河南稠油水驅油藏氮氣泡沫調驅體系的研究及應用

王曉東，王利敏，張紅華，鄭 會,王喜霞

(中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院，河南南陽 473132)

河南油田稠油水驅油藏經過20多年的注水開發，現已進入高含水開發階段，由于原油粘度高，水油流度比大，導致單層突進和層內指進嚴重，水驅波及程度低。層間非均質性嚴重，導致注水層間吸水不均勻，對應油井層間剩余油飽和度差異較大，縱向上儲量動用不均，致使油井普遍高含水[1]。目前單靠注水開發不能滿足生產需要，因此研究應用了氮氣泡沫調驅技術。

氮氣泡沫驅技術提高采收率的機理[2]。①調剖作用：當泡沫注入到非均質油藏時，它將首先進入高滲層段，由于存在著氣阻效應，而且氣阻效應具有疊加性， 隨著泡沫的注入，高滲層的流動阻力逐漸提高；隨著注入壓力的增加，泡沫可以依次進入那些滲透性較小、流動阻力較大、而原先不能進入的低滲層，提高了波及系數。②稠油乳化降粘：發泡劑本身是一種活性很強的表面活性劑，能大幅度降低油水界面張力，使原來呈束縛狀態的原油通過油水乳化、液膜置換等方式成為可流動的油，有利于提高驅油效率。③增加彈性氣驅能量：氣泡破裂之后，氮氣在重力分異的作用下，從油層底部向頂部運移，最終聚集頂部，給油藏增加了彈性氣驅能量。

1 實驗方法

1.1 藥品及儀器

KCl，上海化學試劑有限公司；NaCl，上海化學試劑有限公司； CMC，江蘇蘇化集團；HPAM-1，鄭州正力公司；HPAM-2，鄭州正力公司。

500型界面張力儀，美國；Waring攪拌器，德國；恒溫烘箱，中國；物模裝置，自行連接。

1.2 評價方法

泡沫體系室內評價主要是對發泡劑起泡能力和使原油形成超低界面張力能力的評價。

發泡劑起泡能力的評價方法是在攪拌器中加入200 mL一定濃度的發泡劑溶液，高恒速攪拌60 s后，關閉開關，迅速將泡沫倒入1000 mL量筒中，讀取泡沫體積，表示泡沫的起泡能力；然后記錄從泡沫中析出100 mL液體所需的時間，稱為泡沫的析液半衰期，評價其穩定性。

與原油形成超低界面張力的能力的評價方法是采用美國德克薩斯500型界面張力儀進行測定。

2 結果與討論

2.1 泡沫體系發泡劑的選擇

2.1.1 地層離子對泡沫體系發泡劑的影響

河南油田稠油水驅油藏地層水型為NaHCO3型，總礦化度平均為7 500 mg/L，二價陽離子含量低，陽離子K+和Na+的含量較高，陰離子的含量主要以Cl-為主，它們的存在會對發泡劑起泡性能和穩定性產生一定影響。首先須對發泡劑進行抗KCl和NaCl實驗。經過前期大量室內實驗，初步篩選出ADC、BNPT、CFC三種具有較好性能的發泡劑,最佳使用濃度分別為2000 mg/L、3500 mg/L 、4 000 mg/L，進行抗鹽實驗。由圖1、2表明，發泡劑ADC的起泡體積和半衰期幾乎不受KCl和NaCl濃度的影響,而且起泡體積和半衰期均較其它兩種活性劑高。因此選擇發泡劑ADC進行下步實驗。

圖1 不同NaCl濃度下起泡劑發泡體積比較

圖2 不同KCl濃度下起泡劑半衰期比較

2.1.2 發泡劑界面張力特性測試

發泡劑不僅應具有較強的起泡能力和泡沫穩定性，而且在較寬的堿和發泡劑濃度范圍內能與原油形成超低界面張力[3]。室內采用美國德克薩斯500型界面張力儀對ADC型發泡劑的濃度變化和堿對ADC型發泡劑性能的影響進行了測定。

實驗結果表明，ADC型發泡劑濃度在200～4 000 mg/L、NaOH濃度在7000～14 000 mg/L范圍內，皆能形成10-3mN/m超低油水界面張力。

以上實驗表明，ADC型發泡劑不僅具有較好的起泡性、抗鹽性，而且具有優異的降低油水界面張力的能力，因此選擇ADC作為本次研究的發泡劑，濃度選擇為2 000 mg/L。

2.2 泡沫體系穩泡劑的選擇[4-6]

2.2.1 穩泡性能對比

選擇油田常用的CMC、HPAM-1、HPAM-2等3種增粘劑作為穩泡劑，實驗溫度為55 ℃，NaCl濃度為4 000 mg/L，KCl濃度為1 500 mg/L，Na2SO4濃度為1 000 mg/L，Na2CO3濃度為1 000 mg/L，總礦化度為7 500 mg/L條件下，配制2 000 mg/L ADC起泡劑溶液，改變穩泡劑的加量，測定起泡體積和析液半衰期(表1)。根據實驗結果并考慮到經濟性，選擇HPAM-2作為實驗的穩泡劑。

表1 穩泡劑性能對比

2.2.2 穩泡劑的用量優選

實驗考查了HPAM-2用量對泡沫性能的影響。固定ADC起泡劑濃度為2 000 mg/L，改變穩泡劑的加量，測定起泡體積和析液半衰期。從圖3可看出，當HPAM-2加量為500 mg/L和1 000 mg/L時，起泡體積下降雖不多，但半衰期還不夠長，加量為2 000 mg/L時，半衰期雖已達22 min以上，但起泡體積又下降較多。HPAM-2加量為1 500 mg/L時，半衰期已能接近20 min，而起泡體積也在700 mL以上。綜合考慮兩種因素，選擇HPAM-2加量為1 500 mg/L。

圖3 不同NaCl濃度下起泡劑發泡體積比較

2.3 NaOH對泡沫體系影響

考查了 NaOH對泡沫性能的影響，實驗結果見表2。從中可看出，NaOH雖然有助于降低表面張力，增加發泡體積，但堿對泡沫半衰期的影響比較大，大幅度降低半衰期；因此在泡沫驅油應用中，可適當降低NaOH的用量以適當改善泡沫的綜合性能。

表2 NaOH對泡沫性能的影響

通過以上實驗確定泡沫劑配方為：2 000 mg/L發泡劑ADC+1 500 mg/L穩泡劑HPAM-2+10 000 mg/L NaOH。

2.4 氮氣泡沫調驅物理模擬研究

選擇滲透率級差為10和20倍并聯雙層模型，進行了兩組非均質模型氮氣泡沫調驅評價實驗。設計氣液比(氮氣∶泡沫劑)為1∶1，泡沫段塞注入量為0.3PV，驅替實驗結果見圖4。從圖4中兩條曲線的形態可以確定，這是一個比較典型的“調剖”發揮作用的曲線。從高、低兩個滲透層采出程度增加的過程中可以看出，從注入泡沫段塞開始，至后續水驅結束，高滲透層提高采出程度達到7.6個百分點，而低滲透層達到22.6個百分點，累計提高采出程度30.2個百分點，表明泡沫段塞是一個比較典型的“移動”式調剖劑段塞，從而獲得了非常明顯的“調驅”效果。

圖4 縱向非均質模型驅替實驗結果

3 現場應用及效果分析

3.1 現場應用

氮氣泡沫驅油體系在河南油田現場試驗3口井，累計注泡沫劑2 700 m3，氮氣17.7×104Nm3，折算注入地下氣液總體積5 400 m3，累計氣液比1∶1。三井組在泡沫液注入過程中，注入壓力均呈現波動上升的趨勢，注入氮氣泡沫后，初期效果比較明顯，啟動壓力均有所上升，其中G322井啟動壓力由5.9 MPa升至6.21 MPa，上升了0.31 MPa。C41井啟動壓力由2.36 MPa升至8.92 MPa，上升了6.56 MPa。L812井啟動壓力由6.6 MPa升至8.13 MPa，上升了1.53 MPa。

3.2 剖面調整情況

對G322井進行了氮氣泡沫調驅技術實施前后吸水剖面測試，結果見圖5。措施前有5個層不吸水，措施后Ⅳ53層的吸水能力得到抑制，Ⅳ9層上部由吸水差轉為吸水好；各層間吸水狀況差異大的狀況得到明顯改善，吸水強度趨向均勻 。

3.3 連通油井增油效果

措施后，全部12口對應油井中有5口井見效，階段累計增油1 298 t。G322對應的G323井日產量由原平均7.38 t上升為12.07 t，最高日產油達到13.1 t, 含水由70%下降為58%，降低12個百分點，動液面由原702 m上升到515 m。 C41對應的C平6井動液面由原378 m上升到60 m，平均日產油量由10.02 t上升為13.6 t，增油效果明顯。

圖5 古322井氮氣泡沫調驅前后吸水剖面對比

4 結論和認識

(1)研究了氮氣泡沫調驅體系中泡沫劑配方，確定其最佳配方為： 2 000 mg/L發泡劑ADC+1 500 mg/L穩泡劑HPAM-2+10 000 mg/L NaOH ，該泡沫劑配方具有界面張力低、泡沫穩定性好的特點。

(2)氮氣泡沫對存在滲透率級差的砂管有明顯的調驅作用，對高滲透砂管有很好的封堵效果，對低滲透砂管又具有較好的驅油作用，表明氮氣泡沫具有調驅的雙重作用。

(3)礦場試驗結果表明，氮氣泡沫能夠有效調整油層非均質性造成的注水不均衡，增油效果明顯，適應河南油田稠油常采油藏的地質特征。

[1] 唐紀云.注水開發稠油油藏氮氣泡沫調驅技術[J].鉆采工藝，2009,(5)：93-95.

[2] Holm L W.Factors to consider when designing a CO2flood[A].SPE14105.

[3] 劉永兵，楊燕，蒲萬芬.驅油用NACP泡沫體系的配方研究及效果評價[J].鉆采工藝，2007，(3):120-123.

[4] 郭萬奎.注氣提高采收率技術[M].北京：石油工業出版社，2003:131-137.

[5] 王其偉.泡沫穩定性改進劑研究[J].大慶石油地質與開發,2003,6(3):80-84.

[6] 龍大鋒.石油工業清潔生產技術——泡沫驅特性及采油機理淺析[J].石油化工設計，2007，24(1)：47-50