稠油熱采氮氣泡沫輔助蒸汽驅技術研究及應用
——以河南油田稠油開發為例

畢長會，王 泊，白長奇，田一鳴，何知鵬

(1.中國石化河南油田分公司第二采油廠，河南唐河 473400;2.中國地質大學(北京)能源學院)

蒸汽竄流是稠油蒸汽驅開采過程中最常見的技術難題，汽竄易導致蒸汽驅替波及范圍小、油藏動用不均、原油采收率低。應用氮氣泡沫輔助蒸汽驅技術，可以有效地控制蒸汽竄流，提高注入蒸汽的波及體積，改善蒸汽驅開發效果[1-5]。但在汽驅過程中注入氮氣泡沫時，由于驅替油藏處于高溫高壓環境下，需對氮氣泡沫的耐受性和注入參數進行實驗模擬研究，以配套完善氮氣泡沫輔助蒸汽驅技術。

1 發泡劑的耐溫性和封堵性評價

采集4種高溫發泡劑(1#、2#、TFP、ZWF)樣品，分別進行高溫下的表(界)面張力、發(穩)泡性能和封堵性能評價實驗，從中優選出最佳的發泡劑。實驗中發泡劑的質量分數均為0.5%。

1.1 發泡劑的表面張力和界面張力實驗評價

實驗測試結果見表1、表2所示。實驗結果表明：高溫下，隨著加熱時間的增加，發泡劑的表面張力和界面張力均有不同程度的增大；ZWF發泡劑受熱后的界面張力最小，其次為TFP發泡劑。

表1 250℃下不同時間后的表面張力測試結果 mN/m

1．2 發泡劑的耐溫性能實驗評價

一般耐溫性評價是將發泡劑溶液置于80℃下恒溫72 h，取出降至室溫，再評價其發泡性能；考慮到要應用于稠油蒸汽驅，注汽溫度較高，因此實驗發泡劑的耐受溫度設定為250℃，受熱測試時間設定為7天。實驗結果表明(表3)：隨著受熱時間的增加，發泡劑的發泡體積和半衰期均呈下降趨勢，說明高溫對發泡劑的發泡性能和穩泡性能影響較大。1#和2#發泡劑的耐受高溫性能較差；高溫下，ZWF發泡劑的發泡性能較好，TFP發泡劑的穩泡性能較強。

表2 250℃下不同時間后的界面張力測試結果 mN/m

1．3 發泡劑封堵性能實驗評價

評價發泡劑的封堵性能主要是考察其阻力因子和殘余阻力因子，驅替過程以蒸汽作為介質測定，實驗參數見表4。實驗裝置為單管模型，發泡劑選用ZWF和TFP，發泡劑質量分數均為0.5%，氣液比設定為2∶1。

阻力因子及殘余阻力因子評價結果見表5。實驗結果表明：隨著溫度的增加，泡沫的阻力因子和殘余阻力因子均呈下降趨勢，說明泡沫的封堵性能逐漸降低；從高溫下的封堵性能來看，ZWF發泡劑的封堵性能最強，其次為TFP發泡劑。

表3 250℃時不同受熱時間對起泡能力的影響

表4 封堵性能實驗參數設計

表5 發泡劑阻力因子及殘余阻力因子測試數據

注：XXX表示發泡劑樣品的阻力因子,XXX-R表示發泡劑樣品的殘余阻力因子

綜合分析，TFP和ZWF兩種發泡劑能夠滿足蒸汽驅汽竄治理和剖面調整的要求。

1.4 發泡劑注入濃度優化

發泡劑選擇TFP，其質量分數分別為0.25%、0.5%、2.5%，測定其不同濃度下的阻力因子，實驗結果見圖1。實驗結果表明：發泡劑質量分數在0.5%時的阻力因子最大，說明其封堵性能最好；因此，最佳發泡劑注入質量分數選擇為0.5%。

圖1 TFP發泡劑不同濃度下的阻力因子

2 不同滲透率級差下氮氣泡沫輔助蒸汽驅替特征實驗研究

開展不同滲透率級差下的氮氣泡沫輔助蒸汽驅替分流實驗，研究其級差適應性及啟動壓差特征，五管參數見表6。實驗條件參數：填砂管 350 mm×Φ38 mm(五管)；蒸汽驅階段蒸汽注入速度6 mL/min；蒸汽氮氣泡沫驅階段蒸汽注入速度1.5 mL/min；選用質量分數0.5%TFP發泡劑注入速度0.5 mL/min；氮氣4 mL/min；蒸汽溫度250 ℃，恒溫箱溫度60 ℃；回壓1.0M Pa。

表6 五管參數

實驗結果見表7、表8和圖2所示。從表7、表8可以看出，注蒸汽驅替階段，初期只有5#高滲管動用，隨著蒸汽的注入，4#次高滲管也得到動用，而其它滲透率的管由于級差的影響均未能有效動用；隨著泡沫的注入，泡沫封堵性能的增強，3#～1#中低滲管級差依次啟動，五管驅替注采壓差最高達到了610 kPa，說明氮氣泡沫的穩定形成對高滲管起到了較好的封堵效果。由圖2可以看出，驅替注入蒸汽氮氣泡沫時，不同滲透率五管可全部啟動，驅替管的滲透率越大，其驅油效率越高。

表7 各個填砂管啟動數據統計

表8 注入壓差數據

圖2 不同滲透率五管驅油效率對比

3 氮氣泡沫輔助蒸汽驅現場應用

2012年，氮氣泡沫輔助蒸汽驅技術在河南油田新淺45斷塊7個蒸汽驅井組上進行現場應用，工藝成功率和措施有效率均為100%；該蒸汽驅井組可動用地質儲量38.45×104t，措施前蒸汽驅階段油汽比為0.1，實施泡沫輔助蒸汽驅后階段油汽比提高到0.15，累計增油2501.9 t，提高采收率0.65個百分點，措施效果見表9。

4 結論與認識

(1)通過對高溫發泡劑的耐溫性和封堵性評價，優選出高溫下發泡、穩泡性能和封堵性能好的發泡劑，能夠滿足蒸汽驅汽竄治理和剖面調整的要求。發泡劑注入質量分數優選為0.5%。

表9 氮氣泡沫輔助蒸汽驅效果統計

(2)對不同滲透率級差下氮氣泡沫輔助蒸汽驅特征研究表明，驅替管的滲透率越大，驅油效率越高；五管驅替注采壓差最高達到了610 kPa，說明氮氣泡沫的穩定形成對高滲管起到了較好的封堵效果。

(3)現場應用取得了較好的效果，共實施7井組，工藝成功率和措施有效率均為100%，增油2501.9 t。這項技術為河南油田新淺45蒸汽驅的平穩生產發揮了重要作用。

[1] 劉慧卿，范玉平.熱力采油技術原理與方法[M].山東東營：石油大學出版社，2000：3-5.

[2] 汪廬山，曹嫣鑌.泡沫改善間歇蒸汽驅開發效果[J]．石油鉆采工藝，2007，29(1)：79-81．

[3] 李玉君.杜84塊氮氣輔助SAGD開采技術現場試驗分析[J]．石油地質與工程，2013，27(2)：63-64，67.

[4] 賈娜.氮氣輔助蒸汽吞吐技術研究及在大慶稠油油藏的應用[J]．石油地質與工程，2013，27(1)：118-120，124.

[5] 王書林，李偉東，白長琦，等.河南油田蒸汽吞吐井氮氣泡沫抑制邊水技術研究[J]．石油地質與工程，2013，27(5)：120-124.