渤海J油田氮氣泡沫酸化用泡沫酸體系優選

石 洪，鄭繼龍，陳立群

中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452

隨著渤海油田的不斷開發，油藏的地層壓力不斷降低，部分油井出現了嚴重的虧空問題，給渤海油田穩產帶來困擾，目前常規酸化措施已經無法滿足現場增產需求，結合現場油井開發的現狀，采用常規酸化存在如下問題[1]：1)儲層非均質性強，酸液進入地層后主要沿高滲透層帶發生竄流，低滲儲層無法得到有效改善；2)油水同層的油藏，酸化體系首先進入水層，造成油井酸化后含水大幅增加，油井產量降低等問題；3)低產低效井酸化作業后的殘酸體系無法得到及時返排，造成儲層二次污染，嚴重影響酸化作業效果。

氮氣泡沫酸化技術主要是采用起泡及穩泡性能好的起泡劑與不同的酸液混合，與氮氣作用后形成的泡沫體系能有效封堵高含水儲層，提高流體在高滲透層的滲流阻力，在氣阻作用下泡沫酸液進入低滲透層與巖石進行酸化反應，從而開發低滲透儲層。泡沫酸體系具有酸化選擇性，泡沫酸體系中的H+主要沿泡沫壁面運動和擴散，能有效延長酸液體系與儲層的反應時間，擴大酸液酸化半徑，最終實現深層酸化[2]。泡沫酸化工藝技術對低滲透儲層、水敏儲層、低壓儲層非常有效，與常規酸化技術相比，具有黏度高、返排能力強、濾失小、酸化距離長、液柱壓力低、施工簡單、成本低等優勢[3]。筆者通過室內試驗為目標油藏篩選適宜的泡沫體系，并對該體系的耐溫、耐礦化度性能及驅油效果等進行評價，為渤海油田氮氣泡沫酸化技術的應用提供技術指導。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

陰離子表面活性劑QP-4、QP-6、QP-7、QP-10、QP-11、QP-12，天津市雄冠科技發展有限公司；陽離子表面活性劑QP-1、QP-2、QP-3、QP-5，比爾化工有限公司；非離子表面活性劑QP-8和QP-9，天津市順隆達科技有限公司。實驗用水為渤海J油田低滲儲層注入水，礦化度為6 556 mg/L。實驗用油為渤海J油田低滲儲層脫水原油，原油黏度(135 ℃)為6 mPa·s。

泡沫動態性能評價裝置，江蘇拓創科研儀器有限公司；Waring-Blender攪拌器，北京中科科爾儀器有限公司；TX500C 旋轉滴界面張力儀，天津市順隆達科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 泡沫體系篩選及性能評價

采用Waring-Blender攪拌法對泡沫的起泡高度、穩泡時間、泡沫綜合值等參數進行測定[4]，泡沫綜合值是表征泡沫起泡高度和穩泡能力的參數，重點觀察泡沫起泡過程和消泡過程中泡沫起泡高度隨時間的變化，泡沫綜合值的計算公式如下[5]：

式中，FCI為泡沫綜合值，mL·s；hmax為泡沫起泡高度，mL；t1/2為泡沫半衰期，s。

1.2.2 泡沫體系驅替試驗

泡沫驅替試驗包括水驅、泡沫驅和后續水驅，具體試驗步驟如下[6]：1)連接實驗流程并檢測流程氣密性，巖心抽真空后飽和地層水，計算巖心滲透率和孔隙體積；2)巖心飽和油，計算巖心含油飽和度，以0.2 mL/min的注入速度水驅油至巖心出口含水98%，計算巖心水驅采收率；3)以0.2 mL/min的注入速度轉注泡沫驅，氣液體積比1∶1，注入量0.3 PV，計算泡沫驅采收率；4)以0.2 mL/min的注入速度轉注后續水驅至巖心出口含水98%，計算后續水驅采收率。

2 結果與討論

2.1 起泡劑體系篩選及使用濃度優化

2.1.1 起泡劑體系篩選

對起泡劑體系的起泡高度、穩泡時間和泡沫綜合值等性能進行評價，以目標油藏地層水配制質量分數為0.3%的起泡劑溶液，篩選適合目標油藏的起泡劑體系，結果見表1。

表1 起泡劑體系篩選試驗結果

從表1可知，QP-12的泡沫起泡高度和穩泡時間優于其他種類的起泡劑，因此選用QP-12起泡劑開展后續的泡沫濃度優選試驗。

2.1.2 起泡劑使用濃度優選

實驗方法同2.1.1，配制不同濃度的QP-12起泡劑溶液，測定泡沫的起泡高度和穩泡時間，實驗用水的礦化度為6 556 mg/L，實驗溫度為80 ℃，結果如圖1所示。隨著QP-12濃度的增加，起泡高度呈先大幅上升后緩慢增加最后趨于平緩的趨勢，泡沫穩泡性則呈先大幅增加后緩慢降低的趨勢。這主要是由于隨著起泡劑濃度的增加，泡沫液膜表面上的表面活性劑分子的數量不斷增加，降低了泡沫的界面張力，從而提高了泡沫的性能，當表面活性劑溶液的濃度達到臨界膠束濃度時，增加起泡劑濃度對泡沫性能的影響變小。從泡沫綜合值及經濟性考慮，確定起泡劑的質量分數為0.5%。

圖1 不同濃度的起泡劑體系的起泡高度和穩泡時間

2.2 起泡劑體系性能評價

2.2.1 耐溫性能

對質量分數為0.5%的QP-12泡沫體系的耐溫性能進行評價，結果見表2。隨著溫度的增加，起泡劑體系的起泡高度和穩泡時間均呈先增加后緩慢降低的趨勢，其中起泡高度受溫度的影響較小[7]。這主要是由于在一定溫度范圍內，隨著溫度的增加，起泡劑溶液膨脹，使泡沫分子間距拉長，提高了泡沫液膜中表面活性劑的濃度，導致泡沫界面張力降低，最終提高了泡沫的性能。當泡沫液膜中表面活性劑的濃度達到臨界膠束濃度時，泡沫的性能不再提升，但后期隨著溫度的繼續上升，泡沫溶液中基液的蒸發量增加，造成泡沫液膜變脆，使泡沫穩定性降低[8]。結合考慮泡沫綜合值及經濟性，確定起泡劑的使用溫度為60～80 ℃。

表2 泡沫體系的起泡高度及穩泡時間隨溫度的變化

2.2.2 耐鹽性能

對篩選出的泡沫體系的耐鹽性能進行評價，結果見表3。隨著礦化度的增加，泡沫高度和穩泡時間呈先增加后降低的趨勢。由泡沫綜合值可知，該體系的耐鹽性能較強，適宜的礦化度范圍為1.0×104～ 2.0×104mg/L。

表3 泡沫體系的起泡高度及穩泡時間隨礦化度的變化

2.3 巖心驅替實驗

參照1.2.2泡沫體系驅替試驗方法采用非均質巖心開展試驗，重點對水驅和泡沫驅的驅油效果進行評價研究[9]，結果見表4。在驅替過程中，注入水后會在高滲透層發生竄流，導致高滲透層出口見水提早，降低了水驅有效期，從而降低了采收率。泡沫驅能夠有效提高注入流體的黏度[10]，改善儲層流度比，提高流體的滲流阻力，同時泡沫具有“堵水不堵油、堵大不堵小”的特點，在儲層中具有一定的封堵性，能夠有效抑制儲層流體的竄流和水淹，同時氣液分離后的氣體具有補充能量的優勢和特點，因此對非均質油藏具有較強的驅油效果，與水驅相比，采收率提高30.25%。

表4 不同驅替方式下的驅替采收率

3 結論

1)在質量分數為0.5%，使用溫度為60～80 ℃，礦化度為1.0×104～ 2.0×104mg/L的條件下，氮氣泡沫酸化高效起泡劑QP-12具有較強的穩定性和起泡性。

2)非均質巖心驅替試驗結果表明，QP-12具有一定的暫堵能力，能有效封堵高滲透層，抑制儲層流體的竄流和水淹，對非均質油藏具有較強的驅油效果，與水驅相比采收率提高30.25%。