靖安油田空氣泡沫驅(qū)配套技術(shù)研究及應(yīng)用

張文來，饒?zhí)炖?瑛，付 波，侯艷紅，雷 琛，陳超林，宋文嬌

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006）

空氣泡沫驅(qū)油技術(shù)是將注氣驅(qū)和泡沫驅(qū)有機(jī)的結(jié)合起來，用泡沫的調(diào)剖效果，空氣的驅(qū)油效果，二者既獨(dú)立作用又互相扶助，在大幅度提高注入地層壓力的同時(shí)，又能有效避免單獨(dú)使用中出現(xiàn)的水竄、氣竄、泡沫半衰期低、表面活性劑損耗等問題，而且二者相結(jié)合又能有效的降低成本，提高安全性，從而提高單井產(chǎn)油量、驅(qū)油效率以及采收率，是老油田最具潛力挖潛增效的方式之一；五里灣二區(qū)空氣泡沫驅(qū)油措施實(shí)施以來從地面工藝配套升級(jí)及管理，新型發(fā)泡劑研發(fā)及評(píng)價(jià)體系建立，防腐防垢技術(shù)研究，安全風(fēng)險(xiǎn)控制三方面做了大量的工作，取得了一定的成績(jī)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，為空氣泡沫驅(qū)油技術(shù)在本廠的推廣應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 新型發(fā)泡劑研發(fā)及評(píng)價(jià)體系建立

針對(duì)空氣泡沫驅(qū)油發(fā)泡劑體系現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用藥劑（發(fā)泡劑AES、穩(wěn)泡劑PAM）低溫流動(dòng)性差，制約冬季該項(xiàng)目的正常運(yùn)行，發(fā)泡劑AES、穩(wěn)泡劑PAM 質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)無法快速監(jiān)測(cè)等問題，開展了新型發(fā)泡劑體系的研發(fā)及快速評(píng)價(jià)體系的建立。

1.1 發(fā)泡劑的研發(fā)

通過與現(xiàn)場(chǎng)水的配伍性、起泡性能、表面張力、抗鹽性能、抗溫性能、溶解性及流變性等實(shí)驗(yàn)復(fù)配研發(fā)的發(fā)泡劑AKF3 和現(xiàn)場(chǎng)用發(fā)泡劑AES 對(duì)比試驗(yàn)性能均優(yōu)于現(xiàn)場(chǎng)用發(fā)泡劑AES。

采用模擬注入水（清水）為溶劑，分別以起泡劑AES（現(xiàn)場(chǎng)）、AKF3（自主研發(fā)）及穩(wěn)泡劑PAM（現(xiàn)場(chǎng)）配制不同的泡沫體系，并考察其對(duì)填砂管的封堵性能。實(shí)驗(yàn)中泡沫體系的注入量為1 PV。

表1 泡沫體系填砂管封堵實(shí)驗(yàn)表

隨著起泡劑濃度的增加，泡沫體系的封堵性能明顯提高，當(dāng)起泡劑濃度達(dá)到5 ‰后，濃度增加封堵率增加較小。起泡劑相同加量下，AKF3 的封堵性能明顯優(yōu)于AES，因此確定最佳的泡沫體系為：5 ‰AKF3+1 ‰PAM。

新型發(fā)泡劑2014 年1 月23 日在柳72-62 井開始現(xiàn)場(chǎng)中試，流動(dòng)性能和溶解性良好。

1.2 發(fā)泡劑評(píng)價(jià)體系的建立

對(duì)不同純度AES 配制1 ‰的溶液，采用羅氏泡沫儀測(cè)定起泡體積，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線相同條件下測(cè)定未知樣的起泡體積，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線可計(jì)算未知樣純度。

目前，國(guó)內(nèi)最常用的是C12-14，平均EO 加成數(shù)為2、3 的AES。但其中常含有15 %～45 %的脂肪醇硫酸鹽（通常為十二烷基硫酸鈉K12）。因此，分析測(cè)定AES 中游離K12 的含量，可反應(yīng)AES 的純度，K12含量越高則AES 的純度越低。高效液相色譜法可在30 min 內(nèi)分離出K12 和AES，同時(shí)可以觀察到AES 中的EO 加成情況。該方法簡(jiǎn)單易行，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)錄數(shù)據(jù)及發(fā)泡劑研發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線法和高效液相色譜法建立了空氣泡沫驅(qū)油用發(fā)泡劑體系的評(píng)價(jià)體系。

表2 空氣泡沫驅(qū)藥品性能指標(biāo)

圖1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

2 防腐防垢技術(shù)研究

自空氣泡沫驅(qū)項(xiàng)目實(shí)施以來，試驗(yàn)區(qū)塊注水井注水管柱腐蝕嚴(yán)重，個(gè)別注水管柱有被腐蝕穿孔的現(xiàn)象，除了實(shí)現(xiàn)減氧注氣外，開展高效緩蝕環(huán)空保護(hù)液研發(fā)工作。研發(fā)工作主要從緩蝕、除氧、殺菌和pH 調(diào)節(jié)4個(gè)方面進(jìn)行。

2.1 環(huán)空保護(hù)液研發(fā)

2.1.1 高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn) 通過評(píng)價(jià)試驗(yàn)篩選出緩蝕劑HCR-2、除氧劑CHY-2、殺菌劑CD-11、pH 調(diào)節(jié)劑AMP-95 作為復(fù)配環(huán)空保護(hù)液的基樣，依此來用高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證四者的協(xié)同效應(yīng)；配方為：緩蝕劑HCR-2:1 100 mg/L，除氧劑CHY-2：300 mg/L，殺菌劑CD-11：200 mg/L，pH 調(diào)節(jié)劑AMP-95：9 g/L。

高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，殺菌劑、緩蝕劑、除氧劑和pH 調(diào)節(jié)劑有協(xié)同緩蝕效果，加藥濃度為緩蝕劑HCR-2:1 100 mg/L，除氧劑CHY-2：300 mg/L，殺菌劑CD-11：200 mg/L，pH 調(diào)節(jié)劑AMP-95：9 g/L時(shí)，平均腐蝕速率為0.06 mm/a，緩蝕率達(dá)到84 %，可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1.2 正交實(shí)驗(yàn) 根據(jù)以上評(píng)價(jià)結(jié)果，設(shè)計(jì)了4 因素三水平正交表，按照常壓敞口腐蝕評(píng)價(jià)方法，對(duì)9 組配方進(jìn)行了評(píng)價(jià)。考察緩蝕劑、pH 調(diào)節(jié)劑、殺菌劑和除氧劑是否具有協(xié)同緩蝕作用，確定四個(gè)因素的最佳加量。

表3 高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，緩蝕劑、pH 調(diào)節(jié)劑、殺菌劑和除氧劑具有協(xié)同緩蝕作用，對(duì)緩蝕效果影響最大的是緩蝕劑濃度，其次是除氧劑濃度和殺菌劑濃度，pH 調(diào)節(jié)劑濃度影響最小。通過正交實(shí)驗(yàn)得出最佳配方為CHR-2 濃度為900 mg/L，AMP-95 濃度為5 g/L，CD-11 濃度為120 mg/L，CHY-2 濃度為50 mg/L。

2013 年9 月在柳76-60 加注了HHS-08 緩蝕劑來延緩套管腐蝕，新型專用緩蝕環(huán)空保護(hù)于2013 年12 月16 日在柳76-62 實(shí)施加注，干劑加量100 kg，配液10 m3，填充套管環(huán)空。

2.2 其它防護(hù)措施

（1）通過減氧來減緩氧腐蝕對(duì)注入系統(tǒng)的腐蝕，目前實(shí)現(xiàn)減氧注入11 口，其余4 口井減氧裝置已定制，計(jì)劃2014 年一季度完成安裝投運(yùn)。

（2）利用新型封隔器實(shí)現(xiàn)環(huán)空靜態(tài)保護(hù)，15 口措施井全部加裝新型Y521-114 聯(lián)合封隔器。

3 實(shí)施進(jìn)展及效果

3.1 實(shí)施進(jìn)展

方案設(shè)計(jì)：數(shù)值模擬結(jié)果隨著泡沫劑量增加，提高采收率幅度也增加，最優(yōu)空氣-泡沫液用量為0.2 PV～0.25 PV；隨著氣液比增加，采收率增量不斷增加，當(dāng)氣液比為1.5:1 時(shí)，采收率增量達(dá)到最大值。為了泡沫劑能夠在地層中盡可能充分起泡，確定擴(kuò)大試驗(yàn)空氣泡沫驅(qū)氣液比為1.0:1～1.5:1。

實(shí)施概況：按照“整體設(shè)計(jì)、分步實(shí)施”的原則，經(jīng)歷了從井組試驗(yàn)、先導(dǎo)試驗(yàn)到擴(kuò)大試驗(yàn)三個(gè)階段。

井組試驗(yàn)階段：從2009 年11 月開始，選取檢查井柳76-60 井組開展試驗(yàn)。

先導(dǎo)試驗(yàn)階段：從2010 年8 月開始，擴(kuò)大柳74-60、柳74-62、柳76-62 三個(gè)井組構(gòu)成4 注20 采的先導(dǎo)試驗(yàn)格局。

擴(kuò)大試驗(yàn)階段：從2012 年5 月開始，試驗(yàn)由先導(dǎo)試驗(yàn)階段進(jìn)入擴(kuò)大試驗(yàn)階段，擴(kuò)大至15 個(gè)井組，形成5 萬t 的試驗(yàn)規(guī)模。截至目前，累計(jì)注入氣量8.75 萬m3，泡沫液12.01 萬m3，完成設(shè)計(jì)的9.6 %。

3.2 實(shí)施效果

地層壓力上升，分布區(qū)域均衡，由11.8 MPa 上升到14.7 MPa，壓力保持水平由96.8 %上升到120.5 %。

吸水狀況變好，6 口可對(duì)比井吸水剖面由措施前7.62 m 上升至11.11 m，吸水狀況均有改善。泡沫空氣驅(qū)改善了滲流場(chǎng)，有效封堵了高滲竄流通道，擴(kuò)大了平面波及體積，平面調(diào)驅(qū)作用明顯。

圖2 空氣泡沫驅(qū)油階段實(shí)施圖

圖3 先導(dǎo)試驗(yàn)井組試驗(yàn)前水驅(qū)前緣示意圖

圖4 先導(dǎo)試驗(yàn)井組試驗(yàn)后水驅(qū)前緣示意圖

井組動(dòng)態(tài)變化，對(duì)應(yīng)70 口井見效40 口，日增油19.06 t，累計(jì)增油16 624 t。

主向井21 口，見效8 口，日增油5.41 t，累計(jì)增油3 028 t，主要表現(xiàn)在液量上升，油量上升，含水下降，復(fù)產(chǎn)1 口（柳74-59），日增油1.29 t，含水84.6 %。

側(cè)向井49 口，見效32 口，日增油14.81 t，累計(jì)增油13 595 t，從生產(chǎn)曲線看出，2012 年前液量、油量、綜合含水保持穩(wěn)定，從2012 年開始由于參數(shù)調(diào)整以及加密井等導(dǎo)致含水上升。

對(duì)試驗(yàn)區(qū)15 口油井原油進(jìn)行全烴色譜分析，其中11 口井原油輕質(zhì)組分增加，說明空氣泡沫驅(qū)擴(kuò)大了波及體積。提高采收率發(fā)展趨勢(shì)良好，預(yù)測(cè)試驗(yàn)井組采收率可增加4 %。

4 結(jié)論

（1）三疊系油藏條件下，原油可發(fā)生低溫氧化反應(yīng)，消耗氧氣；泡沫體系的抗高鹽、穩(wěn)定性、封堵性好；空氣泡沫體系可提高驅(qū)油效率20 %以上。

（2）空氣泡沫驅(qū)通過強(qiáng)化流程改造、撬裝注入工藝、減氧裝置、產(chǎn)出氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等的應(yīng)用，有效削減了安全隱患，確保高效平穩(wěn)運(yùn)行。

（3）通過新型發(fā)泡劑研發(fā)及評(píng)價(jià)體系的建立解決了現(xiàn)用發(fā)泡劑低溫流動(dòng)性及溶解性問題。

（4）研發(fā)了空驅(qū)專用環(huán)空保護(hù)液輔助其它防護(hù)措施，有效保護(hù)了注入系統(tǒng)的井筒及設(shè)備。

（5）通過安全風(fēng)險(xiǎn)分析及辨識(shí)，從措施、技術(shù)、油藏三個(gè)方面建立了嚴(yán)密的風(fēng)險(xiǎn)防控體系，有效的保障了措施的安全運(yùn)行。

（6）與五里灣長(zhǎng)6 油藏開發(fā)階段和特征相似的油藏覆蓋地質(zhì)儲(chǔ)量大，空氣泡沫驅(qū)具有較大推廣前景。

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