河南稠油水驅(qū)油藏氮?dú)馀菽{(diào)驅(qū)體系的研究及應(yīng)用

王曉東，王利敏，張紅華，鄭 會(huì),王喜霞

(中國石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南南陽 473132)

河南油田稠油水驅(qū)油藏經(jīng)過20多年的注水開發(fā)，現(xiàn)已進(jìn)入高含水開發(fā)階段，由于原油粘度高，水油流度比大，導(dǎo)致單層突進(jìn)和層內(nèi)指進(jìn)嚴(yán)重，水驅(qū)波及程度低。層間非均質(zhì)性嚴(yán)重，導(dǎo)致注水層間吸水不均勻，對(duì)應(yīng)油井層間剩余油飽和度差異較大，縱向上儲(chǔ)量動(dòng)用不均，致使油井普遍高含水[1]。目前單靠注水開發(fā)不能滿足生產(chǎn)需要，因此研究應(yīng)用了氮?dú)馀菽{(diào)驅(qū)技術(shù)。

氮?dú)馀菽?qū)技術(shù)提高采收率的機(jī)理[2]。①調(diào)剖作用：當(dāng)泡沫注入到非均質(zhì)油藏時(shí)，它將首先進(jìn)入高滲層段，由于存在著氣阻效應(yīng)，而且氣阻效應(yīng)具有疊加性， 隨著泡沫的注入，高滲層的流動(dòng)阻力逐漸提高；隨著注入壓力的增加，泡沫可以依次進(jìn)入那些滲透性較小、流動(dòng)阻力較大、而原先不能進(jìn)入的低滲層，提高了波及系數(shù)。②稠油乳化降粘：發(fā)泡劑本身是一種活性很強(qiáng)的表面活性劑，能大幅度降低油水界面張力，使原來呈束縛狀態(tài)的原油通過油水乳化、液膜置換等方式成為可流動(dòng)的油，有利于提高驅(qū)油效率。③增加彈性氣驅(qū)能量：氣泡破裂之后，氮?dú)庠谥亓Ψ之惖淖饔孟?，從油層底部向頂部運(yùn)移，最終聚集頂部，給油藏增加了彈性氣驅(qū)能量。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 藥品及儀器

KCl，上?；瘜W(xué)試劑有限公司；NaCl，上海化學(xué)試劑有限公司； CMC，江蘇蘇化集團(tuán)；HPAM-1，鄭州正力公司；HPAM-2，鄭州正力公司。

500型界面張力儀，美國；Waring攪拌器，德國；恒溫烘箱，中國；物模裝置，自行連接。

1.2 評(píng)價(jià)方法

泡沫體系室內(nèi)評(píng)價(jià)主要是對(duì)發(fā)泡劑起泡能力和使原油形成超低界面張力能力的評(píng)價(jià)。

發(fā)泡劑起泡能力的評(píng)價(jià)方法是在攪拌器中加入200 mL一定濃度的發(fā)泡劑溶液，高恒速攪拌60 s后，關(guān)閉開關(guān)，迅速將泡沫倒入1000 mL量筒中，讀取泡沫體積，表示泡沫的起泡能力；然后記錄從泡沫中析出100 mL液體所需的時(shí)間，稱為泡沫的析液半衰期，評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性。

與原油形成超低界面張力的能力的評(píng)價(jià)方法是采用美國德克薩斯500型界面張力儀進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 泡沫體系發(fā)泡劑的選擇

2.1.1 地層離子對(duì)泡沫體系發(fā)泡劑的影響

河南油田稠油水驅(qū)油藏地層水型為NaHCO3型，總礦化度平均為7 500 mg/L，二價(jià)陽離子含量低，陽離子K+和Na+的含量較高，陰離子的含量主要以Cl-為主，它們的存在會(huì)對(duì)發(fā)泡劑起泡性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。首先須對(duì)發(fā)泡劑進(jìn)行抗KCl和NaCl實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過前期大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，初步篩選出ADC、BNPT、CFC三種具有較好性能的發(fā)泡劑,最佳使用濃度分別為2000 mg/L、3500 mg/L 、4 000 mg/L，進(jìn)行抗鹽實(shí)驗(yàn)。由圖1、2表明，發(fā)泡劑ADC的起泡體積和半衰期幾乎不受KCl和NaCl濃度的影響,而且起泡體積和半衰期均較其它兩種活性劑高。因此選擇發(fā)泡劑ADC進(jìn)行下步實(shí)驗(yàn)。

圖1 不同NaCl濃度下起泡劑發(fā)泡體積比較

圖2 不同KCl濃度下起泡劑半衰期比較

2.1.2 發(fā)泡劑界面張力特性測試

發(fā)泡劑不僅應(yīng)具有較強(qiáng)的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性，而且在較寬的堿和發(fā)泡劑濃度范圍內(nèi)能與原油形成超低界面張力[3]。室內(nèi)采用美國德克薩斯500型界面張力儀對(duì)ADC型發(fā)泡劑的濃度變化和堿對(duì)ADC型發(fā)泡劑性能的影響進(jìn)行了測定。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ADC型發(fā)泡劑濃度在200～4 000 mg/L、NaOH濃度在7000～14 000 mg/L范圍內(nèi)，皆能形成10-3mN/m超低油水界面張力。

以上實(shí)驗(yàn)表明，ADC型發(fā)泡劑不僅具有較好的起泡性、抗鹽性，而且具有優(yōu)異的降低油水界面張力的能力，因此選擇ADC作為本次研究的發(fā)泡劑，濃度選擇為2 000 mg/L。

2.2 泡沫體系穩(wěn)泡劑的選擇[4-6]

2.2.1 穩(wěn)泡性能對(duì)比

選擇油田常用的CMC、HPAM-1、HPAM-2等3種增粘劑作為穩(wěn)泡劑，實(shí)驗(yàn)溫度為55 ℃，NaCl濃度為4 000 mg/L，KCl濃度為1 500 mg/L，Na2SO4濃度為1 000 mg/L，Na2CO3濃度為1 000 mg/L，總礦化度為7 500 mg/L條件下，配制2 000 mg/L ADC起泡劑溶液，改變穩(wěn)泡劑的加量，測定起泡體積和析液半衰期(表1)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并考慮到經(jīng)濟(jì)性，選擇HPAM-2作為實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)泡劑。

表1 穩(wěn)泡劑性能對(duì)比

2.2.2 穩(wěn)泡劑的用量優(yōu)選

實(shí)驗(yàn)考查了HPAM-2用量對(duì)泡沫性能的影響。固定ADC起泡劑濃度為2 000 mg/L，改變穩(wěn)泡劑的加量，測定起泡體積和析液半衰期。從圖3可看出，當(dāng)HPAM-2加量為500 mg/L和1 000 mg/L時(shí)，起泡體積下降雖不多，但半衰期還不夠長，加量為2 000 mg/L時(shí)，半衰期雖已達(dá)22 min以上，但起泡體積又下降較多。HPAM-2加量為1 500 mg/L時(shí)，半衰期已能接近20 min，而起泡體積也在700 mL以上。綜合考慮兩種因素，選擇HPAM-2加量為1 500 mg/L。

圖3 不同NaCl濃度下起泡劑發(fā)泡體積比較

2.3 NaOH對(duì)泡沫體系影響

考查了 NaOH對(duì)泡沫性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。從中可看出，NaOH雖然有助于降低表面張力，增加發(fā)泡體積，但堿對(duì)泡沫半衰期的影響比較大，大幅度降低半衰期；因此在泡沫驅(qū)油應(yīng)用中，可適當(dāng)降低NaOH的用量以適當(dāng)改善泡沫的綜合性能。

表2 NaOH對(duì)泡沫性能的影響

通過以上實(shí)驗(yàn)確定泡沫劑配方為：2 000 mg/L發(fā)泡劑ADC+1 500 mg/L穩(wěn)泡劑HPAM-2+10 000 mg/L NaOH。

2.4 氮?dú)馀菽{(diào)驅(qū)物理模擬研究

選擇滲透率級(jí)差為10和20倍并聯(lián)雙層模型，進(jìn)行了兩組非均質(zhì)模型氮?dú)馀菽{(diào)驅(qū)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)氣液比(氮?dú)狻门菽瓌?為1∶1，泡沫段塞注入量為0.3PV，驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。從圖4中兩條曲線的形態(tài)可以確定，這是一個(gè)比較典型的“調(diào)剖”發(fā)揮作用的曲線。從高、低兩個(gè)滲透層采出程度增加的過程中可以看出，從注入泡沫段塞開始，至后續(xù)水驅(qū)結(jié)束，高滲透層提高采出程度達(dá)到7.6個(gè)百分點(diǎn)，而低滲透層達(dá)到22.6個(gè)百分點(diǎn)，累計(jì)提高采出程度30.2個(gè)百分點(diǎn)，表明泡沫段塞是一個(gè)比較典型的“移動(dòng)”式調(diào)剖劑段塞，從而獲得了非常明顯的“調(diào)驅(qū)”效果。

圖4 縱向非均質(zhì)模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果分析

3.1 現(xiàn)場應(yīng)用

氮?dú)馀菽?qū)油體系在河南油田現(xiàn)場試驗(yàn)3口井，累計(jì)注泡沫劑2 700 m3，氮?dú)?7.7×104Nm3，折算注入地下氣液總體積5 400 m3，累計(jì)氣液比1∶1。三井組在泡沫液注入過程中，注入壓力均呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢，注入氮?dú)馀菽?，初期效果比較明顯，啟動(dòng)壓力均有所上升，其中G322井啟動(dòng)壓力由5.9 MPa升至6.21 MPa，上升了0.31 MPa。C41井啟動(dòng)壓力由2.36 MPa升至8.92 MPa，上升了6.56 MPa。L812井啟動(dòng)壓力由6.6 MPa升至8.13 MPa，上升了1.53 MPa。

3.2 剖面調(diào)整情況

對(duì)G322井進(jìn)行了氮?dú)馀菽{(diào)驅(qū)技術(shù)實(shí)施前后吸水剖面測試，結(jié)果見圖5。措施前有5個(gè)層不吸水，措施后Ⅳ53層的吸水能力得到抑制，Ⅳ9層上部由吸水差轉(zhuǎn)為吸水好；各層間吸水狀況差異大的狀況得到明顯改善，吸水強(qiáng)度趨向均勻 。

3.3 連通油井增油效果

措施后，全部12口對(duì)應(yīng)油井中有5口井見效，階段累計(jì)增油1 298 t。G322對(duì)應(yīng)的G323井日產(chǎn)量由原平均7.38 t上升為12.07 t，最高日產(chǎn)油達(dá)到13.1 t, 含水由70%下降為58%，降低12個(gè)百分點(diǎn)，動(dòng)液面由原702 m上升到515 m。 C41對(duì)應(yīng)的C平6井動(dòng)液面由原378 m上升到60 m，平均日產(chǎn)油量由10.02 t上升為13.6 t，增油效果明顯。

圖5 古322井氮?dú)馀菽{(diào)驅(qū)前后吸水剖面對(duì)比

4 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

(1)研究了氮?dú)馀菽{(diào)驅(qū)體系中泡沫劑配方，確定其最佳配方為： 2 000 mg/L發(fā)泡劑ADC+1 500 mg/L穩(wěn)泡劑HPAM-2+10 000 mg/L NaOH ，該泡沫劑配方具有界面張力低、泡沫穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

(2)氮?dú)馀菽瓕?duì)存在滲透率級(jí)差的砂管有明顯的調(diào)驅(qū)作用，對(duì)高滲透砂管有很好的封堵效果，對(duì)低滲透砂管又具有較好的驅(qū)油作用，表明氮?dú)馀菽哂姓{(diào)驅(qū)的雙重作用。

(3)礦場試驗(yàn)結(jié)果表明，氮?dú)馀菽軌蛴行д{(diào)整油層非均質(zhì)性造成的注水不均衡，增油效果明顯，適應(yīng)河南油田稠油常采油藏的地質(zhì)特征。

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