空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)提高采收率研究

董俊艷，王 斌，胡艷霞，楊 斌，閔 剛，欒志強(qiáng)

(中國石化中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南 濮陽 457001)

為探索中原油田表面活性劑提高采收率技術(shù)，開展了耐溫抗鹽驅(qū)油用表面活性劑的研究，但礦場試驗(yàn)表明，單一表面活性劑驅(qū)提高采收率效果有限，需與流度控制技術(shù)配套應(yīng)用［1］。

2006年，中原油田開始進(jìn)行空氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)的研究，一方面注入的氣體能補(bǔ)充地層能量，提高油層壓力;另一方面當(dāng)泡沫進(jìn)入地層后，先進(jìn)入高滲透層，由于賈敏效應(yīng)，流動阻力逐漸增加，隨著注入壓力的變化，泡沫可依次進(jìn)入低滲透層，提高波及系數(shù)［2－6］。2010年，以采油三廠文明寨油田明15塊為試驗(yàn)油藏，在國內(nèi)首次開展空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)提高采收率研究，表面活性劑主要用于提高洗油效率，泡沫體系首先選擇含水較高的高滲層，主要用于堵塞大孔道和流度控制［7］。此項(xiàng)技術(shù)通過強(qiáng)化泡沫及表面活性劑各自的功能，可以進(jìn)一步提高原油采收率。

1 原料和儀器

陰－非離子表面活性劑ZY－05、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鹽，上海石油化工研究院與中原油田聯(lián)合研制，南京石油化工股份有限公司生產(chǎn);起泡劑ZYM－1，自制;明15塊注入水，礦化度為8.6 ×104mg/L，鈣鎂離子含量為 1111 mg/L;原油，采油三廠明15塊原油。

改進(jìn)Ross－Miles泡高儀;TX500C型旋轉(zhuǎn)滴超低界面張力儀;注水開發(fā)油藏物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，常壓～35 MPa，室溫～160℃，中原油田石油工程技術(shù)研究院與湖北創(chuàng)聯(lián)石油科技有限公司聯(lián)合研制。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑降低油水界面張力的性能

依據(jù)毛管數(shù)與驅(qū)油效率的關(guān)系，界面張力達(dá)10－3mN/m時(shí)，能大幅提高采收率［8］。配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的ZY－05溶液，在65℃，轉(zhuǎn)速6000 r/min下，采用TX－500C懸滴界面張力儀測定不同時(shí)間ZY－05溶液與明15塊原油的動態(tài)界面張力，結(jié)果見圖1。

圖1 表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對油水界面張力的影響

由圖1看出，由于表面活性劑的吸附和擴(kuò)散的影響，ZY－05溶液與原油的界面張力隨時(shí)間延長呈先下降后上升趨勢。已有研究表明［9］，動態(tài)界面張力最低值與驅(qū)油效率的相關(guān)性更好。因此，本文以界面張力最低值為評價(jià)指標(biāo)對表面活性劑性能進(jìn)行評價(jià)。表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2% ～0.6%時(shí)，60 min內(nèi)表面活性劑溶液與原油的瞬時(shí)界面張力均可達(dá)10－3mN/m，滿足超低界面張力的要求，可將殘余油從地層剝離。綜合考慮地層吸附、地層水稀釋作用及經(jīng)濟(jì)因素，現(xiàn)場表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)以0.3% ～0.5%為宜。

2.2 起泡劑的起泡性能

泡沫在地層中調(diào)驅(qū)能力受泡沫數(shù)量(反映為起泡體積)和穩(wěn)定性(反映為半衰期)的綜合影響。利用泡沫綜合指數(shù)(F)來表征起泡劑的起泡能力、穩(wěn)泡能力及泡沫衰減過程，評價(jià)泡沫調(diào)驅(qū)過程中起泡劑的性能。采用明15塊注入水分別配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的ZYM－1起泡劑溶液，1.0138×105Pa，50 ℃下，采用改進(jìn) Ross－Miles泡高儀測定泡沫體系的半衰期和起泡體積，結(jié)果見表1。

表1 ZYM－1型發(fā)泡劑主要性能

由表1看出，ZYM－1起泡劑隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，其發(fā)泡體積及半衰期增加，泡沫綜合指數(shù)增大，起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%時(shí)，綜合指數(shù)達(dá)最大。這是因?yàn)榕菽姆€(wěn)定性與其表面擴(kuò)張模量具有一定的關(guān)系，而表面擴(kuò)張模量是當(dāng)液膜局部發(fā)生變形時(shí)快速修復(fù)液膜的能力，即表面擴(kuò)張模量值越大，泡沫越穩(wěn)定。因此，泡沫半衰期的變化趨勢與表面擴(kuò)張模量相一致，均存在極大值。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道［10］，泡沫綜合指數(shù) ＞10000時(shí)為超強(qiáng)等級，綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素與泡沫強(qiáng)度，適宜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5% ～0.7%。

2.3 表面活性劑與空氣泡沫起泡劑適應(yīng)性

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%ZYM－1起泡劑溶液與0.3%ZY－05表面活性劑溶液按照不同體積比復(fù)配，考察體積比對復(fù)配體系的泡沫性能和降低界面張力能力的影響，結(jié)果見表2所示。表面活性劑溶液與起泡劑溶液復(fù)配體積比對復(fù)配體系起泡體積影響較大，對泡沫半衰期基本無影響，隨著起泡劑加量減小，泡沫綜合指數(shù)減小，V(ZYM－1)∶V(ZY－05)=1∶1時(shí)仍可達(dá)超強(qiáng)等級;相比單一表面活性劑，復(fù)配體系與原油的最低界面張力增大，最低界面張力均不能達(dá)到10－3mN/m，故現(xiàn)場應(yīng)用過程中需加入隔離液減小二者影響。綜合考慮復(fù)配后泡沫性能和界面張力的變化，V(ZYM－1)∶V(ZY －05)=1∶1為宜。

表2 不同復(fù)配體系的泡沫性能

2.4 隔離液與表面活性劑的配伍性

低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚丙烯酰胺對泡沫有穩(wěn)泡作用，根據(jù)明15塊地層特點(diǎn)，室內(nèi)優(yōu)選出1#，2#，3#聚丙烯酰胺作為隔離液。在0.3%ZY－5表面活性劑中分別加入0.05%的3種隔離液，考察隔離液對界面張力和起泡性能的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 不同隔離液與表面活性劑復(fù)配后界面張力變化曲線

由圖2可知，在ZY－5表面活性劑中加入0.05%隔離液后，溶液與原油界面張力均有所變化，其中加入1#，3#隔離液后，最低瞬時(shí)界面張力降低;加入2#隔離液后，最低瞬時(shí)界面張力升高，不能達(dá)到10－2mN/m，故1#、3#均可作為復(fù)合驅(qū)的隔離液，從而更好地發(fā)揮復(fù)合驅(qū)的協(xié)同作用，達(dá)到提高采收率的目的。

2.5 提高采收率

采用180～200目的石英砂填制滲透率相近的多根φ80 mm×25 mm的填砂管，測定填砂管氣相滲透率，飽和水，算孔隙度;飽和模擬油，記錄出水量，計(jì)算含水飽和度;水驅(qū)至模型出口含水98%，計(jì)算水驅(qū)采收率;注入不同驅(qū)替倍數(shù)的驅(qū)油劑，再水驅(qū)至模型出口端含水98%，計(jì)算最終采收率，比較注入驅(qū)油劑前后采收率提高程度，考察不同驅(qū)油方式的動態(tài)驅(qū)油性能，結(jié)果見圖3。

圖3 不同驅(qū)油方式提高采收率對比曲線

由圖3看出，相同注入量條件下，提高采收率幅度順序?yàn)?空氣泡沫/表活劑復(fù)合驅(qū)＞空氣泡沫驅(qū)＞表面活性劑驅(qū)。隨著注入量增加，3種驅(qū)油方式提高采收率的幅度均增加，但注入量大于0.3 PV后，提高采收率增加幅度變小。因此，最佳注入量為0.3 PV，此時(shí)空氣泡沫/表活劑復(fù)合驅(qū)提高采收率可達(dá)22.59%。

分析認(rèn)為空氣泡沫復(fù)合驅(qū)充分發(fā)揮了表面活性劑驅(qū)對殘余油的洗油能力和空氣泡沫驅(qū)封堵大孔道，擴(kuò)大波及體積的協(xié)同作用，在較大程度上提高了原油的采收率;空氣泡沫驅(qū)時(shí)，泡沫劑本身為表面活性劑，在一定程度上可起到提高洗油效率的目的［4］;單一表面活性劑驅(qū)雖可大幅提高洗油效率，但對于存在大孔道的油藏，易沿著大孔道竄進(jìn)，起不到驅(qū)替殘余油的作用，故提高采收率大于空氣泡沫驅(qū)，小于復(fù)合驅(qū)。

在復(fù)合驅(qū)注入量較小時(shí)，注入的泡沫液在模型中原驅(qū)替水的稀釋作用下濃度變小，形成的泡沫封堵強(qiáng)度變小，模型的非均質(zhì)性不能得到有效改善;同時(shí)注入表面活性劑濃度變小，不能形成超低界面張力，降低了其對模擬油的洗油能力。隨著驅(qū)替倍數(shù)增加，在模型中產(chǎn)生的空氣泡沫與表面活性劑增加，提高采收率逐漸增大，最終達(dá)到趨于平衡的狀態(tài)。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

明15塊位于文明寨油田西南部，整體構(gòu)造較簡單，是一個(gè)典型的中滲常溫常壓油藏。該塊主要含油層位為沙二下1－3，油藏埋藏深度1580～1680 m，原始地層壓力 14.5 ～16.5 MPa，地下原油黏度 7.63 mPa·s，采出程度 16.75%，剩余油較多，開發(fā)潛力大。2011年10月實(shí)施空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)，截止2013年12月，現(xiàn)場應(yīng)用11井組，累計(jì)注入空氣(標(biāo)準(zhǔn))185.4 ×104m3，泡沫液 1.37 × 104m3，表面活性劑 212.78 t。累計(jì)增油24381.28 t，新增石油地質(zhì)儲量15.2 ×104t，新增石油動用儲量 22.1×104t，采收率提高8.84%。

以明401井為例，該井于2013年1月20日實(shí)施空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)，正常注氣時(shí)壓力為22 MPa，注表面活性劑時(shí)壓力為12 MPa，截止2014年1月1日，累積注入表面活性劑960 m3，隔離液 600 m3，泡沫液 465 m3，空氣(標(biāo)準(zhǔn))59520 m3。實(shí)施復(fù)合驅(qū)后，增油效果較明顯，日產(chǎn)油由措施前2.42 t增加至目前的3.4 t。

圖4 明401井組生產(chǎn)曲線

4 結(jié)論

1)ZY－05表面活性劑與ZYM－1起泡劑能滿足明15塊油藏條件，在起泡劑與表面活性劑之間加入隔離液，可減小表面活性劑與起泡劑間的相互影響，充分發(fā)揮二者在驅(qū)油過程中的協(xié)同作用。

2)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明，空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)在封堵高滲條帶的基礎(chǔ)上，對表面活性劑起到控制流度的作用，提高了驅(qū)油效率?，F(xiàn)場應(yīng)用中可進(jìn)一步控制區(qū)塊遞減，大幅提高原油采收率。

3)明15塊油藏地層水礦化度和地層溫度相對較低，對實(shí)施復(fù)合驅(qū)具有良好的條件。下步將開展空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)在不同油藏的適應(yīng)性研究，從而驗(yàn)證此項(xiàng)技術(shù)對中原油田三次采油的貢獻(xiàn)。

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