壓力對(duì)改性α-烯烴磺酸鹽起泡劑泡沫性能的影響

郭東紅，李睿博，崔曉東，楊曉鵬，賈 敏

(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院采油采氣工程研究所，北京 100083；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院油田化學(xué)研究所，北京 100083)

在注水開(kāi)發(fā)油田高含水期，地層非均質(zhì)性嚴(yán)重、剩余油分布復(fù)雜。泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)是一種有效提高采收率的方法[1]。對(duì)于高含水老油田泡沫調(diào)驅(qū)的關(guān)鍵技術(shù)之一是優(yōu)選適合目標(biāo)油藏條件的起泡劑，要求起泡劑在目標(biāo)油藏條件下起泡能力強(qiáng)、泡沫性能穩(wěn)定，而且具有較好的封堵能力[2]。盡管泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)研究和應(yīng)用取得了一定的成效[3]，但可選擇的起泡劑類(lèi)型有限，另外對(duì)起泡劑在地層溫度、壓力條件下，尤其是高壓條件下的發(fā)泡及穩(wěn)泡性能認(rèn)識(shí)不清。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)泡沫評(píng)價(jià)更多是在常溫常壓或高溫常壓條件下進(jìn)行，關(guān)于高壓條件下的評(píng)價(jià)以及直接觀(guān)察高壓下泡沫的形貌的報(bào)道較少[4-8]。筆者在室內(nèi)起泡劑合成的基礎(chǔ)上，考察了起泡劑在地層溫度及高壓條件下的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性，同時(shí)利用不同滲透率的巖心對(duì)起泡劑的泡沫封堵性能進(jìn)行了研究。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料和儀器

改性α-烯烴磺酸鹽起泡劑A(有效含量34.5%，實(shí)驗(yàn)室自制)[9-10]；市售α-烯烴磺酸鹽起泡劑B(有效含量35.2%)；市售烷基苯磺酸鹽起泡劑C(有效含量35.8%)；大港港東油田注入水，礦化度5 000 mg/L，油藏溫度65 ℃。

Waring攪拌器，美國(guó)；可視化泡沫微觀(guān)物理模擬裝置，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院熱力采油研究所；阻力因子測(cè)定裝置，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院熱力采油研究所。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 常溫、常壓條件下起泡劑的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性測(cè)試

常溫常壓下采用Waring攪拌法評(píng)價(jià)起泡劑的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將100 mL配制好的發(fā)泡劑溶液倒入Waring攪拌器中，在6 500 r/min轉(zhuǎn)速下攪拌1 min，將泡沫倒入1 000 mL量筒中，讀出不同時(shí)間、不同體系的起泡體積及泡沫體積衰減一半時(shí)所用的時(shí)間，即為泡沫的半衰期；或者析出一半液體的時(shí)間為析液半衰期，半衰期越長(zhǎng)，泡沫就越穩(wěn)定。

1.2.2 油藏溫度、高壓條件下起泡劑的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性測(cè)試

在一定溫度和壓力條件下，采用一維可視化泡沫微觀(guān)物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置評(píng)價(jià)起泡劑的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)時(shí)，起泡劑溶液和高壓氮?dú)夥謩e用兩根導(dǎo)管注入可視化泡沫微觀(guān)物理模擬裝置中，起泡劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，通入氣體時(shí)間為18 min，其中起泡劑溶液流速為6 mL/min，氣體流速按不同氣液比計(jì)算得出，起泡劑溶液注入總量為100 mL。然后測(cè)試不同時(shí)間、不同起泡劑的起泡體積以及泡沫半衰期。

1.2.3 阻力因子的測(cè)試方法及步驟

動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)采用的實(shí)驗(yàn)裝置為一維單管模型[11]。在長(zhǎng)50.0 cm、直徑3.0 cm的巖心中裝填除去油和部分黏土的油層砂，利用水相滲透率分別為1 250、150以及1.1 mD的單管水平放置于恒溫烘箱內(nèi)。先將巖心用水飽和，測(cè)巖心水相滲透率，然后按一定的氣液比同時(shí)向巖心中注入水和氣。當(dāng)巖心兩端的壓差達(dá)到平穩(wěn)時(shí)，記錄此時(shí)巖心兩端的壓差作為基礎(chǔ)壓差。然后在相同條件下，注入氣和起泡劑溶液，當(dāng)巖心兩端的壓差達(dá)到平穩(wěn)時(shí)，再次記錄此時(shí)巖心兩端的壓差作為工作壓差。衡量起泡劑在油層中能否發(fā)泡，能否具有使驅(qū)替介質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)向作用的指標(biāo)是阻力因子，阻力因子定義為工作壓差和基礎(chǔ)壓差之比。一般認(rèn)為：當(dāng)阻力因子達(dá)到4倍時(shí)，起泡劑在油層中就能起到一定的調(diào)剖作用。

2 結(jié)果與討論

2.1 常溫、常壓條件下起泡劑的篩選

在泡沫調(diào)驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中起泡劑的性能將是影響實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。為此把室內(nèi)自制的改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑，以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較廣泛的α-烯烴磺酸鹽起泡劑B型起泡劑和烷基苯磺酸鹽C型起泡劑作為備選起泡劑。常溫常壓下，3種起泡劑溶液起始發(fā)泡體積以及析液半衰期隨濃度的變化如圖1、圖2所示。

從圖1和圖2可以看出，起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，發(fā)泡體積越大，析液半衰期也越大。但當(dāng)起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5%時(shí)，起始發(fā)泡體積增加不再明顯；而析液半衰期卻有下降的趨勢(shì)，因此在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，通常選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%為適宜的起泡劑濃度。同時(shí)可以看出，改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑的起始發(fā)泡體積與析液半衰期均高于其他起泡劑，說(shuō)明改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑的發(fā)泡性能和穩(wěn)定性較好。因此以下選取改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑進(jìn)行高壓下起泡劑的發(fā)泡性能和穩(wěn)泡性能研究。

圖1 不同起泡劑溶液起始發(fā)泡體積隨濃度的變化

圖2 不同起泡劑溶液析液半衰期隨濃度的變化

2.2 油藏溫度、高壓條件下泡沫形貌及起泡劑的發(fā)泡性能

圖3是實(shí)驗(yàn)中觀(guān)察到的在恒定壓力、不同氣液比以及恒定氣液比、不同壓力下0.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑溶液的發(fā)泡情況。由圖3可以看出，在恒定壓力條件下，氣液比越低泡沫越致密；在恒定氣液比條件下，壓力越高泡沫越致密。總體情況是，可視裝置中的泡沫外形清晰、性能穩(wěn)定，說(shuō)明改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑在高壓下具有較好的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性。

圖3 恒定壓力、不同氣液比以及恒定氣液比、不同壓力下起泡劑發(fā)泡情況(65 ℃)

為研究改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑在不同氣液比以及不同壓力下的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性，考察了氣液比為1∶1～1∶14、壓力4～12 MPa范圍內(nèi)起泡劑的發(fā)泡體積以及泡沫半衰期的變化情況，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，隨著壓力升高起始發(fā)泡體積減小，但起始發(fā)泡體積降低的程度不大；而壓力越高泡沫半衰期越長(zhǎng)，即泡沫越穩(wěn)定。由此可以說(shuō)明起泡劑在實(shí)際地層的高壓情況下，不僅能夠發(fā)泡，而且泡沫的穩(wěn)定性較好。

圖4 不同氣液比以及不同壓力條件下起泡劑的起始發(fā)泡體積和泡沫半衰期(65 ℃)

2.3 高壓條件下改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑的泡沫封堵性能

為探討改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑在泡沫調(diào)驅(qū)當(dāng)中應(yīng)用的可行性，進(jìn)一步考察了高壓條件下起泡劑在不同氣液比以及不同滲透率巖心上的封堵性能，結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，在高滲條件下的最高阻力系數(shù)優(yōu)于低滲條件下最高阻力系數(shù)，即在合適氣液比的情況下，滲透率越高封堵效果越好；同時(shí)，在最高阻力系數(shù)時(shí)，低滲氣液比要高于高滲氣液比，說(shuō)明起泡劑在高滲條件下的發(fā)泡性能要好于低滲條件下的發(fā)泡性能，即高滲條件下易發(fā)泡，低滲條件下不易發(fā)泡。

圖5 不同氣液比以及不同滲透率條件下泡沫封堵性能(12 MPa)

改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑在實(shí)際油田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明，該起泡劑在油藏高溫、高壓條件下具有較好的起泡性能以及泡沫穩(wěn)定性，在遼河、新疆等油田超稠油蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)當(dāng)中，均取得較好的效果[11-13]。

3 結(jié) 論

a.通過(guò)常溫常壓下起泡劑發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性的對(duì)比，篩選改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑作為調(diào)驅(qū)用泡沫劑。

b.改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑在高壓下具有較好的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性。隨著壓力升高起始發(fā)泡體積略有下降，泡沫穩(wěn)定性增強(qiáng)。說(shuō)明改性α-烯烴磺酸鹽A型起泡劑在地層的高壓情況下，不僅能夠發(fā)泡，而且泡沫的穩(wěn)定性較好。

c.泡沫封堵性能研究表明，在高滲條件下的最高阻力系數(shù)優(yōu)于低滲條件下最高阻力系數(shù)，即在合適氣液比的情況下，滲透率越高封堵效果越好；在最高阻力系數(shù)時(shí)，低滲氣液比要高于高滲氣液比，說(shuō)明起泡劑在高滲條件下的發(fā)泡性能要好于低滲條件下的發(fā)泡性能。