適合新疆SN油藏的生物多糖強(qiáng)化泡沫體系的確定及調(diào)驅(qū)效果評(píng)價(jià)

楊雪瑞，蒲萬(wàn)芬，張明科，米翔，方正魁

(1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500;2.克拉瑪依市寶石路256號(hào)石西油田作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000)

在中國(guó)已探明的儲(chǔ)量中，低滲透油藏儲(chǔ)量約占2/3以上，然而低滲透油氣田在合理高效開(kāi)發(fā)上一直存在很多尚未完全解決的技術(shù)難題[1]。對(duì)于低滲油藏而言，氣驅(qū)提高采收率比傳統(tǒng)的水驅(qū)效果更好，但是氣驅(qū)容易產(chǎn)生氣竄從而導(dǎo)致驅(qū)油效果下降。泡沫驅(qū)油技術(shù)則在氣驅(qū)提高采收率技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它既可以發(fā)揮氣驅(qū)的驅(qū)替作用又能減少氣竄的不利影響[2-4]。

除此之外，泡沫可以顯著改善油藏的吸水剖面，提高洗油效率進(jìn)而擴(kuò)大后續(xù)水驅(qū)的波及系數(shù)，能有效防止水驅(qū)過(guò)程中的竄流和指進(jìn)現(xiàn)象[5]。近年來(lái)，泡沫驅(qū)提高采收率技術(shù)已經(jīng)在各大油田成功應(yīng)用，特別是在低滲油藏以及特低滲油藏中作用效果尤為顯著[6]，與普通泡沫比較而言，強(qiáng)化泡沫能夠大幅度提高泡沫的洗油效率和驅(qū)油效率[7-11]。

新疆SN油藏的主力油層為K1q1-3砂層，滲透率分布0.6×10-3～358×10-3μm2，平均滲透率為23×10-3μm2、滲透率變異系數(shù)為0.45，平均滲透率級(jí)差為9.35，油藏溫度為73 ℃，地層水礦化度為12 486.1 mg/L。該油藏經(jīng)過(guò)多年高效開(kāi)發(fā)，目前采出程度已高達(dá)27.6%，目前油藏存在含水上升快，遞減加大的問(wèn)題，為了實(shí)現(xiàn)油藏的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，針對(duì)油藏低滲、非均質(zhì)較強(qiáng)的特點(diǎn)，可采用泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)來(lái)解決[12]，為此，本工作針對(duì)油藏條件構(gòu)筑了強(qiáng)化泡沫體系配方，研究了對(duì)低滲透油藏開(kāi)展強(qiáng)化泡沫調(diào)驅(qū)的效果，為泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)在該油藏的順利實(shí)施提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

起泡劑：α-烯基磺酸鈉(AOS)、十二烷基苯磺酸鈉(LAS-30)、辛癸基葡糖苷(APG0810)、椰子油二乙醇酰胺(CDEA1∶1.5L)、月桂基兩性咪唑啉(LAD-40)、復(fù)配表面活性劑(NB-95)、甜菜堿類表面活性劑(SB)、十二烷基羥磺基甜菜堿(LHS)，山東優(yōu)索化工有限公司；穩(wěn)泡劑：三乙醇胺、丙三醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素鈉、親水型氣相納米SiO2、生物多糖X、刺槐豆膠、瓜爾豆膠，阿拉丁試劑(上海)有限公司；可得然膠、卡拉膠和結(jié)冷膠，湖北糖柜食品有限公司。

Memmert恒溫箱，德國(guó)Memmert公司；Waring Blender攪拌器，美國(guó)Waring公司；布氏黏度計(jì)，美國(guó)Brookfield公司；Leica顯微鏡，德國(guó)Leica公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)條件

1.2.2 泡沫體系篩選

1.2.2.1 泡沫單劑優(yōu)選

用地層水配制8組100 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.2%的各起泡單劑溶液，放入73 ℃恒溫箱中預(yù)熱3～5 h。將預(yù)熱后的起泡劑體系倒入攪拌器中，以6 000 r/min轉(zhuǎn)速攪拌1 min形成泡沫，迅速將生成的泡沫倒入己預(yù)熱的1 L量筒中，用塑料薄膜將量筒封口并置于73 ℃恒溫箱中，記錄起泡體積(V0)和起泡劑體系析出50 mL液體時(shí)所需時(shí)間(t1/2)即析液半衰期。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)一次，取其平均值，并計(jì)算泡沫綜合指數(shù)(Fq)：Fq=0.75V0t1/2。

1.2.2.2 復(fù)配體系優(yōu)選

固定總起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%，將初篩的4種起泡劑分別按照不同比例進(jìn)行兩兩復(fù)配，確定最優(yōu)的復(fù)配體系的組成。

1.2.2.3 強(qiáng)化泡沫體系的構(gòu)筑

固定0.25% AOS/SB(質(zhì)量比4∶1)復(fù)配泡沫體系加量，加入不同類型的穩(wěn)泡劑，確定適合油藏溫度條件的穩(wěn)泡劑；調(diào)整穩(wěn)泡劑加量，確定最佳濃度范圍。

1.2.3 強(qiáng)化泡沫體系本體溶液黏度及泡沫的微觀結(jié)構(gòu)測(cè)定

將旋轉(zhuǎn)黏度測(cè)試儀溫度調(diào)至73 ℃，剪切速率為7.34 s-1，測(cè)試強(qiáng)化泡沫溶液和普通泡沫溶液的黏度；利用Leica顯微鏡觀察強(qiáng)化泡沫和普通泡沫的微觀結(jié)構(gòu)(為保證泡沫結(jié)構(gòu)不被外力破壞，此時(shí)觀察泡沫時(shí)未加蓋玻片)。

1.2.4 并聯(lián)巖心實(shí)驗(yàn)

模擬目標(biāo)油藏溫度、壓力，采用兩組不同滲透率的并聯(lián)巖心，開(kāi)展泡沫調(diào)驅(qū)室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)，水驅(qū)以及泡沫驅(qū)的速度均為3.97 m/d、泡沫氣液比2∶1(常溫常壓氣液比161∶1)、泡沫注入總量為0.5 PV，泡沫驅(qū)開(kāi)始以及后續(xù)水驅(qū)結(jié)束的時(shí)間節(jié)點(diǎn)均為高滲透巖心產(chǎn)水率為98%。實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 并聯(lián)巖心模擬泡沫調(diào)驅(qū)實(shí)驗(yàn)流程

2 結(jié)果與討論

2.1 泡沫體系的確定

2.1.1 起泡劑配方

起泡劑的起泡體積越大，析液半衰期越長(zhǎng)，綜合指數(shù)越大，其起泡性能越強(qiáng)。根據(jù)8組不同類型起泡劑的起泡體積、析液半衰期以及綜合指數(shù)(表1)三個(gè)指標(biāo)，優(yōu)選出起泡性能良好的4種起泡劑：AOS、APG0810、SB、NB-95。通過(guò)它們之間的兩兩復(fù)配研究其協(xié)同效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

表1 起泡單劑的泡沫性能評(píng)價(jià)

圖2 復(fù)配體系起泡性能

從圖2可以看出， AOS/SB(4∶1)的復(fù)配體系的泡沫綜合指數(shù)最高，其次是AOS/NB-95(1∶2)、SB/APG(1∶2)，通過(guò)調(diào)整此三組復(fù)配體系的濃度來(lái)確定最適宜的復(fù)配體系的組成。設(shè)置質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為0.1%～0.4%，均勻選取7個(gè)濃度點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的各復(fù)配體系的綜合指數(shù)

從圖3可以看出：AOS/SB(4∶1)復(fù)配泡沫體系在選定的濃度范圍內(nèi)均具有較高的綜合指數(shù)值，故確定該復(fù)配體系為最優(yōu)組合。從成本角度考慮，選取濃度0.25%的AOS/SB(質(zhì)量比4∶1)復(fù)配組成構(gòu)筑強(qiáng)化泡沫體系。

2.1.2 穩(wěn)泡劑配方

表2為不同穩(wěn)泡劑對(duì)起泡體積的影響。

表2 不同穩(wěn)泡劑對(duì)泡沫性能的影響

從表2可以看出，11種穩(wěn)泡劑對(duì)起泡體積的影響不明顯，對(duì)析液半衰期的影響呈現(xiàn)較大差異，其中生物多糖X可將泡沫的析液半衰期(t1/2=3.1 min)提高至32.6 min，即穩(wěn)泡效果最好。其原因可能是：一方面，穩(wěn)定劑生物多糖X加入溶液中可形成超會(huì)合結(jié)構(gòu)大大提高液體的黏度；另一方面，大分子可以進(jìn)入氣液界面，增加界面膜厚度和提高界面分子排列的緊密程度(圖4)，從而降低泡沫排液速度，使泡沫更穩(wěn)定，析液半衰期延長(zhǎng)。但是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定劑加量太大會(huì)使泡沫體積降低，為了保證泡沫體系能夠具有高效性，通過(guò)調(diào)整穩(wěn)定劑加量確定最佳配方。由圖5中綜合指數(shù)各節(jié)點(diǎn)之間的斜率發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)泡劑加量為0.05 g時(shí)V0>500 mL且此時(shí)t1/2>9 min，從成本角度考慮，最佳穩(wěn)泡劑加量定為0.05%，即最終確定0.05% X+0.25% AOS/SB(4∶1)的強(qiáng)化泡沫體系構(gòu)成。

圖4 生物多糖X泡沫增穩(wěn)示意

圖5 生物多糖X加量對(duì)強(qiáng)化泡沫體系的泡沫性能的影響

2.2 強(qiáng)化泡沫體系的穩(wěn)泡性能分析

從前述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，加入0.05%穩(wěn)泡劑后形成的強(qiáng)化泡沫的體系的析液半衰期是普通泡沫體系的2～3倍，該現(xiàn)象說(shuō)明了生物多糖X對(duì)該泡沫體系的穩(wěn)泡作用較強(qiáng)。采用兩種方式來(lái)解釋其穩(wěn)泡的原因：一方面，利用液相黏度測(cè)試強(qiáng)化泡沫體系的本體黏度，實(shí)驗(yàn)得到在相同溫度和剪切速率條件下它的黏度是普通泡沫體系的黏度(0.56 mPa·s)的3倍以上，由此可以說(shuō)明生物多糖X通過(guò)增加液相的黏度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)泡。另一方面，利用Leica顯微鏡觀察強(qiáng)化泡沫與普通泡沫形態(tài)(圖6)可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種泡沫的氣泡液膜均會(huì)因?yàn)橹亓Φ纫蛩匕l(fā)生排液而導(dǎo)致液膜變薄，而使泡沫破裂，但對(duì)比發(fā)現(xiàn)0.05% X+0.25% AOS/SB(4∶1)構(gòu)筑的強(qiáng)化泡沫體系形成的泡沫(圖6b)排列更緊密，膜壁厚實(shí)，理論上排液速度降低，氣泡間的氣體交換速度降低，穩(wěn)定性較好，觀察氣泡消泡數(shù)量明顯小于普通泡沫，即驗(yàn)證了穩(wěn)定劑的加入抑制了泡沫的破裂，在一定程度下可以增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定性。

圖6 顯微鏡下泡沫形態(tài)隨時(shí)間的變化情況

2.3 強(qiáng)化泡沫的調(diào)驅(qū)效果

2.3.1 不同滲透率級(jí)差條件下的調(diào)驅(qū)效果

截止目前，泡沫調(diào)驅(qū)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用上仍面臨很多問(wèn)題[13-15]。泡沫必須具有良好的封堵效果，才能建立較高的阻力，從而提高采收率[16]。本實(shí)驗(yàn)采用滲透率不同的兩組并聯(lián)巖心模擬油藏縱向非均質(zhì)條件，滲透率大小在22～330 mD范圍內(nèi)選取，分別組成滲透率級(jí)差為9.42、14.86的兩組巖心，在溫度73 ℃、壓力20 MPa條件下進(jìn)行物理模擬實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化泡沫體系0.05% X+0.25% AOS/SB(4∶1)在并聯(lián)巖心中的驅(qū)油效果見(jiàn)表3及圖7、圖8所示。

表3 不同級(jí)差下的N2泡沫驅(qū)油情況

圖7 雙并聯(lián)巖心泡沫驅(qū)采收率變化

從表3及圖7、圖8可以看出，在前期水驅(qū)階段，兩種滲透率級(jí)差下，低滲巖心無(wú)法啟動(dòng)，分流率均為0，原因是由于水驅(qū)建立起來(lái)的注入壓差小于低滲巖心的毛管力，注入水沿著高滲巖心的優(yōu)勢(shì)通道滲流；注入泡沫后，高滲巖心的分流率開(kāi)始明顯降低，低滲巖心的分流率逐漸增加，這表明高滲巖心作為優(yōu)勢(shì)通道，注入的泡沫體系會(huì)優(yōu)先進(jìn)入到高滲巖心發(fā)生滲流，隨著滲流阻力逐漸增大，巖心兩端的壓差升高，此階段低滲巖心剩余油被啟動(dòng)；轉(zhuǎn)注水驅(qū)后，隨著注入體積增加，在一定階段高滲巖心分流率開(kāi)始增加，低滲巖心分流率開(kāi)始減小，表明注入的泡沫主要進(jìn)入到了高滲巖心，起到了良好的調(diào)剖效果，兩組巖心分別提高采收率32.06%和14.36%。

圖8 雙并聯(lián)巖心泡沫分流率變化

2.3.2 相同級(jí)差不同滲透率條件的調(diào)驅(qū)效果

實(shí)驗(yàn)采用3組滲透率不同級(jí)差相近的巖心進(jìn)行泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究，考察在非均質(zhì)不同滲透率條件的泡沫驅(qū)油效果，其實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)流程1.2.4實(shí)驗(yàn)步驟一致。巖心數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4所示。

表4 不同滲透率下的N2泡沫驅(qū)油情況

由表4可見(jiàn)，在滲透率不同的雙并聯(lián)巖心進(jìn)行前期水驅(qū)階段，低滲巖心原油均未被啟動(dòng)，水驅(qū)的驅(qū)油效率均為0，產(chǎn)油均來(lái)自高滲巖心。當(dāng)注入氣/液在巖心形成泡沫后，泡沫首先進(jìn)入到高滲透層，在通過(guò)巖石孔喉處發(fā)生賈敏效應(yīng)產(chǎn)生附加阻力，迫使后續(xù)水部分轉(zhuǎn)向低滲透巖心開(kāi)始啟動(dòng)其中的剩余油，而高滲透巖心繼續(xù)產(chǎn)油。在實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的級(jí)差范圍內(nèi)，高低滲透巖心提高采收率均可提高25%以上，最終巖心總采收率均可達(dá)到40%以上。通過(guò)三組實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，高低滲透率組合V的低滲巖心提高采收率可達(dá)42.28%，表明當(dāng)級(jí)差相同時(shí)，雙并聯(lián)巖心滲透率越低，低滲巖心更易啟動(dòng)。

3 結(jié) 論

a.AOS和SB的質(zhì)量比為4∶1時(shí)憑借其優(yōu)良的協(xié)同效應(yīng)，在體系濃度大于0.25%以后相對(duì)其他復(fù)配體系具有最強(qiáng)的起泡性能；0.05%生物多糖X的加入，0.25% AOS∶SB(4∶1)體系具有更強(qiáng)的穩(wěn)泡性能。

b.0.25% AOS∶SB(4∶1)+0.05%生物多糖X強(qiáng)化泡沫體系具有較好的調(diào)剖效果，啟動(dòng)低滲層，提高低滲層采收率25%以上，非常適用于新疆SN這一類低滲以及較強(qiáng)非均質(zhì)油藏的調(diào)驅(qū)。

c.起泡性能良好的起泡劑其復(fù)配體系具有良好的復(fù)配效果，為起泡劑的篩選和復(fù)配工作提供了新的參考。