強化泡沫驅(qū)體系起泡劑優(yōu)選與評價實驗

楊麗娜 王欣然 瞿朝朝 鄭彬 李展峰 張立波

(1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司， 天津 300452；2. 中海石油(中國)有限公司天津分公司， 天津 300459)

海上油田普遍采用的是大井距多段合采的開發(fā)策略，可在一定程度上提高經(jīng)濟效益。但對于注水開發(fā)油田，由此開發(fā)策略造成的層內(nèi)和層間矛盾也十分突出。如，平面上驅(qū)替不均衡，使注入水易沿單一方向形成竄流，而層間儲層非均質(zhì)性，使低滲層水驅(qū)波及程度較差[1-4]。采用海上油田聚合物驅(qū)方式，可以改善以上問題，提升開發(fā)效果[5-9]。經(jīng)過前期的礦場實踐和研究，發(fā)現(xiàn)聚合物驅(qū)可以較好地改善平面注采矛盾，但縱向改善層間驅(qū)替均衡問題的效果一般[10-12]。具體表現(xiàn)在，注入井吸水剖面改善能力有限。因此，在實施聚合物驅(qū)的過程中，仍需要定期開展層間調(diào)剖措施，從而提高聚合物溶液縱向波及均衡程度。

泡沫體系因其具有視黏度高、封堵調(diào)剖能力強，且對儲層傷害小的特點，廣泛地應(yīng)用于油田注水井調(diào)剖。此外，泡沫體系還能提高洗油效率。發(fā)泡劑本身是一種活性很強的表面活性劑，能大幅度降低毛管數(shù)，從而降低油水界面張力，使殘余油飽和度降低，起到提高儲層微觀驅(qū)油效率的作用。然而，單一泡沫體系在油藏中遇油容易破滅，在儲層中調(diào)剖有效期縮短，且作用半徑有限，從而降低了泡沫調(diào)剖的有效性。向泡沫體系中加入聚合物溶液后，可形成強化泡沫體系。聚合物溶液的加入，使起泡劑在泡沫中的傳輸變得緩慢，減緩了在巖石表面上的吸附速度，穩(wěn)定性大大增強[13-15]，從而可延長調(diào)剖措施的有效期。本次研究以渤海Z油田為例，根據(jù)油田儲層物性和流體的特點，優(yōu)選起泡劑，確定適用的強化泡沫體系。

1 油田概況

渤海Z油田位于渤海遼東灣北部海域，主力含油層系為東營組東二下段，為典型的三角洲前緣沉積油田。儲層物性表現(xiàn)為中高孔滲儲層，平均滲透率為650×10-3～2 650×10-3μm2，平均孔隙度為25.5%～31.2%，儲層非均質(zhì)性較強，滲透率級差為3.8～4.2。地下原油黏度平均為10.6～26.3 mPa·s，屬于中黏原油。油田初期采用天然能量開發(fā)，由于儲層壓力下降較快，于2004年改為注水開發(fā)。但是，較強的儲層非均質(zhì)性導(dǎo)致注水后油田含水上升較快。采用了聚合物驅(qū)代替注水開發(fā)后，初期取得了明顯的降水增油效果。目前，油田開發(fā)已處于聚合物驅(qū)的含水率回返階段，增油效果逐漸變差。常規(guī)調(diào)剖措施已不能滿足油田開發(fā)生產(chǎn)的需求，亟待探索更為有效的調(diào)剖方式以改善油田開發(fā)效果，增強聚合物驅(qū)后期開發(fā)效果。

2 實驗步驟

采用羅氏起泡儀對多種工業(yè)發(fā)泡劑樣品進(jìn)行篩選，最終優(yōu)選出具有良好發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性的樣品作為起泡劑。羅氏起泡法又叫傾注法，可以用來測量起泡劑溶液生成泡沫的高度和半衰期(泡沫高度減少一半所用的時間)。羅氏起泡儀主要由起泡管和滴液管兩大部分組成，如圖1所示。

圖1 羅氏起泡儀示意圖

實驗具體操作步驟如下：

(1) 打開恒溫水浴，調(diào)節(jié)好溫度，循環(huán)一段時間后，使實驗裝置保持所需的實驗溫度。

(2) 從起泡管底部注入已加熱的起泡劑溶液50 mL，穩(wěn)定一段時間。

(3) 將200 mL起泡劑溶液注入滴液管，滴液管固定在起泡管的上部管口，使滴液管的下端剛好與起泡管的上部刻度線持平，并使其中的起泡劑下落時能落在起泡管的中心。

(4) 打開滴液管的開關(guān)，使起泡劑溶液流下并沖擊起泡管底部的溶液，從而產(chǎn)生泡沫。

(5) 待滴液管中溶液流完且穩(wěn)定后，讀取泡沫的高度，并開啟秒表記錄時間，直至泡沫高度小于初始高度的50%為止，此段時間即為泡沫的半衰期。

(6) 重復(fù)實驗3次，取平均值，每一次實驗前均應(yīng)將起泡管和滴液管清洗干凈。

3 實驗結(jié)果及分析

3.1 起泡劑種類篩選

聚合驅(qū)強化泡沫體系由聚合物溶液和起泡劑溶液復(fù)配而成。起泡劑選取礦場應(yīng)用最為廣泛的6種類型，桓-16、AG-166、SP-4073、HYFQ-B、甜菜堿、甜菜堿(0.30%)+十二醇(0.04%)復(fù)配體系；聚合物溶液則選用渤海Z油田實際注入質(zhì)量濃度為1 200 mgL的聚合物溶液。分別取這6種起泡劑，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%與此聚合物溶液復(fù)配形成6種起泡劑溶液。應(yīng)用羅氏泡沫儀測試實驗溫度下不同起泡劑溶液的初始起泡高度和半衰期，觀察并測試起泡性能(見表1)，據(jù)此優(yōu)選出初始起泡高度大、半衰期長的起泡劑。根據(jù)表1數(shù)據(jù)比較6類起泡劑溶液的初始起泡高度和半衰期。

(1) 初始起泡高度。SP-4073的初始起泡高度最低；HYFQ-B的初始起泡高度最高，起泡性能最好；甜菜堿(0.3%)+十二醇(0.04%)復(fù)配體系的初始起泡高度僅次于HYFQ-B；其他起泡劑的初始起泡高度也能保持7.5 cm以上。

(2) 半衰期。HYFQ-B的半衰期僅為0.3 min；甜菜堿(0.3%) + 十二醇(0.04%)復(fù)配體系的半衰期最長能夠達(dá)到64.0 min，泡沫穩(wěn)定性能最好。所以，在渤海Z油田儲層條件下，選擇以甜菜堿加十二醇復(fù)配體系作為起泡劑。

表1 6類起泡劑溶液的初始起泡高度及半衰期

3.2 起泡劑質(zhì)量濃度優(yōu)選

根據(jù)起泡性能和泡沫穩(wěn)定性能測試實驗，認(rèn)為甜菜堿加十二醇復(fù)配體系整體起泡性能較好。在此，將甜菜堿加十二醇復(fù)配體系，與質(zhì)量濃度為1 200 mgL 的聚合物溶液進(jìn)行配制，形成不同配比的起泡劑溶液。使十二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持0.04%，甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.10%～0.50%范圍內(nèi)調(diào)整。在65 ℃溫度條件下測試起泡性能，測定其初始起泡高度和半衰期，優(yōu)選最佳配比。

不同配比甜菜堿加十二醇復(fù)配體系的起泡劑高度和半衰期均有所區(qū)別(見圖2)。由圖2可看出，甜菜堿加十二醇復(fù)配體系的初始起泡高度最高可達(dá)11.5 cm，半衰期最長可達(dá)64.0 min。當(dāng)甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.30%時，隨著復(fù)配體系甜菜堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加大，初始起泡高度迅速升高，半衰期也迅速延長；當(dāng)甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.30%時，初始起泡高度和半衰期基本不再變化，甚至出現(xiàn)小幅回縮的現(xiàn)象。這主要是因為，在甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時其濃度較低，而隨著濃度增加泡沫液膜上的表面活性劑分子數(shù)量也逐漸增多，從而在很大程度上降低了界面張力，提高了泡沫的整體性能；而甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.30%，即達(dá)到較高濃度范圍，此時表面活性劑分子在液膜上的分布達(dá)到了臨界膠束濃度，因而起泡劑的起泡性能和泡沫穩(wěn)定性能變化非常小。當(dāng)甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%、十二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04% 時起泡劑性能最優(yōu)，因此，優(yōu)選此配比起泡劑與聚合物溶液形成復(fù)合泡沫體系。

圖2 不同配比甜菜堿加十二醇復(fù)配體系的起泡劑高度和半衰期

4 礦場應(yīng)用效果

為驗證此優(yōu)選強化泡沫體系的應(yīng)用效果，在渤海Z油田的典型聚合物驅(qū)井組 —— Z11井進(jìn)行了礦場應(yīng)用試驗。Z11井為注聚區(qū)域內(nèi)反九點井網(wǎng)中的一口注聚井，周邊有9口采油井與其對應(yīng)。該井組主要包括東營組東二下段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ油組，各油組間滲透率級差為3.9。在實施聚合物驅(qū)方案期間，該井組表現(xiàn)出典型的降水增油受效特征。

由圖3所示Z11井組聚合物強化泡沫驅(qū)效果可以看出，該井組已處于注聚末期含水回返期。2017年，將聚合物強化泡沫復(fù)合體系應(yīng)用到井組礦場試驗中，所用起泡劑溶液為甜菜堿(0.30%)+十二醇(0.04%)復(fù)配體系。實施聚合物強化泡沫驅(qū)試驗后，井組的含水率再次出現(xiàn)下降趨勢，日產(chǎn)油量由轉(zhuǎn)驅(qū)前的90 m3提高至轉(zhuǎn)驅(qū)后的115 m3，日增油幅度達(dá)到了27.8%。這說明應(yīng)用所優(yōu)選的強化泡沫體系，能夠有效改善井組的開發(fā)效果。

圖3 Z11井組聚合物強化泡沫驅(qū)效果

5 結(jié) 語

通過初始起泡高度和半衰期評價，優(yōu)選出甜菜堿加十二醇作為起泡劑，加入聚合物溶液形成復(fù)配體系，該體系適用于渤海Z油田儲層條件下聚合物強化泡沫驅(qū)。起泡劑濃度敏感性分析顯示，超過臨界濃度后起泡劑性能增強，因而最終確認(rèn)起泡劑最佳配比為甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%，十二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%。礦場應(yīng)用試驗表明，將優(yōu)選的起泡劑與聚合物溶液復(fù)配成強化泡沫體系，能夠有效緩解井組聚合物驅(qū)后期的層間矛盾，改善試驗井組的開發(fā)效果。建議在渤海Z油田推廣應(yīng)用此復(fù)配體系。