高鹽高滲砂巖油藏泡沫調(diào)剖體系研究及應用

趙 楠，廖 偉，李 立，趙一潞，陳慧卿

（1.中國石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南南陽 473113；2.中國石油長慶油田分公司第二采油廠，甘肅慶陽 745700）

春光油田地處新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市境內(nèi)，春2 單元位于春光油田北部，含油面積0.63 km2，地質(zhì)儲量67.03×104t，油層埋深在915～940 m，鉆遇油層厚度在2.9～5.4 m，平均油層厚度4.3 m，地層水總礦化度74 871 mg/L，為CaCl2水型。

春2 單元自2011 年投入開發(fā)以來，截至2022 年3 月底區(qū)塊累產(chǎn)液23.9×104t，累產(chǎn)油9.40×104t，采出程度為14.0%，含水率83.9%。春2 單元地下原油具備一定流動能力，但春2 單元屬于剛性水驅(qū)油藏，天然能量充足，供液穩(wěn)定，由于原油黏度較高，水油流度比大，邊水指進現(xiàn)象明顯，后續(xù)水驅(qū)波及范圍有限，因此，區(qū)塊見水后含水率快速上升，產(chǎn)量遞減快。

1 材料與儀器

泡沫劑一般優(yōu)先采用供應量大、價格較低、性能穩(wěn)定、耐油的泡沫劑。針對CG 油田儲層特征，本次筆者選擇了3 種泡沫劑、5 種穩(wěn)泡劑進行實驗評價[1-5]。碳酸鈉、氯化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉、氯化鈣、氯化鎂（分析純，國藥集團上海化學試劑有限公司）；實驗用泡沫劑DG-1、XG-1、TY-1，穩(wěn)泡劑ZB、GN-2、WJ、Z、F 均由方圓化工有限公司提供；實驗用油為春光油田C2-04地面脫水原油，密度0.843 9 g/cm3，40 ℃時黏度為390.51 mPa·s；實驗用水為地層水或模擬地層水（總礦化度為74 871 mg/L），配制方法見表1。

表1 春2 單元室內(nèi)模擬地層水配制方法

ViscotesterIQ 流變儀；Waring Blender 攪拌器；多功能巖心驅(qū)替裝置；填砂管（30 cm×2.5 cm）；中間容器；水浴恒溫裝置；恒速電動攪拌器；精密電子稱；實驗用試管。

2 實驗方法

2.1 泡沫體系靜態(tài)評價指標

2.1.1 泡沫劑與地層水配伍性評價 配伍性實驗是將泡沫劑用地層水或模擬地層水配制成發(fā)泡劑含量1.0%的溶液，置于地層溫度45 ℃條件下，觀察泡沫劑是否發(fā)生渾濁、絮凝、聚沉等現(xiàn)象。

2.1.2 泡沫性能評價 測定泡沫劑性能有多種方法，例Din 孔盤打擊法、傾注法以及Waring Blender 攪拌法等，主要用來測定泡沫穩(wěn)定性和發(fā)泡能力等。

Waring Blender 攪拌法是利用高速攪拌器產(chǎn)生一定量的泡沫，通過測定產(chǎn)生泡沫的體積來評價所用發(fā)泡劑的發(fā)泡能力，體積越大，說明發(fā)泡能力越強。泡沫的穩(wěn)定性是通過測定所產(chǎn)生的泡沫析液一半時所用時間來描述，即半衰期t1/2。半衰期越長，說明泡沫析液時間越長，說明泡沫的穩(wěn)定性就越好。本次實驗采用該方法進行測定，在室溫下將不同泡沫劑用模擬地層水配制成含量1.0%的溶液100 mL，倒入高速攪拌器，設定攪拌速度7 000 r/min，攪拌3 min 后立即倒入1 000 mL的量筒中，開始計時，同時記錄泡沫體積，泡沫體積消去一半時所需時間即為半衰期。

2.1.3 油敏性實驗 泡沫劑在地層中向前驅(qū)替時，不可避免會與地層原油發(fā)生接觸，但原油是一種較好的消泡劑，可大幅度降低泡沫的穩(wěn)定性，即泡沫劑的“遇油消泡、遇水起泡”特征，進而實現(xiàn)對高含水飽和度的部位進行有效封堵。

將24 mL 配制好的含量1.0%的泡沫劑溶液和1 mL 的C2-04 井原油與煤油稀釋后的油樣（原油：煤油=1∶2）加入100 mL 具塞量筒中，用力剪切50 次，每隔2 min 記錄一次泡沫體積和液體排出量，共記錄14 min。

2.1.4 穩(wěn)泡劑應用性能評價 為進一步增加泡沫穩(wěn)定性，一般采用添加穩(wěn)泡劑的方式進行優(yōu)化，因此，需對穩(wěn)泡劑的礦場應用性能進行評價，主要分為配伍性評價、耐剪切性評價、抗吸附性評價、長期穩(wěn)定性評價等。

配伍性評價是指將穩(wěn)泡劑用地層水或模擬地層水配制成發(fā)泡劑含量1.0%的溶液，置于地層溫度45 ℃條件下，觀察穩(wěn)泡劑是否發(fā)生渾濁、絮凝、聚沉等現(xiàn)象。

耐剪切性評價是指將質(zhì)量濃度為0.2%的穩(wěn)泡劑溶液，采用VT550 旋轉(zhuǎn)黏度計在6 r/min、40 ℃條件下連續(xù)剪切2 h，測定其黏度變化并計算黏度保留率。

抗吸附性評價是指稱取10 g 石英砂（40 目）置于燒杯中，加入100 mL 濃度為0.2%的穩(wěn)泡劑溶液（砂液比為1∶10），40 ℃條件下恒溫振蕩水浴吸附24 h。樣品經(jīng)離心機分離，取上部清液，測量溶液在6 r/min、40 ℃條件下的表觀黏度并進行對比。

長期穩(wěn)定性評價是指將穩(wěn)泡劑抽空除氧后密閉封樣，在40 ℃烘箱中老化、定期測定溶液黏度。

2.1.5 加入穩(wěn)泡劑后泡沫性能評價 分別取100 mL含不同質(zhì)量濃度穩(wěn)泡劑的起泡劑溶液倒入高速攪拌器中，開啟高速攪拌器以7 000 r/min 的速度攪拌溶液。攪拌3 min 后，將攪拌器內(nèi)的泡沫流體倒入100 mL 量筒中，測量泡沫體積并開始計時，以此評價起泡劑的發(fā)泡能力及穩(wěn)定性。當量筒底部析出液體的體積達到泡沫初始體積一半時記錄時間，此段時間就是該起泡劑溶液的半衰期，以此來評價該起泡劑的穩(wěn)定性。

此時由于起泡體積只能表征出起泡劑體系的起泡數(shù)量和難易程度，而半衰期也只能反映出泡沫的穩(wěn)定性，為實現(xiàn)對起泡劑的性能進行綜合評價，引入了泡沫綜合值（即起泡體積與半衰期的乘積）來表征泡沫的總體性能，其定義式如下：

式中：Fc－泡沫綜合值，mL·min；V0－起泡體積，mL；t50－半衰期，s。

2.2 復配泡沫劑動態(tài)評價指標

2.2.1 復配泡沫劑動態(tài)封堵能力 采用動態(tài)評價方法，在一維管式模型上進行阻力因子測定。測驗按照行業(yè)標準SY/T 5672—93 進行。阻力因子按下式計算：

式中：R－阻力因子；ΔP－封堵壓差，MPa；ΔP0－基礎(chǔ)壓差，MPa。

首先測出基礎(chǔ)壓差，然后將泡沫和氮氣以一定的速度注入巖心，兩端產(chǎn)生封堵壓差，計算該泡沫體系的阻力因子。

2.2.2 復配泡沫劑注入量確定 模擬春2 單元地層條件，將石英砂按照一定配比填制填砂巖心模型4 根，將填砂巖心模型抽真空4 h 后飽和水計算孔隙度，將飽和好的填砂巖心模型放置到恒溫箱內(nèi)4 h 后測水測滲透率（1 000 mD 左右）并飽和原油，計算含油飽和度；水驅(qū)至殘余油（綜合含水率80%），記錄采收率情況后，以氣液比1∶1，注入速度2 mL/min 交替注入，累計注入0.5、1.0、2.0、3.0 PV 泡沫，記錄采收率情況。

3 結(jié)果與討論

3.1 泡沫靜態(tài)指標

3.1.1 泡沫劑與地層水配伍性評價 實驗結(jié)果表明，選用的3 種泡沫劑中有2 種與地層水配伍性較好，均未發(fā)生明顯絮凝沉淀，放置10 d 后未出現(xiàn)不相容現(xiàn)象。

3.1.2 泡沫性能評價 在室溫條件下，分別用不同質(zhì)量濃度的3 種泡沫劑進行發(fā)泡能力和穩(wěn)定性實驗，考察不同泡沫劑及濃度對發(fā)泡體積和半衰期影響，結(jié)果見表2。實驗結(jié)果表明，對不同泡沫劑進行對比，TY-1及XG-1 泡沫劑的發(fā)泡能力及半衰期明顯優(yōu)于DG-1；對于同一種泡沫劑而言，隨著泡沫劑濃度增加，初始發(fā)泡體積增加，穩(wěn)定性也有所增加，但隨著濃度上升其增加幅度有所減緩。從發(fā)泡能力和經(jīng)濟效益兩方面考慮，現(xiàn)場施工中建議采用1.5%濃度的泡沫劑TY-1。

表2 不同泡沫劑及濃度對發(fā)泡體積和半衰期影響

3.1.3 油敏性實驗 將泡沫劑含量為1.0%的TY-1、DG-1、XG-1 泡沫劑溶液分別進行油敏性實驗，進而選擇穩(wěn)定性更好的泡沫劑，結(jié)果見表3。

表3 泡沫劑油敏性實驗結(jié)果

實驗結(jié)果表明，DG-1 排水最慢，排水量最少，且其泡沫體積降幅最大，說明其最不耐油；XG-1 和TY-1相比，最終排水量基本一致，XG-1 排水較慢；從泡沫體積及其變化幅度來看，雖然TY-1 的初始泡沫體積較小只有55.0 mL，但其總降幅最小，且2 min 后降幅較緩更符合現(xiàn)場應用需求，因此，現(xiàn)場施工中選擇泡沫劑TY-1 更好。

3.1.4 穩(wěn)泡劑應用性能評價 配伍性評價：對待選穩(wěn)泡劑的配伍性進行實驗，結(jié)果見表4。

表4 穩(wěn)泡劑溶解性能實驗結(jié)果

實驗結(jié)果表明，穩(wěn)泡劑GN-2 在室內(nèi)模擬地層水中溶解不均勻，且有絮狀物產(chǎn)生。其他四種穩(wěn)泡劑均可在高礦化度模擬地層水中溶解，溶液澄清透明，溶解時間≤2 h。其中，Z 和F 的黏度較高，有助于提高泡沫劑穩(wěn)定性，后期將針對這兩種穩(wěn)泡劑開展研究。

耐剪切性評價：對穩(wěn)泡劑Z 及穩(wěn)泡劑F 進行耐剪切性評價，結(jié)果見表5。

表5 穩(wěn)泡劑溶液的耐剪切性

實驗結(jié)果表明，兩種穩(wěn)泡劑溶液均具有較好的耐剪切性，2 h 連續(xù)剪切后的黏度保留率可達到70.00%以上。

抗吸附性評價：對穩(wěn)泡劑Z 及穩(wěn)泡劑F 進行抗吸附性評價，結(jié)果見表6。

表6 穩(wěn)泡劑溶液的抗吸附性

實驗結(jié)果表明，兩種穩(wěn)泡劑溶液均具有良好的抗吸附性，吸附后黏度保留率可達90.00%以上，滿足現(xiàn)場應用的要求。

長期穩(wěn)定性評價：對穩(wěn)泡劑Z 及穩(wěn)泡劑F 進行長期穩(wěn)定性評價，結(jié)果見表7，由表7 可以看出，隨著老化時間的增加，兩種穩(wěn)泡劑溶液的黏度變化不大，具有優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。

表7 穩(wěn)泡劑溶液的長期穩(wěn)定性

實驗結(jié)果表明，穩(wěn)泡劑Z 和穩(wěn)泡劑F 性能相差不多，但穩(wěn)泡劑Z 供應量大、價格較低，因此，現(xiàn)場施工中建議采用穩(wěn)泡劑Z。

3.1.5 加入穩(wěn)泡劑后泡沫性能評價 復配100 mL 含1.5%質(zhì)量濃度發(fā)泡劑及不同濃度穩(wěn)泡劑Z 的溶液進行發(fā)泡能力和穩(wěn)定性實驗，考察穩(wěn)泡劑Z 濃度對泡沫劑發(fā)泡體積和半衰期影響，結(jié)果見表8。

表8 不同穩(wěn)泡劑濃度對發(fā)泡體積和半衰期影響

實驗結(jié)果表明，對加入不同濃度穩(wěn)泡劑的復配泡沫劑的發(fā)泡效果進行對比，隨著穩(wěn)泡劑濃度增加，初始發(fā)泡體積變化不多，穩(wěn)定性即半衰期有所增加，穩(wěn)泡劑濃度在0.05%～0.10%其穩(wěn)定性（半衰期）快速增加，穩(wěn)泡劑濃度0.10%之后增速逐漸變緩。從發(fā)泡能力和經(jīng)濟效益兩方面考慮，現(xiàn)場施工中建議采用0.10%濃度的穩(wěn)泡劑Z。

3.2 復配泡沫劑動態(tài)評價指標

3.2.1 復配泡沫劑動態(tài)封堵能力 對復配泡沫劑進行阻力因子測定3 次，考察泡沫劑封堵能力，實驗結(jié)果見表9。

表9 泡沫劑阻力因子測定

實驗結(jié)果表明，泡沫注入過程中阻力因子較高，該體系具有較好的封堵作用，進而改善低滲層的驅(qū)油效果。與此同時，當優(yōu)勢通道形成穩(wěn)定的泡沫流時，其流體的滲流阻力提高了數(shù)十倍，可以有效封堵水竄通道，進一步提高其他增產(chǎn)措施的驅(qū)油效果。

3.2.2 復配泡沫劑注入量確定 實驗所得含油飽和度、水測滲透率、孔隙度、采收率等數(shù)據(jù)結(jié)果見表10、表11。

表10 填砂管參數(shù)

表11 注入PV 數(shù)與提高采收率關(guān)系實驗結(jié)果

實驗結(jié)果表明，隨著注入泡沫劑的增加，提高采收率有所增加，原因在于隨著泡沫劑注入量的增加，泡沫對于高滲通道的封堵效果較好，泡沫更穩(wěn)定，可較大提高波及體積；且隨著泡沫劑注入量的增加采收率持續(xù)提高，但是當泡沫劑注入量超過0.5 PV 后，采收率增幅減緩[6-10]。從采收率增幅和經(jīng)濟效益兩方面考慮，現(xiàn)場施工中建議注入量控制在0.5 PV 左右。

4 現(xiàn)場應用效果

CG 油田C149 井組于2021 年9 月28 日開始實施化學驅(qū)措施，注入體系前穩(wěn)定注入壓力4.8 MPa，2022 年3 月注入該氮氣泡沫后注入壓力上升至11.5 MPa，提高6.7 MPa。

5 結(jié)論與認識

（1）針對CG 油田儲層礦化度高，導致驅(qū)油劑性能變差的問題。研究開發(fā)形成了適合CG 油田的耐鹽復合泡沫體系配方，平均阻力因子可達153.4。

（2）系統(tǒng)評價了耐鹽復合泡沫體系配方的性能。建議現(xiàn)場施工采用泡沫劑濃度1.5%，穩(wěn)泡劑濃度0.10%，注入量0.5 PV，氣液比1∶1。

（3）該體系配方于CG 油田C149 井組進行氮氣泡沫施工，完成注入后化學驅(qū)注入壓力提高6.7 MPa，增幅較大。