泡沫中析出一半液體所需要的時(shí)間；并記錄泡沫減少到原有泡沫量一半所需要的時(shí)間。

1.2.2 自生氣泡沫驅(qū)油體系的實(shí)驗(yàn) 將配制好的A、B、C溶液依次倒入1 000 mL量筒中，攪拌均勻，開始計(jì)時(shí)，記錄最高泡沫高度、最高泡沫的時(shí)間、泡沫從最高泡沫高度開始到液體析出一半的時(shí)間、泡沫從最高泡沫高度到泡沫消失一半的時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 自生氣泡沫驅(qū)油體系的研究

2.1.1 自生氣體系的確定 自生氣體系按氣源可分為氮?dú)馀菽w系和二氧化碳泡沫體系。氮?dú)馀菽w系與水、醇類、原油等物質(zhì)配伍性良好，且不易造成腐蝕、結(jié)垢等問題。因此，選擇惰性氣體氮?dú)庾鳛樽陨鷼馀菽?qū)油體系的工作氣體，利用亞硝酸鈉和氯化銨在弱酸檸檬酸的控制下釋放氮?dú)猓磻?yīng)方程式為：

實(shí)驗(yàn)確定的最佳自生氣體系配方為：2.5%亞硝酸鈉+2.5%氯化銨+3.0%檸檬酸+1%pH調(diào)節(jié)劑。為現(xiàn)場使用方便，可先配制A、B、C溶液，A溶液為7.5%亞硝酸鈉+起泡劑+穩(wěn)泡劑，B溶液為7.5%氯化銨+起泡劑+穩(wěn)泡劑，C溶液為9%檸檬酸+3%pH調(diào)節(jié)劑+起泡劑+穩(wěn)泡劑，A、B、C溶液再按等比例混合使用。

2.1.2 起泡劑的優(yōu)選 目前泡沫驅(qū)油用起泡劑多采用陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑和兩性表面活性劑。一種起泡劑一般不能滿足現(xiàn)場使用要求，需要多種表面活性劑或者穩(wěn)泡劑復(fù)配使用。在表面活性劑的選擇上，還得考慮到自生氣體系中的鹽和弱酸，選擇抗鹽和抗酸能力強(qiáng)的表面活性劑。本文選用椰油酰胺丙基甜菜堿、a-烯基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、月桂酰胺丙基甜菜堿、月桂基羥基磺基甜菜堿、月桂酰胺丙基羥磺基甜菜堿等6種起泡劑。用現(xiàn)場水配制0.5%的起泡劑溶液200 mL，考慮到自生氣體系反應(yīng)后產(chǎn)生氯化鈉，在溶液中加入3%氯化鈉，50 ℃下恒溫30 min，采用Waring Bleder法對泡沫性能進(jìn)行評價(jià)，5 000 r/min下攪拌1 min，記錄泡沫發(fā)泡體積V、析液半衰期t1/2、消泡半衰期t’1/2,結(jié)果見表1。

表1 起泡劑性能評價(jià)Table 1 Evaluation of foaming agent performance

由表1可知，單獨(dú)的表面活性劑中椰油酰胺丙基甜菜堿的效果最佳，泡沫發(fā)泡體積450 mL，析液半衰期74 s，消泡半衰期200 s，均優(yōu)于其他表面活性劑。本文采用椰油酰胺丙基甜菜堿作為自生氣泡沫驅(qū)油體系的起泡劑。

2.1.3 穩(wěn)泡劑的優(yōu)選 根據(jù)穩(wěn)泡作用機(jī)理[1-3]，穩(wěn)泡劑主要有兩大類:一類是增大界面吸附膜強(qiáng)度，常用的有十二醇、三乙醇胺;一類是提高液相黏度，常用的有羧甲基纖維素(CMC)、超級瓜爾膠(GHPG)等。本文選用十二醇、三乙醇胺、羧甲基纖維素(CMC)、聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺等5種穩(wěn)泡劑，在現(xiàn)場水中加入0.5%的椰油酰胺丙基甜菜堿、3%氯化鈉和穩(wěn)泡劑，采用Waring Bleder法對泡沫性能進(jìn)行評價(jià)，記錄泡沫發(fā)泡體積V、析液半衰期t1/2、消泡半衰期t’1/2，結(jié)果見表2。

由表2可知，穩(wěn)泡劑的加入，會(huì)降低泡沫發(fā)泡體系，延長析液半衰期和消泡半衰期。部分水解聚丙烯酰胺對泡沫發(fā)泡體系影響最小，對析液半衰期特別是消泡半衰期的時(shí)間延長的更長，更有利于泡沫驅(qū)油。本文選擇0.1%部分水解聚丙烯酰胺作為自生氣泡沫驅(qū)油體系的穩(wěn)泡劑。

表2 穩(wěn)泡劑對泡沫性能影響Table 2 Effect of foam stabilizer on foam performance

2.2 自生氣泡沫驅(qū)油體系性能評價(jià)

自生氣泡沫驅(qū)油體系由67 mL的A溶液、67 mL 的B溶液和67 mL的C溶液等體積混合而成，A溶液為7.5%亞硝酸鈉+0.5%椰油酰胺丙基甜菜堿+0.1%部分水解聚丙烯酰胺，B溶液為7.5%氯化銨+0.5%椰油酰胺丙基甜菜堿+0.1%部分水解聚丙烯酰胺，C溶液為9%檸檬酸+3%pH調(diào)節(jié)劑+0.5%椰油酰胺丙基甜菜堿+0.1%部分水解聚丙烯酰胺。將A、B、C溶液倒入1 000 mL量筒中，攪拌均勻，開始計(jì)時(shí)，記錄最高泡沫體積V、最高泡沫體積的時(shí)間t、泡沫從最高泡沫高度開始到液體析出一半的時(shí)間t1/2(即析液半衰期)、泡沫從最高泡沫高度到泡沫消失一半的時(shí)間t’1/2(即消泡半衰期)。

2.2.1 抗鹽性能 根據(jù)地層水礦物離子的特點(diǎn)，配制不同礦化度的水，用不同礦化度的水配制A、B、C溶液，然后再混合，進(jìn)行自生氣泡沫驅(qū)油體系抗鹽性能評價(jià)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 自生氣泡沫驅(qū)油體系抗鹽性能評價(jià)實(shí)驗(yàn)Table 3 Evaluation experiment of salt resistance performance of natural gas generation foam flooding system

由表3可知，自生氣泡沫驅(qū)油體系在礦化度7.25×104mg/L以下，受影響很小，但礦化度超過7.25×104mg/L以上，泡沫發(fā)泡體積V、最高泡沫體積的時(shí)間t和析液半衰期t1/2、影響較少，僅消泡半衰期t’1/2降低較多。自生氣泡沫驅(qū)油體系能完全滿足現(xiàn)場要求。

2.2.2 抗油性能 地層中的原油等烴類物質(zhì)會(huì)對泡沫的穩(wěn)定產(chǎn)生較大影響[4]，在自生氣泡沫驅(qū)油體系中添加不同量的原油，評價(jià)體系的抗油能力，結(jié)果見表4。

表4 自生氣泡沫驅(qū)油體系抗油性能評價(jià)實(shí)驗(yàn)Table 4 Evaluation experiment of oil resistance performance of natural gas-generated foam flooding system

由表4可知，自生氣泡沫驅(qū)油體系在原油含量10.0%以下，受影響很小，但原油含量在10.0%以上時(shí)，泡沫發(fā)泡體積V和最高泡沫體積的時(shí)間t影響較少，而析液半衰期t1/2和消泡半衰期t’1/2降低約一半。自生氣泡沫驅(qū)油體系的原油含量應(yīng)控制在10.0%以內(nèi)。

2.2.3 抗溫性能 將自生氣泡沫驅(qū)油體系的A、B、C溶液分別放入不同溫度的水浴鍋里恒溫30 min，然后立即混合，放入可視恒溫箱中觀測，評價(jià)溫度對體系的影響，結(jié)果見表5。

表5 自生氣泡沫驅(qū)油體系抗溫性能評價(jià)實(shí)驗(yàn)Table 5 Evaluation experiment on temperature resistance of natural gas-generated foam flooding system

由表5可知，自生氣泡沫驅(qū)油體系具有一定的抗溫能力，90 ℃都能滿足現(xiàn)場要求。溫度越高，最高泡沫體積變大，最高泡沫體積的時(shí)間降低，可能是自生氣藥劑在高溫下反應(yīng)速度加快造成的。析液半衰期t1/2、消泡半衰期t’1/2明顯降低，可能是由于高溫下起泡劑在氣液界面排列的無序度增加，致使密度降低，泡沫液膜強(qiáng)度減弱造成的[5-7]。

2.2.4 抗吸附性能 將配制好的A、B、C溶液中分別加入33 g地層砂(60目以上)，浸泡一段時(shí)間后過濾掉油砂，再混合進(jìn)行體系抗吸附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表6。

表6 自生氣泡沫驅(qū)油體系抗吸附性能評價(jià)實(shí)驗(yàn)Table 6 Evaluation experiment of anti-adsorption performance of natural gas-generated foam flooding system

由表6可知，50%地層砂加入后，隨著浸泡時(shí)間的增加，最高泡沫體積V和最高泡沫體積的時(shí)間t基本無影響，析液半衰期t1/2和消泡半衰期t’1/2均有不同程度的降低，降低約10%。當(dāng)浸泡時(shí)間7～9 d 時(shí)，析液半衰期t1/2和消泡半衰期t’1/2基本不再變化。

2.2.5 表/界面張力評價(jià) 按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22237—2008中7.2節(jié)的測定方法，測定自生氣驅(qū)油體系A(chǔ)、B溶液混合消泡后液體的表面張力為23.0 mN/m；按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6424—2000中第4章的測定方法，測定自生氣驅(qū)油體系A(chǔ)、B溶液混合消泡后液體的界面張力為0.02 mN/m。較低的表/界面張力能改變巖石的潤濕性、降低油滴通過狹窄孔喉的阻力[8]，提高驅(qū)油效率。

3 結(jié)論

(1)最佳自生氣體系配方為：2.5%亞硝酸鈉+2.5%氯化銨+3.0%檸檬酸+1%pH調(diào)節(jié)劑。

(2)性能優(yōu)良的泡沫體系組成為：0.5%椰油酰胺丙基甜菜堿+0.1%部分水解聚丙烯酰胺，5 000 r/min 下攪拌1 min，泡沫發(fā)泡體積430 mL，析液半衰期120 s，消泡半衰期500 s。

(3)自生氣泡沫驅(qū)油體系能自動(dòng)產(chǎn)生氣泡，補(bǔ)充地層能量，不需要特殊的發(fā)泡設(shè)備，現(xiàn)場使用方便。200 mL泡沫液15 s內(nèi)能產(chǎn)生約830 mL泡沫，析液半衰期122 s，消泡半衰期494 s，完全能滿足現(xiàn)場要求。

(4)自生氣泡沫驅(qū)油體系性能優(yōu)良，能抗礦化度7.25×104mg/L,抗油10%,抗溫90 ℃，50%地層砂加入后，最高泡沫體積V和最高泡沫體積的時(shí)間t基本無影響，析液半衰期t1/2和消泡半衰期t’1/2降低約10%。