蒸汽驅高溫三相泡沫調剖技術研究及應用＊

楊立軍,朱龍江

(沈陽農業大學高職學院,遼寧,沈陽,110122;2.遼河油田公司齊 40項目部)

蒸汽驅高溫三相泡沫調剖技術研究及應用＊

楊立軍1,朱龍江2

(沈陽農業大學高職學院,遼寧,沈陽,110122;2.遼河油田公司齊 40項目部)

遼河油田齊 40塊中深層稠油油藏蒸汽驅于 2006年底至 2008年一季度相繼轉入蒸汽驅開發,在蒸汽驅開發過程中個別汽驅井組由于油層層間矛盾較為突出,個別汽驅井組出現高溫、汽竄等問題,嚴重影響了井組的生產效果。為了進一步改善井組的生產效果,抑制汽竄加劇的現象,研制并引進實施了高溫三相泡沫調剖技術,相繼在齊 40塊蒸汽驅汽竄井封竄、吞吐引效井高溫調剖上應用均取得了較好的生產效果。達到了改善吸汽剖面提高油層縱向動用程度、抑制汽竄的目的。該項技術的成功應用對齊 40塊蒸汽驅高溫汽竄井抑制汽竄及改善吞吐引效井的調剖生產效果具有重要意義。

蒸汽驅;高溫三相泡沫調剖技術;研究及應用

遼河油田齊 40塊中深層稠油油藏儲層膠結疏松、孔隙度高、非均質性較嚴重。齊 40塊在轉入蒸汽驅開發后,層間矛盾較為突出,在汽驅開采過程中,特別是籠統蒸汽驅注汽井組部分生產井出現高溫、汽竄等現象,影響了油井的正常生產。另外蒸汽驅部分未受效井組需進行吞吐引效加強與注汽井的熱連通,而吞吐引效井在經過多輪次蒸汽吞吐生產后,注汽指進和汽竄現象亦極為普遍。其原因是:稠油儲集層本身不均質性嚴重,層間和平面上滲透率級差很大;多輪次吞吐改變了地層組份,破壞了地層結構,產生了汽竄通道。同時由于多輪次吞吐在高滲透率大孔道中進行,造成稠油中的重組分和運移的粘土顆粒在低滲區沉積堵塞;另外蒸汽冷凝水和稠油形成的乳狀液也極易滯留在地層中,造成開采困難。從2006年開始結合齊 40塊的具體油藏特點,通過大量室內實驗,研制高溫三相泡沫調剖體系,3年多來在齊 40塊蒸汽驅現場應用 22口井,達到封堵汽竄、提高油層縱向動用程度的目的。

1 封竄機理

高溫三相泡沫調剖劑體系主要由聚合物凝膠―固相顆粒―表面活性劑組成的綜合體系。在地層中靠三相泡沫體系達到調剖助排作用,其應用原理如下:(1)聚合物溶液攜帶的固相顆粒進入高滲透層,起到封堵作用;(2)聚合物溶液在一定溫度條件下形成凝膠后,增加體系強度,增強封堵效果;(3)隨著注汽時間的延長,地層溫度達到 200℃以上時,凝膠體系逐漸水化,釋放出高溫表面活性劑及氮氣。表面活性劑在氮氣,蒸汽及蒸汽冷凝水作用下,形成良好的泡沫體,因在地層中的“賈敏效應”而形成二次調剖作用,控制、改變蒸汽走向。(4)凝膠體系逐漸水化釋放出的高溫表面活性劑,其溶液可以有效剝離巖石表面油膜,改變地層潤濕性,防止蒸汽冷凝水與稠油形成油包水乳狀液。同時表面活性劑、冷凝水與稠油能形成良好的水包油乳狀液,大大地降低了稠油粘度,從而改善地層流體的流動性,起到降粘助排作用。

2 調剖體系性能實驗

2.1 基本配方確定 根據齊 40區塊油井的具體需要,調剖劑應具備較高的耐溫性和較好的封堵性能,同時在一定條件下逐漸水化,水化產物具有優良的表面活性,油井開采時起到降粘、助排作用。通過對各種調剖、降粘、助排化學劑的研究篩選,初步確定對聚合物―固相顆粒―表面活性劑體系進行試驗。其體系主要組成為:部分水解聚丙烯酰胺、有機交聯劑 (酚醛樹脂)、熱穩定劑、木素纖維、復合樹脂、表面活性劑及AC發泡劑。

2.2 體系性能實驗

2.2.1 凝膠試驗

(1) 基礎凝膠體系 用分子量為 800-1000萬 (水解度為25%)的HPAM、酚醛樹脂、熱穩定劑進行成膠試驗。分別將各組分按不同量加入水中,配成均勻體系后放置在 50℃恒溫水浴中,定時觀察溶液粘度變化情況,當體系失去流動時視為成膠時間。不同的HPAM濃度時體系成膠情況見表1、圖1;不同交聯劑濃度時體系成膠情況見表2、圖2。

表1 不同 HPAM濃度時體系成膠情況

表2 不同交聯劑濃度時體系成膠情況

實驗證明,一定組份的HPAM、交聯劑、熱穩定劑體系可以形成較理想的凝膠,并且成膠時間可控。根據油田油井的具體情況及成本情況,我們認為該體系:0.8%HPAM+0.4%交聯劑 +0.25%熱穩定劑 比較理想。(2)固相顆粒對凝膠的影響 加入固相顆粒的目的是提高凝膠強度,從而提高體系的封堵性能,封堵能力與固相顆粒粒徑匹配及加量有關。通過粒徑分析、試驗,我們選擇了三種固相。 一是木素纖維,它的外形是纖維狀,纖維直徑是0.2μm,耐溫能達到300℃以上;二是復合樹脂,它的外形是粒狀的,直徑為20μm,耐溫達到 250℃以上;三是 AC發泡劑,在 200℃條件下釋放出氮氣,每 1噸 AC發泡劑能釋放出 175m3的氮氣。木素纖維、復合樹脂、AC發泡劑按比例加入凝膠體系后,其凝膠體系狀態良好,見圖3。它們可以用來作為調剖劑的添加物。

從圖3可以看出,體系凝膠強度隨著木素纖維加量的增大,凝膠強度增大。而復合樹脂和 AC發泡劑對體系的凝膠強度基本沒有影響。根據室內實驗及現場經驗,我們確定這三種固相的使用比例為:木樹纖維:復合樹脂:AC發泡劑 =3:1:0.5;固相總的加量范圍為 4-8%。

(3)表面活性劑對凝膠的影響 通過對多種表面活性劑的試驗,我們選擇了兩種比較合適的表面活性劑。一種是陰離子表面活性劑 PES,另一種是非離子表面活性劑 OPE,其基本性能見表3。可見陰離子表面活性劑 PES和非離子表面活性劑OPE都具有良好的耐溫性和優良的表面活性,可用于稠油的注汽和開采。尤其是把這兩種表面活性劑按一定比例混合后,其性能更優良,這就是表面活性劑復配的效果。

表3 表面活性劑基本性能

把 PES、OPE混合物加入前述聚合物 -固相顆粒體系中,成膠情況如表4。從表4中數據可以看出,該聚合物 -固相顆粒 -表面活性劑體系在一定條件下可以形成良好的凝膠體系,其成膠速度可調。

表4 加入 PES、OPE混合物后體系的成膠情況

2.2.2 耐溫水化實驗 凝膠體系水化程度決定體系的封堵有效期和體系中表面活性劑釋放程度。生產工藝要求凝膠體系在較低溫度下具有較強的穩定性,可以保持有效的封堵性能,而在較高溫度下穩定性降低,逐漸徹底水化釋放出氮氣和表面活性劑。

(1)凝膠體系在不同溫度下的水化時間 把聚合物 -固相顆粒 -表面活性劑組成的高溫三相泡沫體系放在 50℃的水浴中使之成膠,再把凝膠放入高壓釜中加熱到一定溫度,考察在不同溫度下凝膠的水化時間實驗結果見圖4。

由圖可知三相泡沫體系的水化速度隨著溫度的升高而加快,在 200℃條件下可以保持較長時間的穩定性,而在較高溫度下其穩定時間較短。

(2)凝膠體系水化速度:凝膠水化是一個緩慢過程,180℃時體系粘度隨時間變化情況見圖5。由此可見,凝膠體系在水化前的大多時間內具有很高的粘度,可以形成較好的封堵。

(3)原油對凝膠體系的影響:把原油與凝膠一起放入高壓釜中,在 180℃下測其水化速度,實驗結果見圖6。說明原油對體系水化影響不大。

2.2.3 凝膠體系水化液的性能(1)洗油能力凝膠體系水化液、表面活性劑溶液、水在 50℃條件下對稠油的洗凈能力見表5。可以看出凝膠體系水化液具有較好的洗油能力,有助于在油田開采時起助排作用。

表5 凝膠水化液的洗油能力

(2)降粘率 表面活性劑水溶液、凝膠體系水化液在50℃條件下對特油杜 32塊稠油的降粘率見表6,可見凝膠體系水化液對特油稠油具有較好的降粘能力。

表6 凝膠水化液的降粘能力

(3)起泡能力:凝膠體系水化液的起泡能力見圖7、圖8,可見凝膠體系水化后具有優良的起泡能力,在條件具備時形成二次封堵并具有降粘、助排作用。

(4)防乳性能:含不同量表面活性劑的凝膠體系分別與稠油一起在 200℃下水化,水化物靜止沉降后取上部油測含水率,結果見表7。

表7 凝膠體系水化后的防乳化能力

表7數據說明,凝膠體系在油層水化后,可以防止稠油與蒸汽冷凝水形成穩定的油外相乳狀液,達到助排的目的。

2.2.4 封堵性能

表8 幾種體系的封堵效果

對松散填充巖芯進行封堵性能試驗,結果表明 (見表8),高溫三相泡沫體系的封堵性能強于單一的凝膠體系和固相顆粒體系,所以采用高溫三相泡沫體系可以取得更好的封堵效果。

3 現場應用

3.1 調剖劑用量設計 根據油井的處理半徑、油層射開厚度、地層孔隙度等情況,用下式計算出高溫三相泡沫調剖劑的用量。

式中:Q為藥劑用量,m3;β為用量系數,常取 1.0～1.5;h為油層射開厚度,m;φ為地層孔隙度,%;R為油井處理半徑,(一般為 1.5～2m)

3.2 施工工藝 高溫三相泡沫調剖技術對管柱結構沒有特殊要求,采用熱采管柱完井,在注汽前一次性籠統注入。

3.3 現場應用效果 2006-2008年在齊 40塊蒸汽驅共實施高溫三相泡沫調剖封竄 22井次,有效 20井次,有效率 90.9%,有效期內平均單井增油 386噸,累計增油 7720噸。取得了較好的措施效果,達到了抑制汽竄、提高油層縱向動用程度的目的。

4 結論

(1)通過近幾年的現場實驗表明,高溫三相泡沫調剖劑體系能明顯抑制蒸汽驅油井的汽竄,并能提高吞吐引效井油層縱向動用程度,改善吸汽剖面,措施效果明顯。

(2)對受汽竄影響較嚴重的的井,根據措施井的注汽參數、地層虧空情況、采出程度、油層厚度等相關因素與室內試驗相結合,可以適當通過加大固相顆粒的濃度來達到較好的封堵效果。

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TF538.4

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1003-3467(2010)04-0030-04

楊立軍(1960-),女。1983年畢業于遼寧師范學院。副教授,現從事化學教研工作。