稠油熱采氮氣泡沫輔助蒸汽驅(qū)技術(shù)研究及應(yīng)用
——以河南油田稠油開發(fā)為例

畢長會，王 泊，白長奇，田一鳴，何知鵬

(1.中國石化河南油田分公司第二采油廠，河南唐河 473400;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院)

蒸汽竄流是稠油蒸汽驅(qū)開采過程中最常見的技術(shù)難題，汽竄易導(dǎo)致蒸汽驅(qū)替波及范圍小、油藏動用不均、原油采收率低。應(yīng)用氮氣泡沫輔助蒸汽驅(qū)技術(shù)，可以有效地控制蒸汽竄流，提高注入蒸汽的波及體積，改善蒸汽驅(qū)開發(fā)效果[1-5]。但在汽驅(qū)過程中注入氮氣泡沫時，由于驅(qū)替油藏處于高溫高壓環(huán)境下，需對氮氣泡沫的耐受性和注入?yún)?shù)進行實驗?zāi)M研究，以配套完善氮氣泡沫輔助蒸汽驅(qū)技術(shù)。

1 發(fā)泡劑的耐溫性和封堵性評價

采集4種高溫發(fā)泡劑(1#、2#、TFP、ZWF)樣品，分別進行高溫下的表(界)面張力、發(fā)(穩(wěn))泡性能和封堵性能評價實驗，從中優(yōu)選出最佳的發(fā)泡劑。實驗中發(fā)泡劑的質(zhì)量分數(shù)均為0.5%。

1.1 發(fā)泡劑的表面張力和界面張力實驗評價

實驗測試結(jié)果見表1、表2所示。實驗結(jié)果表明：高溫下，隨著加熱時間的增加，發(fā)泡劑的表面張力和界面張力均有不同程度的增大；ZWF發(fā)泡劑受熱后的界面張力最小，其次為TFP發(fā)泡劑。

表1 250℃下不同時間后的表面張力測試結(jié)果 mN/m

1．2 發(fā)泡劑的耐溫性能實驗評價

一般耐溫性評價是將發(fā)泡劑溶液置于80℃下恒溫72 h，取出降至室溫，再評價其發(fā)泡性能；考慮到要應(yīng)用于稠油蒸汽驅(qū)，注汽溫度較高，因此實驗發(fā)泡劑的耐受溫度設(shè)定為250℃，受熱測試時間設(shè)定為7天。實驗結(jié)果表明(表3)：隨著受熱時間的增加，發(fā)泡劑的發(fā)泡體積和半衰期均呈下降趨勢，說明高溫對發(fā)泡劑的發(fā)泡性能和穩(wěn)泡性能影響較大。1#和2#發(fā)泡劑的耐受高溫性能較差；高溫下，ZWF發(fā)泡劑的發(fā)泡性能較好，TFP發(fā)泡劑的穩(wěn)泡性能較強。

表2 250℃下不同時間后的界面張力測試結(jié)果 mN/m

1．3 發(fā)泡劑封堵性能實驗評價

評價發(fā)泡劑的封堵性能主要是考察其阻力因子和殘余阻力因子，驅(qū)替過程以蒸汽作為介質(zhì)測定，實驗參數(shù)見表4。實驗裝置為單管模型，發(fā)泡劑選用ZWF和TFP，發(fā)泡劑質(zhì)量分數(shù)均為0.5%，氣液比設(shè)定為2∶1。

阻力因子及殘余阻力因子評價結(jié)果見表5。實驗結(jié)果表明：隨著溫度的增加，泡沫的阻力因子和殘余阻力因子均呈下降趨勢，說明泡沫的封堵性能逐漸降低；從高溫下的封堵性能來看，ZWF發(fā)泡劑的封堵性能最強，其次為TFP發(fā)泡劑。

表3 250℃時不同受熱時間對起泡能力的影響

表4 封堵性能實驗參數(shù)設(shè)計

表5 發(fā)泡劑阻力因子及殘余阻力因子測試數(shù)據(jù)

注：XXX表示發(fā)泡劑樣品的阻力因子,XXX-R表示發(fā)泡劑樣品的殘余阻力因子

綜合分析，TFP和ZWF兩種發(fā)泡劑能夠滿足蒸汽驅(qū)汽竄治理和剖面調(diào)整的要求。

1.4 發(fā)泡劑注入濃度優(yōu)化

發(fā)泡劑選擇TFP，其質(zhì)量分數(shù)分別為0.25%、0.5%、2.5%，測定其不同濃度下的阻力因子，實驗結(jié)果見圖1。實驗結(jié)果表明：發(fā)泡劑質(zhì)量分數(shù)在0.5%時的阻力因子最大，說明其封堵性能最好；因此，最佳發(fā)泡劑注入質(zhì)量分數(shù)選擇為0.5%。

圖1 TFP發(fā)泡劑不同濃度下的阻力因子

2 不同滲透率級差下氮氣泡沫輔助蒸汽驅(qū)替特征實驗研究

開展不同滲透率級差下的氮氣泡沫輔助蒸汽驅(qū)替分流實驗，研究其級差適應(yīng)性及啟動壓差特征，五管參數(shù)見表6。實驗條件參數(shù)：填砂管 350 mm×Φ38 mm(五管)；蒸汽驅(qū)階段蒸汽注入速度6 mL/min；蒸汽氮氣泡沫驅(qū)階段蒸汽注入速度1.5 mL/min；選用質(zhì)量分數(shù)0.5%TFP發(fā)泡劑注入速度0.5 mL/min；氮氣4 mL/min；蒸汽溫度250 ℃，恒溫箱溫度60 ℃；回壓1.0M Pa。

表6 五管參數(shù)

實驗結(jié)果見表7、表8和圖2所示。從表7、表8可以看出，注蒸汽驅(qū)替階段，初期只有5#高滲管動用，隨著蒸汽的注入，4#次高滲管也得到動用，而其它滲透率的管由于級差的影響均未能有效動用；隨著泡沫的注入，泡沫封堵性能的增強，3#～1#中低滲管級差依次啟動，五管驅(qū)替注采壓差最高達到了610 kPa，說明氮氣泡沫的穩(wěn)定形成對高滲管起到了較好的封堵效果。由圖2可以看出，驅(qū)替注入蒸汽氮氣泡沫時，不同滲透率五管可全部啟動，驅(qū)替管的滲透率越大，其驅(qū)油效率越高。

表7 各個填砂管啟動數(shù)據(jù)統(tǒng)計

表8 注入壓差數(shù)據(jù)

圖2 不同滲透率五管驅(qū)油效率對比

3 氮氣泡沫輔助蒸汽驅(qū)現(xiàn)場應(yīng)用

2012年，氮氣泡沫輔助蒸汽驅(qū)技術(shù)在河南油田新淺45斷塊7個蒸汽驅(qū)井組上進行現(xiàn)場應(yīng)用，工藝成功率和措施有效率均為100%；該蒸汽驅(qū)井組可動用地質(zhì)儲量38.45×104t，措施前蒸汽驅(qū)階段油汽比為0.1，實施泡沫輔助蒸汽驅(qū)后階段油汽比提高到0.15，累計增油2501.9 t，提高采收率0.65個百分點，措施效果見表9。

4 結(jié)論與認識

(1)通過對高溫發(fā)泡劑的耐溫性和封堵性評價，優(yōu)選出高溫下發(fā)泡、穩(wěn)泡性能和封堵性能好的發(fā)泡劑，能夠滿足蒸汽驅(qū)汽竄治理和剖面調(diào)整的要求。發(fā)泡劑注入質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選為0.5%。

表9 氮氣泡沫輔助蒸汽驅(qū)效果統(tǒng)計

(2)對不同滲透率級差下氮氣泡沫輔助蒸汽驅(qū)特征研究表明，驅(qū)替管的滲透率越大，驅(qū)油效率越高；五管驅(qū)替注采壓差最高達到了610 kPa，說明氮氣泡沫的穩(wěn)定形成對高滲管起到了較好的封堵效果。

(3)現(xiàn)場應(yīng)用取得了較好的效果，共實施7井組，工藝成功率和措施有效率均為100%，增油2501.9 t。這項技術(shù)為河南油田新淺45蒸汽驅(qū)的平穩(wěn)生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

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