空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)在明15塊的應(yīng)用

董俊艷，王斌，劉永安，胡艷霞，蔡彩霞，郭茂雷

（1.中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南 濮陽(yáng)457001；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東 青島266580）

開(kāi)展三次采油技術(shù)研究及應(yīng)用是延長(zhǎng)老油田壽命的重要手段［1-3］。表面活性劑驅(qū)是三次采油的有效方法，但油田中、高含水期使用單一表面活性劑驅(qū)油體系，波及系數(shù)低，提高原油采收率效果并不明顯［4-5］。

中原油田自2006年開(kāi)始空氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)的研究及應(yīng)用，并取得了一定成效。一方面，由于注入氣體能夠補(bǔ)充地層能量，提高了油層壓力；另一方面，當(dāng)泡沫進(jìn)入地層后，流動(dòng)阻力因賈敏效應(yīng)而逐漸增加，泡沫隨注入壓力的變化依次進(jìn)入高、低滲透層，提高了注入流體的波及系數(shù)［6-11］。然而，空氣發(fā)泡劑本身作為一種表面活性劑，因其降低油水界面張力效果較差，故提高采收率受到限制。為此，以文明寨油田明15 塊為試驗(yàn)油藏，開(kāi)展了空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)提高采收率研究，在空氣泡沫調(diào)整地層非均質(zhì)性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用低界面張力表面活性劑進(jìn)一步提高洗油效率。

1 明15 塊油藏特征及開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

明15 塊位于文明寨油田西南部，整體構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，是一個(gè)典型的常溫常壓中滲油藏。該區(qū)塊主要含油層位為沙二下1—3 砂組，埋藏深度1 580～1 680 m，地層溫度60～70 °C，總礦化度41 097 mg/L，Ca2++Mg2+質(zhì)量濃度3 450 mg/L，滲透率143.1×10-3μm2，孔隙度23.2%，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%，標(biāo)定采收率27%。

由于該區(qū)塊層系單一，平面非均質(zhì)性嚴(yán)重，油井見(jiàn)效具有單向性，2009年6月實(shí)施空氣泡沫驅(qū)。初期增油、降低含水率效果明顯； 但隨著現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的深入進(jìn)行，油井見(jiàn)效有變差趨勢(shì)，含水上升較快，自然遞減、綜合遞減速度逐漸增大，產(chǎn)量自然遞減率由2009年的-16.46%達(dá)到2011年的17.12%。

2 復(fù)合驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1）材料：明15 塊注入水，礦化度為41 097 mg/L；實(shí)驗(yàn)用油為明15 塊脫水原油與煤油混合而成的模擬油，70 ℃時(shí)的黏度為7.63 mPa·s；表面活性劑由上海石油化工研究院提供，有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%；泡沫劑由室內(nèi)自制。

2）儀器：注水開(kāi)發(fā)油藏物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置（耐壓35 MPa，耐溫160 ℃）（見(jiàn)圖1）。

圖1 復(fù)合驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置

3）條件：溫度70 ℃，壓力15 MPa。

4）步驟：采用180～200 目的石英砂填制滲透率相近的多根長(zhǎng)80 mm、內(nèi)徑25 mm 的填砂管，測(cè)定填砂管的氣相滲透率，飽和水，計(jì)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)油至模型出口含水率達(dá)到98%時(shí)，計(jì)算水驅(qū)采收率；注入一定驅(qū)替倍數(shù)的空氣泡沫/表面活性劑，進(jìn)行不同注入量、段塞比、交替周期的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)；水驅(qū)油至模型出口含水率達(dá)到98%時(shí)，計(jì)算最終采收率；對(duì)比注驅(qū)油劑前后提高采收率的情況［12-14］。

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 復(fù)合驅(qū)驅(qū)替倍數(shù)對(duì)提高采收率的影響

填制6 根滲透率相近的填砂管，段塞比為1∶1 的條件下注入空氣泡沫與表面活性劑溶液，交替1 個(gè)周期，改變總注入量，考察不同驅(qū)替倍數(shù)對(duì)提高采收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同驅(qū)替倍數(shù)復(fù)合驅(qū)對(duì)提高采收率的影響

由圖2可以看出，空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)能夠大幅度提高采收率，注入0.40 PV 空氣泡沫/表面活性劑，采收率可提高22.49 百分點(diǎn)。這是因?yàn)椋菏紫龋諝馀菽男纬膳c滲透率和含油飽和度密切相關(guān)，含油飽和度越高，越不利于泡沫的生成和穩(wěn)定［15］，持續(xù)進(jìn)行驅(qū)替，模型中含油飽和度逐漸降低，形成的空氣泡沫更加穩(wěn)定，空氣泡沫對(duì)大、中孔道的封堵能力就會(huì)隨之增強(qiáng)，對(duì)小孔道中的流度控制能力也逐漸增強(qiáng)；其次，注入空氣泡沫后接著注入的表面活性劑溶液會(huì)進(jìn)入含油飽和度較高的中、小孔隙中，增加了其與原油的有效接觸，可以充分發(fā)揮其提高洗油效率的作用。

隨著復(fù)合驅(qū)驅(qū)替倍數(shù)的增加，采收率提高的幅度逐漸增大；但當(dāng)驅(qū)替倍數(shù)達(dá)到0.30 PV 后，繼續(xù)增加驅(qū)替倍數(shù)，對(duì)采收率提高幅度的影響就會(huì)變小。這是因?yàn)椋哼M(jìn)行較低驅(qū)替倍數(shù)復(fù)合驅(qū)時(shí)，注入的空氣泡沫在模型中原有驅(qū)替水的稀釋作用下濃度降低，空氣泡沫形成的封堵強(qiáng)度變小，模型的非均質(zhì)性不能得到有效改善，同時(shí)注入的表面活性劑濃度也會(huì)降低，不能形成超低界面張力，其洗油能力也會(huì)下降；而隨著驅(qū)替倍數(shù)增加，模型中產(chǎn)生的空氣泡沫與表面活性劑濃度逐漸增加，上述問(wèn)題得以逐步解決，單位體積驅(qū)油劑的采收率提高幅度趨于下降。因此，綜合考慮投入產(chǎn)出比及提高采收率情況，最佳驅(qū)替倍數(shù)為0.30 PV。

2.2.2 復(fù)合驅(qū)段塞比對(duì)提高采收率的影響

填制5 根滲透率相近的填砂管，在復(fù)合驅(qū)驅(qū)替倍數(shù)為0.30 PV、交替次數(shù)為1 的條件下，空氣泡沫與表面活性劑段塞比分別按照1∶1，1∶2，1∶3，3∶1，2∶1 注入實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，考察不同段塞比?duì)提高采收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同段塞比復(fù)合驅(qū)對(duì)提高采收率的影響

由圖3可以看出，隨空氣泡沫段塞不斷減小，提高采收率幅度呈先增大后減小趨勢(shì)，空氣泡沫與表面活性劑段塞比為1∶1 時(shí)，提高采收率幅度最大，為20.59百分點(diǎn)。分析認(rèn)為：在復(fù)合驅(qū)段塞中，空氣泡沫段塞主要起封堵高滲層、擴(kuò)大波及體積的作用，隨泡沫段塞減小，泡沫封堵作用減弱，而表面活性劑的洗油能力隨之增強(qiáng)；當(dāng)段塞比達(dá)到1∶1 時(shí)，空氣泡沫的封堵與表活劑的洗油協(xié)同作用達(dá)到最強(qiáng)，提高采收率幅度最大；若空氣泡沫段塞繼續(xù)減小，對(duì)高滲層的封堵作用減弱，表面活性劑的水竄作用明顯，提高采收率幅度會(huì)逐漸降低。

2.2.3 復(fù)合驅(qū)交替次數(shù)對(duì)提高采收率的影響

填制6 根滲透率相近的填砂管，確定復(fù)合驅(qū)驅(qū)替倍數(shù)為0.30 PV，空氣泡沫與表面活性劑段塞比為1∶1。由于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)條件的限制，僅考察交替次數(shù)分別為0（空氣泡沫與表面活性劑等比例混合注入），1，2，3，4，5時(shí)對(duì)提高采收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同交替次數(shù)復(fù)合驅(qū)對(duì)提高采收率的影響

由圖4可以看出：交替次數(shù)在5 次以?xún)?nèi)，隨交替次數(shù)的增加，提高采收率幅度逐漸增大，即小段塞注入優(yōu)于大段塞注入；交替次數(shù)為5 時(shí)，交替段塞為0.03 PV，采收率提高22.59 百分點(diǎn)；交替次數(shù)為0 時(shí)，提高采收率幅度與段塞交替注入時(shí)相比較低。這是因?yàn)椋捍蠖稳⑷霑r(shí)，先注入的空氣泡沫由于注入的時(shí)間較長(zhǎng)，氣體很快突破，封堵能力降低，后續(xù)注入的表面活性劑溶液只能沿著大孔道突進(jìn)，2 體系之間不能形成良好的協(xié)同作用；隨著交替次數(shù)的增加，交替段塞減小，泡沫在孔隙中的發(fā)泡能力和穩(wěn)定性逐漸提高，氣體形成突破機(jī)會(huì)減少，2 體系協(xié)同作用效果增加，因而采收率逐漸提高。這與以往報(bào)道的情形一致［16-18］?？紤]地層的非均質(zhì)性，設(shè)計(jì)時(shí)，首段塞應(yīng)用大段塞空氣泡沫或強(qiáng)度較高的調(diào)剖體系［19］對(duì)高滲透層進(jìn)行封堵，后續(xù)則應(yīng)采用小段塞的空氣泡沫與表面活性劑溶液交替注入，從而達(dá)到最大限度提高采收率的目的。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

明15 塊油藏地層水礦化度和地層溫度相對(duì)較低，具備實(shí)施該復(fù)合驅(qū)的良好條件。2011年10月，明15 塊開(kāi)始實(shí)施空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)。根據(jù)室內(nèi)研究結(jié)果，依據(jù)體積法計(jì)算注入水波及的孔隙體積，設(shè)計(jì)復(fù)合驅(qū)注入總量為0.30 PV，空氣泡沫與表面活性劑總段塞比為1∶1，小段塞交替注入量為0.03 PV。根據(jù)當(dāng)前注水速度確定復(fù)合驅(qū)的注入速度，對(duì)存在大孔道或高滲條帶的井，首段塞注入大段塞空氣泡沫或選擇合適的調(diào)剖劑進(jìn)行封堵。

截至2012年10月，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施復(fù)合驅(qū)5 井組，累計(jì)注入空氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）65.877 6×104m3，泡沫液4 487.5 m3，表面活性劑9 760 m3；對(duì)應(yīng)油井7 口見(jiàn)效增油，累計(jì)增油5 424.7 t； 水驅(qū)控制程度由措施前的84.2%提高到92.6%，水驅(qū)動(dòng)用程度由56.7%提高到67.2%。與試驗(yàn)前相比，原油采收率提高5.10 百分點(diǎn)，自然遞減率和綜合遞減率均控制在15.00%以?xún)?nèi)（見(jiàn)圖5）。

圖5 明15 塊復(fù)合驅(qū)后產(chǎn)量遞減率變化曲線

4 結(jié)論

1）根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驅(qū)替倍數(shù)為0.30 PV、空氣泡沫與表面活性劑段塞比為1∶1、交替次數(shù)為0～5 時(shí)，小段塞交替注入空氣泡沫與表面活性劑能夠發(fā)揮較強(qiáng)的協(xié)同作用，復(fù)合驅(qū)效果最好，采收率提高幅度最大，可達(dá)22.59 百分點(diǎn)。

2）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(duì)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(chǎng)應(yīng)用表明，復(fù)合驅(qū)技術(shù)可進(jìn)一步控制區(qū)塊遞減，大幅度提高原油采收率。

3）對(duì)空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)，目前僅通過(guò)室內(nèi)物模實(shí)驗(yàn)對(duì)注入?yún)?shù)進(jìn)行了研究。為進(jìn)一步考察注入?yún)?shù)的合理性，下步應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展數(shù)值模擬研究。

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