SZ36－1油田氮氣泡沫驅油體系的篩選及性能評價

鄭繼龍，宋志學，陳 平，張相春，胡 雪，王嘯遠，趙 軍

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院;2.中海油田服務股份有限公司鉆井事業(yè)部:天津 300452)

綏中36－1油田位于遼西低凸起中段，面積43.3 km2，原油地質儲量2.5 ×108t以上，油田分布范圍廣，埋藏淺，層系多，油層厚，黏度平均為1 478.4 mPa·s，油層厚 50.0～248.5 m，孔隙度28%～35%，滲透率變化較大(30～5 000)×10－3μm2。原油性質具有高密度、高黏度、高膠質和高瀝青質含量，以及低凝固點、低含硫量、低含蠟量等特點。油田全面開發(fā)時，可通過分層采油和注水工藝減少層間矛盾，提高油田水驅油效率。

泡沫驅封堵調剖能力強、表觀黏度高、可降低油水相對滲透率、對油水的封堵具有選擇性，能有效降低N2流度并改善N2在非均質油層內的流動狀況，控制氣體指進、降低氣液產量比、推遲氣體的突破時間，從而大幅提高采收率［1］。泡沫進入地層后，首先進入高滲透率層，由于泡沫有較高的表觀黏度，且具有遇油消泡、遇水穩(wěn)定、堵大不堵小、堵水不堵油的特性［2］。為此，筆者利用Waring Blender法，采用復配增效原理［3－7］，研制成一種海上油田N2泡沫驅油體系，并對其性能進行評價。

1 實驗

1.1 原料

油:SZ36－1油田原油，油藏溫度下黏度為1 478.4 mPa·s;水:室內配制 SZ36－1油田模擬地層水和注入水，地層水總礦化度9 907.98 mg/L，注入水礦化度 6 556 mg/L，經 0.45 μm 微孔濾膜過濾;氣:N2，純度99.9%。

起泡劑AOS，HON － 1103，ABS，NK630，SON －1230，ON －209，SON －1123，HON －1104，SON－1238，AS，均屬于陰離子型表面活性劑，天津市雄冠科技發(fā)展有限公司;穩(wěn)泡劑 WP－1，WP－2，WP －3，WP －4，均屬于陰離子表面活性劑，法國愛森絮凝劑有限公司。

1.2 儀器

高壓恒壓恒速泵，型號QX5210－HC－AAH－S，美國Qiuzix;巖心驅替試驗裝置，揚州華寶石油儀器有限公司;填砂管模型，φ25 mm×300 mm，江蘇海安發(fā)達石油儀器有限公司;泡沫發(fā)生器，揚州華寶石油儀器有限公司;Waring攪拌器，美國威力;布氏黏度計，Brookfield DV－Ⅱ，轉子S00。

1.3 起泡能力和半衰期測定方法

向量杯中加入200 mL，質量分數(下同)0.3%的泡沫體系溶液，高速攪拌3 min;關閉Waring Blender攪拌器，讀取泡沫體積，表征泡沫體系的起泡能力;紀錄從泡沫中析出100 mL液體所需的時間，即為泡沫的半析水期，表征其穩(wěn)定性;Waring Blender攪拌器轉速7 500 r/min，實驗溫度25℃。

1.4 靜態(tài)吸附實驗方法

配制400 mL 0.5%的泡沫體系溶液;分別取100 g油砂，按油砂與泡沫劑質量比為1∶4混合;放入恒溫水浴中恒溫96 h，過濾，測定泡沫體系的起泡高度和穩(wěn)泡時間。

1.5 熱穩(wěn)定性實驗

取泡沫體系原液放入烘箱，分別在不同溫度下放置不同時間，取出，分別配制0.5%的泡沫體系溶液，攪拌后，測定起泡體積和穩(wěn)泡時間。

1.6 驅油性能實驗方法

用石英砂填充φ 25 mm×300 mm的填砂管，儲氣罐、回壓儲氣罐充氣至壓力為3.4 MPa，檢查裝置密閉性;調節(jié)減壓閥至實驗壓力，待壓力表穩(wěn)定0.5 h后進行實驗;抽真空，并飽和地層水和實驗用油;用地層水驅替至含水率98%，計算水驅采收率;改為N2泡沫驅，注入0.2 PV泡沫體系作為前置液，再混合注入N2和泡沫體系2.0 PV，轉水驅至產出液含水率98%，計算N2泡沫驅采收率。

2 泡沫體系配方篩選

2.1 起泡劑

對商家提供的起泡劑進行配伍性實驗，從中篩選出5種與地層水配伍性良好的起泡劑，分別命名為BZ－1，BZ－2，BZ－3，BZ－4，BZ－5，通過對其進行起泡能力和穩(wěn)泡能力實驗、靜態(tài)吸附實驗可知，BZ－1，BZ－3，BZ－4起泡劑在清水和鹽水中性能均較差，BZ－2在水溶液中的泡沫體積比BZ－5大，但在模擬地層水中的較果遠小于BZ－5。這是由于BZ－2在模擬地層水中影響起泡劑的有效成分，從而嚴重影響起泡效果和穩(wěn)泡時間，而BZ－5起泡劑在水溶液和模擬地層水中均具有較強的起泡能力和較長的穩(wěn)泡時間，具有較強的抗鹽能力，且被地層巖石吸附量小，來源廣、價廉等。因此，推薦起泡劑BZ－5為SZ36－1油田N2泡沫驅用起泡劑。考察BZ－5起泡劑質量分數對起泡能力的影響結果見表1。隨著BZ－5質量分數增加，泡沫體積和半衰期均先增加再下降。綜合考慮，起泡劑BZ－5質量分數以0.3%為宜。

表1 BZ－5起泡劑質量分數對起泡能力的影響

2.2 穩(wěn)泡劑

由于單一起泡劑在油藏溫度壓力條件下，泡沫穩(wěn)定性較差，表觀黏度較低，易發(fā)生氣竄，因此，必須加入穩(wěn)泡劑增加泡沫體系的表觀黏度，提高泡沫體系的穩(wěn)定性和封堵能力［8］。對現場用WP－1，WP－2，WP－3，WP－4進行溶解時間實驗、水不溶物實驗、黏濃關系實驗、黏鹽關系實驗、黏溫關系實驗和穩(wěn)泡劑濃度實驗，采用布氏黏度計，轉速6 r/min，實驗溫度80℃，在不同穩(wěn)泡劑濃度下，測定不同穩(wěn)泡劑的黏度，結果見表2。隨著穩(wěn)泡劑濃度增加，黏度增加。根據泡沫體系的綜合性能及現場注入性因素，確定穩(wěn)泡劑WP－1作為助劑，其濃度為500 mg/L。因此，N2泡沫體系FP－1的最佳配方為:500 mg/L穩(wěn)泡劑WP－1+0.3%起泡劑 BZ －5。

表2 不同穩(wěn)泡劑濃度對黏度的影響

3 性能評價

3.1 N2泡沫驅油體系與地層水的配伍性

采用SZ36－1油田模擬地層水配制N2泡沫體系溶液，考察N2泡沫驅油體系FP－1與地層水的配伍性，并與常規(guī)起泡劑比較，結果見表3。多數起泡劑起泡體積小、半衰期短，有沉淀，泡沫劑體系性能優(yōu)于常規(guī)起泡劑，與地層水具有良好的配伍性，其起泡體積660 mL。

表3 起泡劑與地層水的配伍性

3.2 靜態(tài)吸附實驗結果

泡沫體系受巖石表面性質、組成、巖石礦物等因素影響，會在巖石表面產生吸附［9］。實驗通過評價N2泡沫驅油體系FP－1及起泡劑BZ－5在地層中吸附性能，指導泡沫體系現場用量，結果見表4。體系FP－1經油砂靜態(tài)吸附后，起泡體積和穩(wěn)泡時間雖減少，但下降不明顯，說明地層吸附對泡沫體系吸附性能影響較小。

表4 N2泡沫體系FP－1靜態(tài)吸附實驗結果

3.3 耐油性能

泡沫體系具有遇水穩(wěn)定，遇油消泡的特性，原油的存在會降低泡沫的封堵能力。通過殘余油巖心和飽和水巖心的泡沫體系FP－1注入壓力變化曲線，考察原油對泡沫體系封堵能力和穩(wěn)定性的影響，結果見圖1。在飽和水巖心中，隨著泡沫體系的注入，被捕集氣體越來越多，流動阻力逐漸增大，當達到平衡時，注入壓力保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。而在殘余油巖心中，由于原油的存在，泡沫體系的穩(wěn)定性變差，不能形成穩(wěn)定的泡沫，封堵能力相對較弱;隨著巖心中原油不斷被驅出，含油飽和度逐漸降低，泡沫體系穩(wěn)定性逐漸增強，流動阻力增加，注入壓力逐漸升高。表明泡沫體系具有一定的耐油能力。

圖1 殘余油巖心與飽和水巖心注入壓力變化關系曲線

3.4 驅油性能

在上述研究工作的基礎上，結合實際油藏條件，對研制的泡沫體系FP－1進行驅油效果評價，結果見圖2。水驅后轉N2泡沫驅提高原油的采收率。水驅后轉N2泡沫驅，采收率從38.2%提高至59.3%，提高了21.1%。N2泡沫驅中產生的泡沫能進入更多的孔隙空間，波及體積更大，采收率提高。

圖2 N2泡沫驅油采收率曲線

4 結論

1)油田 N2泡沫體系 FP－1最佳配方為:500 mg/L穩(wěn)泡劑WP－1+0.3%起泡劑BZ-5。

2)N2泡沫體系靜態(tài)評價結果表明，SZ36－1油田N2泡沫驅油泡沫體系具備良好的起泡、穩(wěn)泡能力，在油藏溫度和礦化度條件下，其穩(wěn)定性、吸附量，均能滿足現場施工要求。

3)N2泡沫驅動態(tài)實驗結果表明，SZ36－1油田N2泡沫驅油泡沫體系FP－1在地層條件下具有良好的選擇封堵性和耐油能力;水驅和泡沫驅實驗結果表明，N2泡沫驅提高采收率21.1%。

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