二元泡沫體系在含油多孔介質(zhì)中的滲流特征研究

曾嘉

二元泡沫體系在含油多孔介質(zhì)中的滲流特征研究

曾嘉

(中石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

[摘要]為研究泡沫流體在地下含有條件下的滲流特性，通過泡沫流動試驗和驅(qū)油試驗，考察不同注入泡沫體系的提高油層體積波及系數(shù)及降低油層滲透率的作用和驅(qū)油效率。試驗結(jié)果表明，隨發(fā)泡劑及聚合物的濃度增加，泡沫在巖心中的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)先增加，而后趨于平緩；泡沫在巖心中的流度均隨發(fā)泡劑及聚合物的濃度增加而降低；發(fā)泡劑濃度大于0.3%、聚合物濃度大于400mg/L時泡沫的驅(qū)油效率達到最大。

[關(guān)鍵詞]泡沫流動性；阻力系數(shù)；殘余阻力系數(shù)；流度

Bond等[1]于1958年首次提出用泡沫作為流度控制劑的思想，泡沫具有驅(qū)油作用的主要原因在于泡沫在多孔介質(zhì)內(nèi)的滲流特性[2~5]。通過測定不同注入泡沫體系的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，可以比較出不同注入體系在模型中流度的大小，從而通過選擇合適的注入流體，降低注入流體與原油的流度比，減少注入液突進，提高波及體積。因此,研究和評價注入體系在巖心上的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，是評價和確定體系是否具有理想驅(qū)油效果的重要參數(shù)和技術(shù)指標。下面，筆者對二元泡沫體系在含油多孔介質(zhì)中的滲流特征進行了研究。

1試驗部分

1.1試驗材料

發(fā)泡劑為烯烴磺酸鈉，聚合物分子量均為1660×104。三層非均質(zhì)人造巖心，其氣測滲透率在1000mD左右。

1.2試驗裝置

試驗裝置為江蘇華安石油儀器公司生產(chǎn)的泡沫驅(qū)油裝置。

1.3試驗方法

泡沫流動性能試驗步驟如下：①恒溫箱恒溫45℃，巖心抽空4h，飽和模擬鹽水，放置12h；②用模擬鹽水測量巖心水測滲透率，然后以0.6ml/min的速度注入泡沫體系，氣體為氮氣，注入到壓力平穩(wěn)，改注模擬鹽水至壓力平穩(wěn)；③對于含油巖心，在注泡沫前需飽和原油，計算含油飽和度，老化12h以上，然后在注泡沫和后續(xù)水；④改變條件，進行泡沫流動試驗，計算不同條件下泡沫體系的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)。

巖心驅(qū)替試驗步驟如下：①恒溫箱恒溫45℃，巖心抽空2h，飽和模擬鹽水，放置12h；②用模擬鹽水測量巖心水測滲透率，飽和模擬油，計算含油飽和度，老化12h以上；③再以0.6ml/min的速度水驅(qū)到含水98%；④改變條件，進行泡沫復合驅(qū)油試驗。

2結(jié)果與討論

2.1發(fā)泡劑濃度對泡沫流動性能的影響

1)不同濃度泡沫在含油巖心中的流動性能泡沫在油藏中運移必然受到油的影響，而油是一種對泡沫的穩(wěn)定性影響極大的物質(zhì)。泡沫在含油巖心的穩(wěn)定性是泡沫驅(qū)成敗的關(guān)鍵因素，因此研究泡沫體系在含油狀態(tài)下的流動性能非常必要[6,7]。含油巖心中發(fā)泡劑濃度與阻力系數(shù)關(guān)系圖如圖1所示。由圖1可知，泡沫的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)隨發(fā)泡劑濃度增加而增加，泡沫的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)在發(fā)泡劑濃度大于0.3%后增加緩慢。由于巖心中孔隙的吸附和捕集作用以及巖心中的飽和水對發(fā)泡劑的稀釋作用，使得發(fā)泡劑在濃度較低時，泡沫的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)較低。隨著發(fā)泡劑濃度的增加，泡沫體系中有足夠的發(fā)泡劑用來彌補由于以上2種作用產(chǎn)生的損失。在發(fā)泡劑濃度超過0.3%后，吸附、捕集作用基本達到飽和，且稀釋作用對巖心中的泡沫性能影響降低到最小，此時泡沫的流度控制能力達到最佳，發(fā)泡劑濃度再增加對泡沫的流度控制能力影響較小[8]。

含油巖心中發(fā)泡劑濃度與泡沫流度的關(guān)系如圖2所示。由圖2可知，泡沫在含油巖心中的流度隨發(fā)泡劑濃度增加而降低，當發(fā)泡劑濃度大于0.3%時，泡沫流度降低趨于變得平緩,這與泡沫阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)的變化趨勢相一致,表明泡沫體系在發(fā)泡劑濃度為0.3%泡沫具有較低的流度，從而有利于提高巖心中原油的采出程度。

圖1　含油巖心中發(fā)泡劑濃度與阻力系數(shù)關(guān)系圖　　　　　　　　　圖2　含油巖心中發(fā)泡劑濃度與泡沫流度關(guān)系圖

2)發(fā)泡劑濃度對采收率的影響發(fā)泡劑濃度與采收率的關(guān)系如圖3所示。由圖3可知，在發(fā)泡劑濃度低于0.3%時，泡沫驅(qū)采收率隨濃度增加快速增加，后續(xù)水的采收率逐漸降低；當濃度大于0.3%后，泡沫采收率和后續(xù)水采收率均保持穩(wěn)定。此外，當發(fā)泡劑濃度大于0.3%時，泡沫驅(qū)油見效快，在泡沫注入完成時采收率已達27%左右，而后續(xù)水采收率則降到低于10%。這是由于泡沫在巖心中有效封堵住高滲透層，擴大了波及體積，進入中、低滲透層進而驅(qū)動中、低滲透層的剩余油。上述試驗結(jié)果表明，發(fā)泡劑濃度大于0.3%時驅(qū)油效果可以達到最佳。

圖3　發(fā)泡劑濃度與采收率關(guān)系圖　　　　　　　　　　圖4　發(fā)泡劑中聚合物濃度與阻力系數(shù)關(guān)系圖

2.2發(fā)泡劑中聚合物濃度對泡沫流動性能的影響

1)添加不同濃度聚合物的泡沫在含油巖心中的流動性能針對含油巖心，在發(fā)泡劑中添加不同濃度聚合物對泡沫的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)的影響如圖4所示。由圖4可知，隨著發(fā)泡劑中聚合物濃度的增加，泡沫的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)逐漸增加，當聚合物大于400mg/L后殘余阻力系數(shù)保持平穩(wěn)。發(fā)泡劑中不加聚合物的泡沫阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)較低，兩者相差不大(均為3左右)，當發(fā)泡劑中加入聚合物后，泡沫的封堵能力明顯增加，其阻力系數(shù)為26，增加10倍左右，殘余阻力系數(shù)為11，增加5倍左右。這是由于聚合物的加入可以提高泡沫體系黏度，增強泡沫的穩(wěn)定性，同時可以減少泡沫劑在油藏中的吸附損耗。

含油巖心發(fā)泡劑中添加不同濃度聚合物對泡沫流度的影響如圖5所示。由圖5可知，在含油巖心中，隨著發(fā)泡劑中聚合物濃度的增加，泡沫的流度逐漸降低，由37μm2/(Pa·s)降到14μm2/(Pa·s)左右。

2)添加不同濃度聚合物的發(fā)泡劑對采收率的影響發(fā)泡劑中添加不同聚合物濃度對采收率的影響如圖6所示。由圖6可知，在聚合物濃度較低時，泡沫驅(qū)采收率隨濃度增加快速增加，后續(xù)水的采收率逐漸降低，當濃度大于400mg/L后，泡沫采收率和后續(xù)水采收率均保持穩(wěn)定。發(fā)泡劑中加入聚合物后泡沫驅(qū)總采收率提高大于10%，聚合物加入后，泡沫驅(qū)階段采收率增加，這表明聚合物加入后泡沫驅(qū)見效快。因此，聚合物濃度大于400mg/L泡沫的驅(qū)油效果最佳。

圖5　含油巖心發(fā)泡劑中聚合物濃度與泡沫流度關(guān)系圖　　　　　　　圖6　發(fā)泡劑中聚合物濃度與采收率關(guān)系圖

3結(jié)論

1)隨發(fā)泡劑及聚合物的濃度增加，泡沫在巖心中的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)先增加，而后趨于平緩。泡沫在巖心中的流度均隨發(fā)泡劑及聚合物的濃度增加而降低。

2)發(fā)泡劑濃度為0.3%、聚合物濃度為400mg/L時泡沫的驅(qū)油效率達到最大。

[參考文獻]

[1]Bond D C,Holbrook I C.Gas drive oil recovery process[P].US：Patent2866507,1958.

[2]伍曉林,陳廣宇,張國印.泡沫復合體系配方的研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2000,19(3):27~29.

[3]程杰成.“十五”期間大慶油田三次采油技術(shù)的進步與下步攻關(guān)方向[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2006，25(1):18~22.

[4]趙淑霞,彭彥素,于紅軍,等.氮氣泡沫驅(qū)提高高滲透特高含水油藏采收率技術(shù)[J].油氣地質(zhì)與采收率,2010, 17(2):74～76.

[5]盛強,郭平,陳靜,等.多孔介質(zhì)中泡沫的直觀特征研究[J].特種油氣藏,2012,19(4):122~125.

[6]劉合,葉鵬,劉巖,等.注氮氣泡沫控制水竄技術(shù)在油田高含水期的應用[J].石油學報,2010, 31(1):91~95.

[7]王冬梅, 韓大匡,許關(guān)利,等.部分水解聚丙烯酰胺對α-烯烴磺酸鈉泡沫性能的影響[J].石油勘探與開發(fā), 2008, 35(3):335～338.

[8]袁新強,王克亮,陳金鳳,等.復合熱泡沫體系驅(qū)油效果研究[J].石油學報,2010,31(1):87~90.

[編輯]李啟棟

[引著格式]曾嘉.二元泡沫體系在含油多孔介質(zhì)中的滲流特征研究[J].長江大學學報(自科版)，2015,12(13)：24~26.

20 Study on Synthesis and Rheology of TACK-2 Viscosifier for Oil-based Drilling Fluid

Kuang Xubing(EngineeringResearchInstitute，CNPCGreatwallDrillingCompany,Panjin124010)

Abstract:A viscosifier for oil-based drilling fluid is synthesized by condensation method and using fatty acid and polyols as main starting materials.The rheological properties of the samples of viscosifier in different fluid systems such as 5#white oil,5#white oil+organoclay system and oil-based drilling fluid for all-formulation are tested.Furthermore, the influence of its dosages, density of drilling fluid on the rheological property of the oil-based drilling fluid is discussed.The results show that the viscosifier is easy for preparation and it is low cost, it has preferable thickening properties in 5# white oil+organoclay and full oil-based drilling fluid systems.And in white oil all-formulation drilling fluid system, 1.5% TACK-2 is added into it and after it is hot rolled at 150℃ for 16h， the Φ3value could be improved from 2 to 6.

Key words:viscosifier; oil-based drilling fluid; rheological properties

[作者簡介]盧偉(1980-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事環(huán)境保護監(jiān)測技術(shù)、環(huán)境工程技術(shù)與管理方面的研究工作；E-mail:shangjingyuan163@163.com。

[基金項目]湖北省自然科學基金重點項目(2013CFA107)。

[收稿日期]2014-01-16

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)13-0024-03

[中圖分類號]TE39