泡沫段塞驅(qū)提高采收率技術(shù)研究

王鵬濤 郭睿 許堯

摘 ?????要：聚合物驅(qū)采油技術(shù)經(jīng)過近年來的發(fā)展和實踐應(yīng)用，在國內(nèi)外許多油田提高采收率方面起到了良好的作用，特別是針對開發(fā)后期含水率上升具有良好控水效果。但部分低孔、低滲油田在聚合物采油后期，出現(xiàn)了儲層非均質(zhì)性加劇和孔隙厚度封堵的情況，導(dǎo)致地層竄流，影響了降水增油效果。泡沫驅(qū)油技術(shù)以其泡沫獨特性質(zhì)被得到了足夠的重視，采用室內(nèi)實驗評價方法，篩選了6種起泡劑和4種穩(wěn)泡劑進(jìn)行分析，評價各類性能，并優(yōu)選出良好的泡沫體系。利用物理模擬實驗，確定了氮氣泡沫調(diào)驅(qū)注入?yún)?shù)，證實了氮氣泡沫驅(qū)油的優(yōu)良性能。

關(guān) ?鍵 ?詞：氮氣泡沫;巖心實驗;提高采收率;驅(qū)替實驗

中圖分類號：TE 357 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）02-0358-06

Abstract： After the development and practice of polymer flooding technology in recent years， it has played a good role in improving oil recovery in many oilfields at home and abroad. Especially， it has good water control effect for the increase of water content in the late development. However， in the late stage of polymer oil recovery in some low porosity and low permeability oil fields， the heterogeneity of the reservoir and the blocking of pore thickness occurred， which resulted in the formation of formation flow to affect the effect of increasing oil production. The foam oil displacement technology has been paid enough attention due to its unique foam properties. By using the laboratory evaluation method， 6 kinds of foaming agent and 4 kinds of foam stabilizer were screened out， and all kinds of properties were evaluated， and a good foam system was selected. The injection parameters of nitrogen foam flooding were determined by physical simulation experiments， which confirmed the excellent performance of nitrogen foam flooding.

Key words： Nitrogen foam; Core experiment; Enhanced oil recovery; Displacement experiment

強化氮氣泡沫驅(qū)作為泡沫驅(qū)系列技術(shù)之一，通過氮氣、泡沫劑以及具有穩(wěn)泡性能的聚合物等，形成具有驅(qū)油作用的泡沫復(fù)合體系，注入地層后起到提高采收率的作用[1-4]。該技術(shù)既能通過泡沫的封堵效應(yīng)改善縱向非均質(zhì)性，提高波及體積，同時又能利用泡沫劑降低油水界面張力的特性達(dá)到提高驅(qū)油效率的目的[5]。這一技術(shù)在國內(nèi)外多個油田已得到了成功實施，其經(jīng)濟(jì)效益巨大。通過室內(nèi)實驗研究氮氣泡沫驅(qū)機(jī)理及相關(guān)參數(shù)，為提高采收率提供理論指導(dǎo)。

1 ?氮氣泡沫驅(qū)機(jī)理及方法

1.1 ?氮氣泡沫驅(qū)機(jī)理

強化氮氣泡沫驅(qū)由水、氮氣、起泡劑生成泡沫，同時加入聚合物作為穩(wěn)泡劑，其提高采收率的機(jī)理主要體現(xiàn)在如下幾方面：（1）改善流度比，調(diào)整注入剖面，擴(kuò)大波及體積，具有“調(diào)”和“驅(qū)”的雙重作用;（2）乳化降粘及降低界面張力、提高水驅(qū)油效率;（3）提高驅(qū)替液粘度降低流度比，提高驅(qū)油效率;（4）增加彈性能量，提高洗油效率[6-8]。

1.2 ?氮氣泡沫驅(qū)研究方法

根據(jù)油田油藏地質(zhì)特征，進(jìn)行強化氮氣泡沫驅(qū)選井選層研究;利用室內(nèi)實驗，篩選出市場上常見的起泡劑和穩(wěn)泡劑，分析影響其性能的因素及確定出適用于研究區(qū)地質(zhì)特征的聚合物體系。并通過物理實驗?zāi)M，確定出氮氣泡沫驅(qū)工藝方案實施各類參數(shù)。最終利用綜合性能評價實驗，證實了該工藝技術(shù)的實際效果。

2 ?物理模擬研究

2.1 ?靜態(tài)實驗研究

2.1.1 ?起泡劑篩選評價實驗

實驗采用Waring Blender法，以藥劑體系的起泡體積、穩(wěn)泡時間以及兩者乘積得到的泡沫性能綜合值為評價標(biāo)準(zhǔn)（以下起泡能力評價實驗方法及評價標(biāo)準(zhǔn)與此相同）[9]。實驗中選擇了目前各油田常用的6種綜合能力高的起泡劑（分別命名為QP-1、QP-2、 QP-3、QP-4、QP-5和QP-6）進(jìn)行性能評價[10]。實驗對6種起泡劑的篩選結(jié)果如表1所示，其中QP-4、QP-5表現(xiàn)相對較好。

2.1.2 ?起泡劑濃度確定實驗

選擇各特性參數(shù)占優(yōu)的QP-5，進(jìn)行不同濃度條件下的界面張力及起泡能力實驗，確定起泡劑濃度的范圍[11]。

實驗結(jié)果如圖1、圖2所示，實驗確定了起泡劑濃度應(yīng)大于0.3%為宜。

2.1.3 ?穩(wěn)泡劑篩選評價實驗

目前現(xiàn)場使用最多的穩(wěn)泡劑是聚合物，如聚丙烯酰胺、黃胞膠等[12]。本次實驗篩選評價了常用的WP-1、WP-2、WP-3、WP-4這4種系列聚合物。評價指標(biāo)包括溶解性實驗，水不溶物實驗，粘濃及粘鹽、粘溫關(guān)系實驗，流變性實驗，綜合性能實驗。

2.1.4 ?穩(wěn)泡劑濃度確定實驗

穩(wěn)泡劑濃度過低，泡沫破滅時間很短，達(dá)不到驅(qū)油效果，穩(wěn)泡劑濃度過高，氮氣泡沫驅(qū)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性降低[13]。因此，靜態(tài)實驗應(yīng)優(yōu)選出相對適宜的穩(wěn)泡劑濃度。

2.2 ?動態(tài)實驗研究

2.2.1 ?基礎(chǔ)性動態(tài)實驗

泡沫體系基礎(chǔ)性動態(tài)實驗研究主要包括起泡劑濃度和穩(wěn)泡劑濃度對巖心的封堵能力實驗，不同滲透率條件下泡沫封堵能力實驗，泡沫體系的耐沖刷性能及耐油性能實驗，通過上述實驗，進(jìn)一步驗證氮氣泡沫體系的調(diào)驅(qū)效果。

起泡劑、穩(wěn)泡劑濃度對封堵性能影響實驗，實驗結(jié)果如圖5、圖6所示，最終確定PM-1體系中，起泡劑為0.3%的QP-5，穩(wěn)泡劑為700 mg/L的WP-1。

滲透率對氮氣泡沫體系封堵影響實驗研究，根據(jù)優(yōu)選的PM-1泡沫體系，在不同滲透率條件下泡沫體系的封堵能力實驗，以檢驗PM-1泡沫體系在礦場條件下的適應(yīng)性。實驗結(jié)果見表4，由實驗可知，相同條件下，泡沫體系的阻力系數(shù)隨著滲透率的升高而變大，當(dāng)滲透率大于一定數(shù)值后，泡沫的封堵能力逐漸減弱;殘余阻力系數(shù)隨著滲透率的增大先增大后減小。

泡沫體系耐沖刷性實驗?zāi)苤苯臃从撑菽w系對地層調(diào)驅(qū)的有效期的長短。因此，進(jìn)行各種不同因素對封堵能力影響的實驗以后，停泵，改換流程，轉(zhuǎn)為水驅(qū)，進(jìn)行氮氣泡沫體系的耐沖刷實驗。實驗結(jié)果如圖7，充分說明了氮氣泡沫體系在地層中作用時間很長，具有很好的耐沖刷性能。

泡沫體系耐油性實驗，泡沫具有“遇水穩(wěn)定，遇油消泡”的特性。實驗填砂管巖心基本參數(shù)如表5所示，實驗結(jié)果如圖8所示，從實驗中可以看出飽和水巖心在注入泡沫體系時壓力不斷上升，最終穩(wěn)定在約為壓差1.17 MPa的水平。而殘余油巖心在注入泡沫體系過程壓力不斷上升，且壓力具有一定的波動。

2.3 ?注入?yún)?shù)實驗研究

實驗室條件下利用氮氣泡沫驅(qū)物理模擬實驗，針對包括氣液比、注入速度和注入方式和段塞大小等參數(shù)進(jìn)行封堵實驗研究，優(yōu)選適合于研究區(qū)油田油藏條件的氮氣泡沫驅(qū)的注入?yún)?shù)。

2.3.1 ?不同氣液比實驗

對不同滲透率條件下，不同氣液比的體系進(jìn)行評價。圖9為滲透率在2 000～4 000×10-3 μm2區(qū)間范圍體系封堵能力。根據(jù)實驗結(jié)果，同時考慮研究區(qū)油田滲透率介于2 000～4 000×10-3 μm2，建議氣液比在1∶1～3∶1為宜。

2.3.2 ?注入速度實驗

實驗分別取1、2、4 mL/min的注入速度進(jìn)行實驗，以確定最佳的注入速度。實驗結(jié)果如表6所示，從實驗結(jié)果可以看出，隨著注入速度的增大，阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)都隨之增大?？紤]到注入性問題，確定室內(nèi)實驗注入速度為2 mL/min。

2.3.3 ?注入方式實驗

本次實驗評價了混合注入和交替注入兩種不同注入方式下的最終采收率。實驗結(jié)果如圖10所示。

由實驗結(jié)果可以看出，先進(jìn)行水驅(qū)，之后轉(zhuǎn)氮氣泡沫交替注入，實驗測得的采收率從43.6%提高到61.7%，提高了18.1%。而水驅(qū)后轉(zhuǎn)氮氣泡沫混合驅(qū)注入，采收率從43.6%提高到65.2%，提高了21.6%。氮氣泡沫混合注入比氮氣泡沫交替注入的提高采收率的幅度要大。通過實驗結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，氮氣泡沫混合注入驅(qū)油效果好于氮氣泡沫交替注入。

2.3.4 ?段塞大小設(shè)計實驗

實驗計算注入量分別為0.1～0.5 PV時的調(diào)驅(qū)效果，根據(jù)研究區(qū)油田一般在含水率為80%時進(jìn)行注入，因此確定含水率為80%為注入界限。實驗結(jié)果如圖11所示，從實驗結(jié)果看出，隨著注入段塞的增大，采收率逐漸增大。注入段塞從0.1 PV增大到0.3 PV的過程中，采收率增加幅度較大，注入段塞從0.3 PV增大到0.5 PV的過程中，采收率增加幅度變緩，根據(jù)實驗結(jié)果，推薦注入段塞大小為0.3 PV。

3 ?綜合性能實驗

3.1 ?氮氣泡沫體系調(diào)剖性能實驗

氮氣泡沫驅(qū)不僅可以利用起泡劑的洗油能力來提高注入水在高滲透層的驅(qū)油效率，還可以利用泡沫劑的封堵性能進(jìn)行調(diào)剖，進(jìn)而改善低滲透層的啟動程度。實驗主要是通過對一定滲透率級差的兩根填砂管巖心進(jìn)行驅(qū)油實驗，驗證氮氣泡沫調(diào)驅(qū)對油層的調(diào)剖作用[14]。實驗結(jié)果見表7。

早期水驅(qū)過程高滲巖心出現(xiàn)明顯的竄流，而低滲巖心幾乎無流量貢獻(xiàn)，具有較大的流量差。在注入泡沫體系后，高滲巖心流量降幅較大，水沿著高滲通道流動得到了有效的阻礙，高滲巖心和低滲巖心中流量隨著注入的持續(xù)逐漸均衡。

3.2 ?滲透率級差對體系調(diào)剖性能影響實驗

實驗結(jié)果見表8，由實驗結(jié)果可知在未注入泡沫體系時，水在高滲巖心和低滲巖心內(nèi)產(chǎn)生了明顯的流量差，低滲巖心內(nèi)幾乎無流量貢獻(xiàn)。在注入泡沫體系后，高滲巖心流量降幅較大，水沿著高滲通道流動得到了有效的阻礙，低滲巖心內(nèi)流量相應(yīng)有所增加，隨著注入的持續(xù)，巖心內(nèi)流量差趨于均衡。

3.3 ?氮氣泡沫驅(qū)油性能實驗

實驗將通過水驅(qū)、聚合物驅(qū)、泡沫驅(qū)和強化泡沫驅(qū)四種不同的驅(qū)油方式進(jìn)行比較，評價不同驅(qū)替方式下的驅(qū)油效果，同時也進(jìn)一步明確強化泡沫驅(qū)的實際性能。實驗結(jié)果見圖12，實驗分析表明水驅(qū)后轉(zhuǎn)三種驅(qū)油方式都能有效的提高采收率。聚合物驅(qū)使得采收率從43.6%提高到56.7%，增幅13.1%;單一氮氣泡沫驅(qū)使得采收率從43.6%提高到58.2%，增幅14.6%;強化氮氣泡沫驅(qū)使得采收率從43.6%提高到65.1%，增幅21.5%。實驗可知，強化泡沫驅(qū)為三種提高采收率驅(qū)油方式中增幅效果最好。

4 ?結(jié) 論

（1）優(yōu)選泡沫體系PM-1：（700～1 000）mg/L穩(wěn)泡劑WP-1+0.3%起泡劑QP-5為研究區(qū)油藏地質(zhì)條件下最佳的泡沫體系，實驗表明該體系具有最佳的起泡、封堵、耐油等性能。

（2）根據(jù)注入?yún)?shù)實驗優(yōu)化，在氣液比1∶1，注入速度為2 mL/min，注入段塞0.3 PV，注入方式混合注入條件下，氮氣泡沫體系具有最優(yōu)的提高采收率性能。同時驗證了強化泡沫驅(qū)注入方式效果更佳。

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