高溫自生氣泡沫室內(nèi)實驗研究

蒲春生,石道涵,秦國偉,郭 慶

(1.中國石油大學(xué),北京 102249;2.中國石油大學(xué),山東東營 257061; 3.中油長慶油田公司,甘肅 慶城 745100;4.延長石油有限責(zé)任公司,陜西 西安 710000)

高溫自生氣泡沫室內(nèi)實驗研究

蒲春生1,2,石道涵1,3,秦國偉2,郭 慶4

(1.中國石油大學(xué),北京 102249;2.中國石油大學(xué),山東東營 257061; 3.中油長慶油田公司,甘肅 慶城 745100;4.延長石油有限責(zé)任公司,陜西 西安 710000)

針對稠油油藏難開采易汽竄等問題,采用動靜態(tài)結(jié)合技術(shù),對高溫自生氣泡沫調(diào)驅(qū)劑的降黏作用進(jìn)行了系統(tǒng)研究。分析了自生氣泡沫的驅(qū)油效果及其影響因素。研究結(jié)果表明,2種調(diào)驅(qū)劑均具有較好的效果。其中調(diào)驅(qū)劑 A的降黏率高達(dá) 95%,作用效果明顯,能夠有效防止汽竄。該研究為自生氣泡沫驅(qū)油技術(shù)的現(xiàn)場實施提供了可靠理論依據(jù)。

稠油熱采;高溫泡沫;降黏率;阻力因子;室內(nèi)實驗

引 言

據(jù)美國能源部統(tǒng)計,全世界稠油 (包括瀝青)的潛在儲量是已探明常規(guī)原油儲量的 6倍左右[1],巨大的稠油資源量必將成為 21世紀(jì)的主要能源。但稠油油藏存在易出砂且汽竄等現(xiàn)象,開采效果普遍不佳。如何高效開采稠油已成為當(dāng)前需要迫切解決的問題[2-4]。目前,稠油開采常用的有效方法是熱力采油 (主要是指蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)),該方法將成為未來開采稠油的有效方法之一[5-7]。

20世紀(jì) 70年代,國內(nèi)外對蒸汽高溫泡沫技術(shù)開展了大量的室內(nèi)實驗和現(xiàn)場研究[8-11],得到了人們的廣泛關(guān)注。蒸汽高溫泡沫技術(shù)可降低蒸汽流度,改善蒸汽熱采波及系數(shù);同時降低油水界面張力,提高洗油效率。

1 實驗部分

1.1 實驗用品與設(shè)備

自生氣體系由西安石油大學(xué)特種油氣藏實驗室研制,屬于有機(jī)物混合體系,常溫下為白色固體,具有刺激性氣味。起泡劑 BAHD常溫下為渾濁狀液體,由烷基苯磺酸鹽與木質(zhì)素醇醚類非離子表面活性劑以及其他助劑復(fù)配而成。BAXA屬烯基磺酸鹽類,常溫下呈黃色粉末狀,極易溶于水。

主要實驗設(shè)備有 SA型分析天平 (精確度0.000 1 g)、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 (溫度范圍為 0～400℃)、BROOKFIELD DV-IIIUltra流變儀、QBZY界面張力儀;ZQ-I蒸汽驅(qū)裝置 (溫度范圍為 0～300℃)、HW-48型恒溫箱 (溫度范圍為 0～360℃)、HLB-1040型平流泵 (流量為 0.1～10.0 mL/min)。

1.2 實驗內(nèi)容

通過對自生氣體系的產(chǎn)氣規(guī)律和起泡劑的靜態(tài)評價,確定了 2種高溫自生氣泡沫調(diào)驅(qū)劑的配方。一種是 2 mol/L自生氣體系 +(0.3%～1.0%)BAHD起泡劑(配方A),另一種是 2 mol/L自生氣體系 +(0.4%～1.0%)BAXA起泡劑 (配方B)。取起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為 0.5%,對自生氣泡沫調(diào)驅(qū)劑進(jìn)行降黏作用研究。

實驗流程如圖 1所示。填砂模型的尺寸為?30×500 mm,根據(jù)不同實驗?zāi)康奶钪撇煌瑵B透率 (85×10-3、230×10-3、870×10-3、650× 10-3、1 500×10-3μm2)的砂管模型。將砂管模型水平置于恒溫箱內(nèi)。蒸汽溫度為 200℃,平流泵排量為 1 mL/min,回壓控制在 0.5 MPa,調(diào)好六通閥,實行單管或雙管并聯(lián)實驗。

圖1 實驗流程

2 自生氣泡沫體系的降黏作用

將 2 mol/L的自生氣體系置于 200℃耐溫密封容器內(nèi),5 h后冷卻至室溫。分別將 A、B2種起泡劑溶于自生氣體系中,起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.5%。在 200℃的條件下,分別向稠油中注入 2種起泡劑的自生氣體系,依次測定不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)自生氣體系下的稠油黏度。測定黏度的溫度為30℃,剪切速率為 10 s-1。

添加起泡劑的自生氣體系溶液呈堿性,具有協(xié)同降黏作用。自生氣體系高溫下分解為 CO2、NH3等氣體,溶解于原油,使稠油黏度降低。另外,NH3和稠油中的環(huán)烷酸、長鏈脂肪酸等發(fā)生反應(yīng),生成具有表面活性的皂類物質(zhì),該類物質(zhì)具有很好的降黏作用。實驗結(jié)果表明,自生氣體系質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～40%時,降黏效果明顯,添加 0.5%BAHD后的降黏體系最好。

3 自生氣泡沫阻力因子敏感性分析

影響泡沫阻力因子的因素較多,主要有地層的滲透率、含油飽和度等。采用自生氣泡沫法,主要研究了滲透率、含油飽和度及溫度對阻力因子的影響。

3.1 阻力因子的測量

首先測試注蒸汽壓力作為基礎(chǔ)壓差,然后在同排量、同回壓以及同溫下,注入配方 A的調(diào)驅(qū)劑,測量工作壓差。

2種調(diào)驅(qū)劑的阻力因子均隨油層滲透率增大而增大。這是由于泡沫主要在大孔道內(nèi)產(chǎn)生,同時有效地封堵了這些大孔道。由此可見,泡沫對高滲透層有更好的封堵能力。在相同滲透率下,配方 A調(diào)驅(qū)劑的阻力因子較高,因為復(fù)配起泡劑 BAHD比單一起泡劑BAXA的發(fā)泡性能及耐溫性好。

3.2 含油飽和度對阻力因子的影響

使用滲透率為 (2 600±50)×10-3μm2砂管模型。建立不同的含油飽和度,分別為 0(不進(jìn)行油驅(qū)水)、5.5%、12.3%、15.7%、21.1%、30.3%、39.8%、50.5%。分別注入調(diào)驅(qū)劑 A和 B進(jìn)行驅(qū)替實驗,測定工作壓差,計算阻力因子。

配方A和B這 2種自生氣泡沫調(diào)驅(qū)劑的阻力因子隨著含油飽和度的升高而降低。含油飽和度在 15%～20%范圍內(nèi)阻力因子變化最大;含油飽和度高于 20%時,2種泡沫調(diào)驅(qū)劑的阻力因子均小于 4,已無調(diào)驅(qū)能力;含油飽和度低于 15%時,2種調(diào)驅(qū)劑的阻力因子可達(dá)到最大值,配方 A的阻力因子大于配方 B。一方面由于原油占據(jù)了大量的“起泡點”,使起泡幾率變小;另一方面油水乳化,消耗了氣液界面處的表面活性劑。各相間界面張力的差異使油在氣水界面展鋪,引起泡沫液膜變薄以致破裂。泡沫在含油飽和度較低處產(chǎn)生較大阻力因子,利用泡沫驅(qū)這一特點可封堵汽竄通道,提高蒸汽波及系數(shù)。

3.3 溫度對阻力因子的影響

使用滲透率為 (2 600±50)×10-3μm2的砂管模型,分別將蒸汽發(fā)生器和恒溫箱設(shè)置不同溫度,利用單管物理模型評價溫度對自生氣泡沫調(diào)驅(qū)劑阻力因子的影響。

實驗可知,2種調(diào)驅(qū)劑的阻力因子曲線均為先升后降的變化趨勢,且調(diào)驅(qū)劑 A的阻力因子一直大于B。調(diào)驅(qū)劑A在 210～270℃時具有最佳封堵調(diào)性能,阻力因子高達(dá) 60;310℃條件下,阻力因子依然高于 35。調(diào)驅(qū)劑B的阻力因子曲線隨溫度升高呈上升趨勢,增加至 170℃時便急劇下降,最佳封堵溫度范圍是 150～180℃。

4 自生氣泡沫配方的驅(qū)替效果評價

4.1 自生氣泡沫調(diào)驅(qū)劑溶液與原油的界面張力

實驗用原油油樣和地層水均來自孤東某油井。用地層水配置 2 mol/L的自生氣體系,分別加入適量BAHD、BAXA起泡劑,在65℃的條件下,分別測試 2種起泡劑的界面張力。結(jié)果可知,2種高溫起泡劑均具有降低油水界面張力的作用。當(dāng)起泡劑BAHD質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.4%～0.5%時,油界面張力可達(dá)到 10-2mN/m,具有超低界面張力,有利于提高洗油效果。

4.2 自生氣泡沫配方的驅(qū)油效果評價

采用雙管模型,對蒸汽驅(qū)、2種自生氣泡沫配方的驅(qū)油效果進(jìn)行對比評價。共實施 3組方案(表 2)。方案 1是一直進(jìn)行注蒸汽驅(qū)至 10 PV,確定蒸汽注入量為 6 PV時驅(qū)替效果最佳;方案 2和方案 3均先進(jìn)行蒸汽驅(qū),待達(dá)到最佳驅(qū)替效果后,分別注入A、B 2種調(diào)驅(qū)劑進(jìn)行實驗評價。3種方案的巖心基本參數(shù)如表 1所示。

表 1 巖心基本參數(shù)

方案 1中當(dāng)注蒸汽到達(dá) 6 PV后,驅(qū)替效率變化很小。方案 2和 3中,高滲透巖心總注入量 8 PV后驅(qū)替變化不明顯;而中滲透巖心,隨著總注入量的增加,驅(qū)替效果繼續(xù)上升。比較可知,方案 2的驅(qū)替效果最佳,高滲透中的驅(qū)替效率為 74.6%,中滲透中為 65.1%,總的驅(qū)替效率高達(dá) 70.1%。原因是自生氣泡沫調(diào)驅(qū)劑 A中使用的復(fù)配起泡劑BAHD性能較好,即發(fā)泡性能好、耐溫性高、降黏作用明顯以及具有超低界面張力等。該調(diào)驅(qū)劑的實驗研究對稠油開發(fā)具有一定的應(yīng)用價值。

5 結(jié) 論

(1)添加 0.5%起泡劑的自生氣體系對稠油的降黏效果明顯好于原降黏體系。

(2)自生氣泡沫具有選擇性調(diào)驅(qū)性能,即對高滲、低含油層具有較好的封堵性。調(diào)驅(qū)劑 A具有很好的耐溫性,在 200℃時阻力因子高達(dá) 60。

(3)自生氣泡沫體系與稠油有超低界面張力,充分體現(xiàn)了該技術(shù)的優(yōu)勢。

(4)自生氣泡沫能有效改善汽竄,降低蒸汽流度,提高蒸汽波及體積,為稠油高效開發(fā)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

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編輯 周丹妮

TE357.4

A

1006-6535(2010)03-0090-03

20091208;改回日期:20100325

國家西部開發(fā)科技行動計劃重大攻關(guān)課題與專題“陜甘寧盆地油田高效開發(fā)與水資源可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)研究”(2005BA901A13);國家科技重大專項課題與專題“復(fù)雜油氣田地質(zhì)與提高采收率技術(shù)”(2009ZX05009)

蒲春生 (1959-),男,教授,1982年畢業(yè)于西安交通大學(xué)計算數(shù)學(xué)專業(yè),1992年博士畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè),現(xiàn)從事油氣田開發(fā)方面的教學(xué)和科研工作。