中原油田五廠抗溫耐鹽起泡劑優(yōu)選及泡沫封堵性能實驗研究

樊澤霞,王騰飛,丁長燦,董立山

(1.中國石油大學石油工程學院,山東青島266555;2.中國石化勝利油田分公司孤島采油廠,山東東營257231)

中原油田五廠抗溫耐鹽起泡劑優(yōu)選及泡沫封堵性能實驗研究

樊澤霞1,王騰飛1,丁長燦1,董立山2

(1.中國石油大學石油工程學院,山東青島266555;2.中國石化勝利油田分公司孤島采油廠,山東東營257231)

在油田開發(fā)過程中,地層壓力不斷降低,含水率不斷升高,油氣層保護及油田增產(chǎn)問題日益突出。通過室內(nèi)實驗,以泡沫體積、半衰期等為指標,優(yōu)選了具有較好的抗溫性和耐鹽性的起泡劑,以阻力系數(shù)為指標,進行了封堵性能實驗。結(jié)果表明:最佳泡沫配方為質(zhì)量分數(shù)0.5%的QP-1+質(zhì)量分數(shù)0.1%的XC,此配方有較好的封堵性能;泡沫體系封堵能力與巖心滲透率和巖心含油飽和度等因素有關(guān);泡沫體系封堵能力隨巖心滲透率增加而增加,隨巖心含油飽和度增加而減小。

起泡劑;泡沫;穩(wěn)定性;封堵性能

對于進入高含水甚至特高含水開發(fā)階段的油田,由于各種化學驅(qū)方法受技術(shù)、經(jīng)濟等因素的影響,礦場應(yīng)用受到一定的限制。泡沫調(diào)驅(qū)由于礦場實施成本較低、工藝相對簡單、提高采收率效果較明顯,有望成為進一步改善高含水階段開發(fā)效果及聚合物驅(qū)后提高原油采收率的有效接替技術(shù)[1]。泡沫調(diào)驅(qū)的效果主要受泡沫的穩(wěn)定性和封堵性能的影響。目前油田常用的起泡劑抗高溫能力差,在高濃度鹽水中起泡能力較弱,使得泡沫調(diào)驅(qū)的推廣應(yīng)用受到限制。本文以中原油田五廠為例,通過實驗優(yōu)選一種抗溫耐鹽性能較好的泡沫體系,并對其封堵性能進行評價研究。

1 起泡劑優(yōu)選

優(yōu)選起泡劑主要依據(jù)其起泡性和泡沫穩(wěn)定性。起泡性是指泡沫產(chǎn)生的難易程度和產(chǎn)生的泡沫量;泡沫穩(wěn)定性與泡沫在多孔介質(zhì)中的封堵能力直接相關(guān),是一個重要指標,可用泡沫半衰期來表征,即泡沫衰減一半或液體析出一半所需的時間[2]。

1.1 實驗藥品、儀器及方法

起泡劑:烷基聚氧乙烯醚磺酸鈉(RES);脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉(AEC);脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES);聚氧乙烯烷基酚醚(OP-10);脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加O-20);起泡劑樣品QP-1;起泡劑樣品CW-1;起泡劑樣品GMH-1。

穩(wěn)泡劑:羥甲基纖維素鈉(CMC);黃胞膠(XC)。

主要實驗儀器:秒表;電子天平;高速攪拌器;恒溫箱;量筒等。

實驗方法:采用攪動法評價泡沫性能,即在室溫條件下配制所需濃度的起泡劑水溶液100 mL,高速攪拌1 min,迅速將泡沫倒入量筒中,靜置觀察,記錄泡沫的初始體積、出液時間和半衰期。

1.2 起泡劑的初選

室溫條件下,將RES、AEC、AES、OP-10、平平加O-20、QP-1、CW-1和GMH-1均配制成質(zhì)量分數(shù)為0.3%的溶液各100 mL,進行實驗。結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出,AEC、AES和QP-1泡沫體系的出液時間和半衰期較長,泡沫體積較大,有很好的起泡性和泡沫穩(wěn)定性。

表1 起泡劑的初選

1.3 起泡劑的性能評價

1.3.1 加量對起泡劑性能的影響

室溫條件下,將AEC、AES和QP-1均配制成質(zhì)量分數(shù)為0.1%,0.3%,0.5%,0.7%,1%的5種溶液各100 mL,考察其對起泡體積的影響。實驗結(jié)果如圖1。

圖1 起泡體積隨質(zhì)量分數(shù)的變化

由圖1可知,起泡劑的質(zhì)量分數(shù)越高,產(chǎn)生的泡沫的體積就越大。但當質(zhì)量分數(shù)大于0.4%時,泡沫體積的增長速度減緩,對泡沫性能的影響減弱?？紤]到實際作業(yè)過程中的吸附損失,確定起泡劑的最佳加量為0.5%。

1.3.2 抗溫性能評價

將AEC、AES和QP-1均配制成質(zhì)量分數(shù)為0.5%的溶液,放入密封的不銹鋼容器中,在120℃烘箱中老化16 h。然后在室溫條件下進行實驗。實驗結(jié)果如圖2和3。

由圖2和圖3可以看出,老化前后,AES和QP-1的起泡性和泡沫穩(wěn)定性均變化較小,有較好的抗溫性。

1.3.3 耐鹽性能評價

室溫條件下,將AES和QP-1分別用質(zhì)量分數(shù)為5%和10%的鹽水配制成質(zhì)量分數(shù)0.3%的溶液各100 mL,進行實驗。結(jié)果如表2所示。

圖2 老化前后起泡劑的發(fā)泡性能對比

圖3 老化前后起泡劑的泡沫穩(wěn)定性對比

表2 起泡劑耐鹽性能評價

由表2可知,鹽的加入對起泡劑的起泡性和泡沫穩(wěn)定性均有影響。加入鹽后,相比于AES,QP-1的半衰期及泡沫體積變化較小,有較好的耐鹽性能。

最終確定最優(yōu)起泡劑為QP-1,最佳使用質(zhì)量分數(shù)為0.5%。

1.3.4 穩(wěn)泡劑對起泡劑性能的影響

室溫條件下,分別用質(zhì)量分數(shù)為0.05%,0.1%和0.15%的CMC溶液和XC溶液配制0.5%的QP-1溶液各100 mL,考察其對起泡劑性能的影響,結(jié)果如表3。

表3 穩(wěn)泡劑對起泡劑性能的影響

表3表明:穩(wěn)泡劑對起泡劑的起泡性能影響不大,而對泡沫的穩(wěn)定性有較大提高;XC穩(wěn)泡效果明顯優(yōu)于CMC。考慮成本因素,優(yōu)選質(zhì)量分數(shù)為0.1%。因此確定穩(wěn)泡劑為XC,質(zhì)量分數(shù)為0.1%。

最終確定泡沫體系配方為:質(zhì)量分數(shù)0.5%的QP-1+質(zhì)量分數(shù)0.1%的XC。

2 泡沫封堵性能及影響因素

研究泡沫的封堵性能及其影響因素對泡沫調(diào)驅(qū)的推廣應(yīng)用具有重要意義。國內(nèi)外的研究認為影響泡沫封堵能力的因素有多種,除泡沫的穩(wěn)定性之外,泡沫體系的氣液比、巖石的滲透率、地層含油飽和度及注入方式等都是影響泡沫體系封堵強度的重要因素[3-4]。

2.1 實驗條件及方法

實驗溫度為90℃;實驗用水為中原油田五廠胡12污水樣,礦化度14.255 7×104mg/L,二價陽離子5 979 mg/L;實驗用油為中原油田五廠胡12塊脫水脫氣原油;泡沫劑樣為0.5%的QP-1+ 0.1%的XC;實驗用氣均為空氣;實驗巖心為一維均質(zhì)長巖心,模型尺寸Φ10 mm×1 000 mm。

實驗方法:將巖心驅(qū)替流程連接、安裝、調(diào)試,將模型抽真空飽和水、飽和油,水驅(qū)至含水98%;將空氣泡沫體系注入巖心,記錄各個階段的模型兩端壓差。在研究中,以阻力系數(shù)作為泡沫在巖心中封堵強度的度量,阻力系數(shù)定義為注入泡沫時巖心模型兩端壓力差與相同流量下水驅(qū)時巖心模型兩端壓力差之比。

2.2 巖心滲透率對泡沫封堵性能的影響

分別對6種滲透率的模型進行了泡沫封堵能力的測試,具體實驗方案見表4,其中,交替段塞量為0.05VP(VP為孔隙體積)。

表4 不同滲透率下泡沫封堵能力實驗方案

圖5 巖心滲透率與阻力系數(shù)關(guān)系曲線

實驗結(jié)果見圖4和5。從圖4可以看出,隨著泡沫的注入,巖心的阻力系數(shù)均有所增加,但巖心滲透率不同,阻力系數(shù)增加幅度不同。剛開始注泡沫時,高滲巖心阻力系數(shù)增加不多,隨著泡沫注入量的持續(xù)增加,阻力系數(shù)快速增加,最終趨于穩(wěn)定。這說明,泡沫對地層封堵有一個合適的量。從圖5可以看出,泡沫在巖心中形成動態(tài)平衡后,阻力系數(shù)隨滲透率增加而變大,表現(xiàn)出很好的滲透率選擇性。當巖心滲透率達到3μm2后,阻力系數(shù)上升幅度變緩,隨后趨于穩(wěn)定。分析其原因認為,泡沫粘度隨著剪切速率的增大而減小,在低滲層(小孔道)中剪切速率大,泡沫粘度低;在高滲層(大孔道)中剪切速率小,泡沫粘度高;隨著滲透率的繼續(xù)增加,一方面剪切速率變小,使泡沫粘度相對增加;另一方面,由于高滲層中的大孔道直徑大,泡沫的尺寸也相對較大,泡沫的穩(wěn)定性也略有下降。二者共同作用的結(jié)果,使泡沫流動阻力略有增加,從而泡沫阻力系數(shù)也略有增加。

2.3 巖心含油飽和度對泡沫封堵性能的影響

共進行四組不同巖心含油飽和度下的泡沫封堵實驗。巖心滲透率均約為1.5μm2,實驗中先水驅(qū)油至預(yù)定的巖心含油飽和度,然后注入泡沫,進行封堵實驗。具體實驗方案見表5,其交替段塞量為0.05VP。

表5 不同巖心含油飽和度下泡沫封堵實驗方案

實驗結(jié)果如圖6和7所示。

圖6 注入泡沫孔隙體積與阻力系數(shù)關(guān)系曲線

圖7 巖心含油飽和度與阻力系數(shù)關(guān)系曲線

從圖6可以看出,隨著泡沫注入量的增多,各巖心的阻力系數(shù)均有所增加,但增加的幅度明顯不同。含油飽和度較高的巖心阻力系數(shù)較小,且隨著泡沫注入量的增多,其阻力系數(shù)有所增加,但增加幅度明顯低于含油飽和度低的巖心。分析原因認為,泡沫剛開始注入時,由于巖心含油飽和度較高,難以形成穩(wěn)定泡沫,巖心中主要以起泡劑水溶液、空氣交替驅(qū)油為主。隨著巖心中的油被逐漸驅(qū)出,含油飽和度下降,開始形成穩(wěn)定泡沫,阻力系數(shù)逐步上升,泡沫封堵能力也逐步增強。由圖7可知,阻力系數(shù)隨巖心含油飽和度的上升而降低,特別是當巖心含油飽和度超過46.43%時,阻力系數(shù)下降幅度明顯增大。這就說明,泡沫是一種堵水而不堵油的選擇性堵劑。泡沫進入地層后,首先對高滲水層形成封堵,從而可使后續(xù)注入液轉(zhuǎn)向,進入水驅(qū)未波及的含油區(qū)域,提高采收率。

通過封堵性能實驗可知:優(yōu)選的泡沫體系有較好的封堵性能;泡沫體系封堵能力隨巖心滲透率增加而增加;巖心含油飽和度越大,泡沫體系封堵效果越差。

3 結(jié) 論

(1)通過抗溫性和耐鹽性實驗優(yōu)選了中原油田五廠的泡沫體系配方:質(zhì)量分數(shù)0.5%的QP-1+質(zhì)量分數(shù)0.1%的XC。由封堵性能實驗知此泡沫體系有較好的封堵性能。

(2)泡沫體系封堵能力隨巖心滲透率增加而增加,但巖心滲透率增加到一定程度,泡沫體系封堵能力增長幅度趨緩。

(3)巖心含油飽和度對泡沫體系封堵能力影響較大,巖心含油飽和度越大,泡沫體系封堵效果越差。

[1] 鄧玉珍,劉慧卿,王增林,等.氮氣泡沫驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化研究[J].中國石油大學勝利學院學報,2006,20(1):1-3.

[2] 呂廣忠,張建喬.稠油熱采氮氣泡沫調(diào)剖研究與應(yīng)用[J].鉆采工藝,2006,29(4):88-90.

[3] 王其偉,郭平,周國華,等.泡沫體系封堵性能影響因素實驗研究[J].特種油氣藏,2003,10(3):79-82.

[4] 高奎成,鄒群,尚朝輝,等.氮氣泡沫層內(nèi)封堵工藝在稠油冷采中的研究與應(yīng)用[J].特種油氣藏,2005,12(3):75-78.

[責任編輯] 辛艷萍

TE357.46

A

1673-5935(2010)04-0001-04

2010-09-19

樊澤霞(1966-),女,山東膠南人,中國石油大學石油工程學院副教授,博士,主要從事油田化學教學與研究。