高礦化度油藏“強(qiáng)化泡沫+ 凝膠”調(diào)驅(qū)實(shí)驗(yàn)研究

關(guān)鍵詞：泡沫；凝膠；強(qiáng)化泡沐；提高采收率；介質(zhì)驅(qū)替

引言

春光油田稀油油藏在生產(chǎn)過程中，隨著生產(chǎn)周期的增加，油田產(chǎn)油量下降、含水率升高，油田目前面臨儲(chǔ)量減少，剩余油分散，挖潛難度大等困難，有必要探索新的開發(fā)方式，進(jìn)一步提高油藏采收率[14]。水溶性聚合物具有易溶于水和增黏性能好等特點(diǎn)，形成凝膠后黏度大幅度增加，失去流動(dòng)性，并顯示出良好的黏彈性，可以有效封堵高滲透層，使后續(xù)注入水流向中、低滲透層，增加注入水的波及體積，進(jìn)而提高采收率[59]。而泡沫驅(qū)作為一種用泡沫為驅(qū)油劑的采油方法，能極大地提高驅(qū)替介質(zhì)的視黏度，從而提高波及系數(shù)，可有效提高春光油田采收率[1012]。但普通泡沫穩(wěn)定性差，抗油砂吸附能力弱，在高礦化度、高溫和低滲透的地層條件下性能不穩(wěn)定，泡沫的驅(qū)油效率有待提高[1316]。實(shí)際應(yīng)用中通常采用添加穩(wěn)泡劑的方法增強(qiáng)泡沫性能，提高其在惡劣地層條件下的穩(wěn)定性[1722]。孫琳等[14]在普通泡沫體系中添加疏水締合聚合物，形成強(qiáng)化泡沫體系，其泡沫性能遠(yuǎn)高于普通泡沫體系。宋傳真等[22]采用0.3%陰非離子和陰離子復(fù)合型協(xié)同增效起泡體系和0.7%高分子凝膠穩(wěn)泡體系合成新型強(qiáng)化泡沫體系，能在溫度為140 C、礦化度為240g/L、含油飽和度為50%的條件下穩(wěn)定。本文基于春光油田地層高礦化度、高鈣鎂離子濃度條件研究了一種“強(qiáng)化泡沫+凝膠”體系，并通過室內(nèi)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)了其驅(qū)油效率，為春光油田進(jìn)一步提高采收率提供新思路。

1試劑與儀器

1.1材料及試劑

起泡劑排21、起泡劑排22：實(shí)驗(yàn)室自制；聚合物39、聚合物45：實(shí)驗(yàn)室自制；交聯(lián)劑A、交聯(lián)劑B：實(shí)驗(yàn)室自制；春光油田模擬地層水：實(shí)驗(yàn)室自制，總礦化度為100000mg/L，離子組成見表1。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

ESJ1104A電子天平；DZF6020真空干燥箱；DV3T黏度計(jì)；DM2700M顯微鏡；7012SWaringBlender發(fā)泡器；HH2恒溫水浴鍋；多功能巖芯驅(qū)替裝置；過熱蒸汽發(fā)生器；高溫高壓一維驅(qū)替采集系統(tǒng)；填砂管；中間容器；恒速電動(dòng)攪拌器。

2實(shí)驗(yàn)方法

2.1注入不同介質(zhì)驅(qū)替提高采收率實(shí)驗(yàn)

以春光油田地層傾角和邊水強(qiáng)度為依據(jù)，制作填砂管模型，建立模型原始含油飽和度并老化24h以上，得到實(shí)驗(yàn)初始條件如表2所示，水驅(qū)至含水率達(dá)到98%以上，分別注入凝膠體系、0.4%P21泡沫體系、0.4%P21+0.1%溫輪膠強(qiáng)化泡沫體系，實(shí)驗(yàn)過程中采集4個(gè)測(cè)壓點(diǎn)壓力，收集采出液，然后進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，對(duì)比分析持續(xù)水驅(qū)、凝膠驅(qū)、泡沫驅(qū)及強(qiáng)化泡沫驅(qū)4組實(shí)驗(yàn)的瞬時(shí)驅(qū)油效率、瞬時(shí)含水率、瞬時(shí)產(chǎn)油量、沿程壓力和總采收率等調(diào)驅(qū)關(guān)鍵參數(shù)。

2.2不同介質(zhì)小段塞多輪次注入實(shí)驗(yàn)

采用相同一維填砂模型，水驅(qū)至含水率達(dá)到98%以上，停止水驅(qū)，實(shí)驗(yàn)過程中采集4個(gè)測(cè)壓點(diǎn)壓力，收集采出液，按實(shí)驗(yàn)方案（表3）設(shè)計(jì)輪次依次注入凝膠和泡沫體系，候凝48h后，繼續(xù)水驅(qū)，至含水率98%以上，對(duì)比不同輪次數(shù)注入的瞬時(shí)驅(qū)油效率、瞬時(shí)含水率、瞬時(shí)產(chǎn)油量、沿程壓力和總采收率等調(diào)驅(qū)關(guān)鍵參數(shù)。

3結(jié)果與討論

3.1泡沫、強(qiáng)化泡沫段塞提高采收率實(shí)驗(yàn)

3.1.1持續(xù)水驅(qū)

持續(xù)水驅(qū)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)油效率以及壓力數(shù)據(jù)分布如圖1所示。

從圖1來看，水驅(qū)初期，隨著注入體積增加，驅(qū)油效率逐漸升高，含水率有小幅波動(dòng)，總體上是逐漸升高的，表明水驅(qū)效果逐漸減弱。當(dāng)達(dá)到3.600PV時(shí)，水驅(qū)效果達(dá)到極限，驅(qū)油效率為59%。從壓力數(shù)據(jù)上來看，初期進(jìn)出口壓力均為最大，隨注入體積增加有不同程度的波動(dòng)，整體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

3.1.2凝膠調(diào)剖

研究采用的凝膠是由濃度為2000mg/L的聚合物45與濃度為1200mg/L交聯(lián)劑A和B配制而成，成膠后黏度可達(dá)到80000mPa s以上，成膠時(shí)間為3d左右，其成膠狀態(tài)如圖2所示。

凝膠調(diào)剖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)油效率以及壓力數(shù)據(jù)分布如圖3所示。

從圖3來看，水驅(qū)初期，隨注入體積的增加，驅(qū)油效率逐漸升高，含水率有小幅波動(dòng)，趨勢(shì)總體上是逐漸升高，水驅(qū)效率逐漸減弱。當(dāng)達(dá)到0.700PV時(shí)，水驅(qū)油效率達(dá)到極限，驅(qū)油效率為41%。注入0.300PV凝膠體系后繼續(xù)水驅(qū)，最終在2.400PV左右時(shí)驅(qū)油效率達(dá)到極限，驅(qū)油效率為71%，相比水驅(qū)階段提高了30%。從壓力數(shù)據(jù)上來看，在初期階段，隨著注入體積的增加，進(jìn)出口壓力逐漸降低。

3.1.3泡沫驅(qū)

泡沫驅(qū)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)油效率以及壓力數(shù)據(jù)分布如圖4所示。從結(jié)果數(shù)據(jù)來看，水驅(qū)初期，隨著注入體積增加，驅(qū)油效率逐漸升高，含水率有小幅波動(dòng)，趨勢(shì)總體上是逐漸升高，表明水驅(qū)效果逐漸減弱。當(dāng)達(dá)到2.300PV時(shí)，水驅(qū)油效率達(dá)到極限，驅(qū)油效率為48%。注入泡沫階段，泡沫段塞對(duì)提高采收率效果明顯，最終驅(qū)油效率為88%，相比水驅(qū)階段提高了40%。此外，壓力數(shù)據(jù)表明水驅(qū)初期進(jìn)出口壓力較大，隨注入體積的增加，進(jìn)出口壓力有不同程度的波動(dòng)，整體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，而泡沫注入階段進(jìn)出口壓力明顯上漲，平均上漲0.5MPa左右。

3.1.4強(qiáng)化泡沫驅(qū)

強(qiáng)化泡沫驅(qū)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后，強(qiáng)化泡沫體系形態(tài)如圖5所示，驅(qū)油效率和壓力分布如圖6所示。

從結(jié)果數(shù)據(jù)上顯示，水驅(qū)初期，隨著注入體積增加，驅(qū)油效率逐漸升高，含水率逐漸升高，水驅(qū)效果逐漸減弱。水驅(qū)油效率達(dá)到極限時(shí)的驅(qū)油效率為28%。后開始注入泡沫體系繼續(xù)水驅(qū)，最終驅(qū)油效率為92%，相比水驅(qū)階段提高了60%左右。

壓力數(shù)據(jù)上顯示，隨著注入體積的增加，進(jìn)出口壓力有不同程度的波動(dòng)，整體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。出口壓力在不同注入體積均比進(jìn)口壓力低，且波動(dòng)范圍在一定范圍內(nèi)。在注入泡沫階段，進(jìn)出口壓力明顯上漲。在水驅(qū)階段，驅(qū)替壓力持續(xù)提高，此時(shí)驅(qū)油效率較好，持續(xù)增大注入體積，壓力逐漸降低。

4組實(shí)驗(yàn)達(dá)到極限驅(qū)替效率的注入體積各不相同，第三組泡沫驅(qū)實(shí)驗(yàn)的注入體積最大為8.000PV左右。前期水驅(qū)階段由于油水黏度的差異，導(dǎo)致注入水沿著填砂管孔隙滲流阻力較小的高滲透大孔道竄流，并逐漸在填砂管內(nèi)形成水相竄流通道，注入壓力迅速降低，出口端含水率增加，采收率提高幅度變緩，故而后3組不同介質(zhì)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)均呈現(xiàn)瞬時(shí)驅(qū)油效率和壓力降低的趨勢(shì)。

凝膠能夠填塞巖石孔隙和裂縫中的細(xì)小孔隙，減少油水流動(dòng)通道的大小，從而降低了油的滲透性。凝膠形成后可以有效地阻止水的通過，使注入的驅(qū)替劑更加均勻地分布在油藏中，增加了洗油效率。凝膠體系在注入到油藏中后，通過減少巖石孔隙和裂縫的大小，改變了水和油的相對(duì)滲透性。由于凝膠調(diào)剖劑對(duì)水的滲透性降低的程度更大，使得油和水在孔隙中的運(yùn)動(dòng)行為有所差異。這種差異可以利用水驅(qū)作用來推動(dòng)油的移動(dòng)，進(jìn)一步提高采收率。

改善泡沫驅(qū)替效果的主要方式便是強(qiáng)化泡沫體系，在泡沫中加入穩(wěn)泡劑，如納米顆粒、納米微球和聚合物等，通過提高泡沫的液膜強(qiáng)度、液膜黏度等減緩泡沫的排液速度，提高泡沫的穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)便加入了穩(wěn)泡劑，改善了泡沫的驅(qū)替效果。使用顯微鏡對(duì)加入穩(wěn)泡劑的強(qiáng)化泡沫體系的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，觀測(cè)圖片如圖7所示。

未加穩(wěn)泡劑時(shí)，泡沫粒徑集中在10 50 m，液膜厚度較小，泡沫體系的穩(wěn)定性不足；穩(wěn)泡劑強(qiáng)化后的泡沫液中含有表面活性物質(zhì)可以降低油水界面張力，調(diào)整油水流度比。泡沫流體在地層中“遇水封堵、遇油消泡”，對(duì)氣竄、水竄起到了較好的封堵作用，在擴(kuò)大波及體積的同時(shí)提高了洗油效率，故而本實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)化泡沫體系的驅(qū)替效果為最佳，但同時(shí)驅(qū)替壓力會(huì)隨之上漲。

對(duì)比不同介質(zhì)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，凝膠體系在實(shí)驗(yàn)條件下提高驅(qū)油效率30%左右，注入了2.400PV，普通泡沫在實(shí)驗(yàn)條件下提高驅(qū)油效率40%左右，注入了8.000PV，強(qiáng)化泡沫在實(shí)驗(yàn)條件下提高驅(qū)油效率60%左右，注入了5.000PV左右，最終驅(qū)油效率達(dá)到了92%。而從驅(qū)替壓力上來看，強(qiáng)化泡沫比水驅(qū)階段高出1.0MPa左右，凝膠高出0.9MPa左右，普通泡沫只有0.5MPa左右。

3.2不同介質(zhì)小段塞多輪次注入實(shí)驗(yàn)

3.2.1注入0.300PV凝膠+0.500PV泡沫（1次）

方案1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)油效率和壓力分布如圖8所示。

結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，水驅(qū)初期，隨著注入體積增加，驅(qū)油效率逐漸升高，含水率逐漸升高，水驅(qū)效果逐漸減弱。注入凝膠和泡沫體系后，驅(qū)油效率明顯提高，最終驅(qū)油效率為62%。壓力數(shù)據(jù)表明，水驅(qū)初期進(jìn)出口壓力較大，隨著注入體積增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。候凝完成后進(jìn)出口壓力明顯上漲，持續(xù)增大注入體積，壓力逐漸降低。

3.2.2注入0.200PV泡沫+0.300PV凝膠+0.300PV泡沫（1次）

方案2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)油效率和壓力分布如圖9所示。從結(jié)果數(shù)據(jù)上看，水驅(qū)初期，隨著注入體積增加，驅(qū)油效率逐漸升高，含水率逐漸升高，水驅(qū)效果逐漸減弱。水驅(qū)油效率達(dá)到極限，驅(qū)油效率為48%。隨后，注入凝膠和泡沫體系，持續(xù)出油，驅(qū)油效率提高至66%，比水驅(qū)階段提高了18%左右。壓力數(shù)據(jù)表明，隨著注入體積的增加，壓力有不同程度的波動(dòng)，整體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。在燜井完成后，水驅(qū)進(jìn)出口壓力明顯上漲，驅(qū)油效率較好。在后續(xù)水驅(qū)階段，進(jìn)口壓力最高達(dá)到了8.3MPa，出口壓力最高達(dá)到7.5MPa，持續(xù)增大注入量，壓力逐漸降低。

3.2.3注入0.060PV凝膠+0.100PV泡沫（5次）

方案3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)油效率和壓力分布如圖10所示。

結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，水驅(qū)初期，隨著注入體積增加，驅(qū)油效率逐漸升高，含水率逐漸升高，水驅(qū)效果逐漸減弱。達(dá)到1.300PV時(shí)，水驅(qū)油效率達(dá)到極限，驅(qū)油效率為48%。隨后開始注入凝膠和泡沫體系，最終驅(qū)油效率為75%，相比水驅(qū)階段提高了27%。壓力數(shù)據(jù)顯示，隨著注入體積的增加壓力呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。當(dāng)進(jìn)口壓力降至最低時(shí)驅(qū)油效率最好。后續(xù)水驅(qū)階段，進(jìn)口壓力最高達(dá)到了8.2MPa，出口壓力最高達(dá)到7.3MPa。

3.2.4注入0.075PV凝膠+0.125PV泡沫（4次）

方案4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)油效率和壓力分布如圖11所示。

從結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，水驅(qū)初期，隨著注入體積的增加，驅(qū)油效率逐漸升高，含水率逐漸升高，水驅(qū)效果逐漸減弱。達(dá)到1.250PV后，水驅(qū)油效率達(dá)到極限，驅(qū)油效率為49%。隨后開始注入凝膠和泡沫體系，最終驅(qū)油效率為73%，相比水驅(qū)階段提高了24%。

從壓力數(shù)據(jù)可以看出，隨著注入體積的增加，進(jìn)出口壓力有不同程度的波動(dòng)，整體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。候凝完成后，進(jìn)出口壓力明顯上漲，進(jìn)口壓力最高達(dá)到了8.4MPa，驅(qū)油效率較好。持續(xù)增大注入體積，壓力逐漸降低。

3.2.5注入0.100PV凝膠+0.167PV泡沫（3次）

方案5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)油效率和壓力分布如圖12所示。從結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，水驅(qū)初期，隨著注入體積增加，驅(qū)油效率逐漸升高，含水率逐漸升高，水驅(qū)效果逐漸減弱。達(dá)到1.400PV時(shí)，水驅(qū)油效率達(dá)到極限，驅(qū)油效率為46%。隨后進(jìn)行了凝膠和泡沫體系注入，最終驅(qū)油效率為67%，比水驅(qū)階段提高21%。從壓力數(shù)據(jù)可以看出，隨著注入體積的增加，進(jìn)出口壓力有不同程度的波動(dòng)，整體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。在候凝完成后，進(jìn)出口壓力明顯上漲，平均上漲0.9MPa左右。后續(xù)水驅(qū)階段，進(jìn)口壓力最高達(dá)到8.8MPa，出口壓力最高達(dá)到7.6MPa。

3.2.6注入0.150PV凝膠+0.250PV泡沫（2次）

方案6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)油效率和壓力分布如圖13所示。從結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，水驅(qū)初期，隨著注入體積增加，驅(qū)油效率逐漸升高，含水率逐漸升高，水驅(qū)效果逐漸減弱。當(dāng)達(dá)到一定注入體積后，水驅(qū)油效率達(dá)到極限，驅(qū)油效率為47%。接著進(jìn)行凝膠和泡沫體系注入，最終驅(qū)油效率為66%。相比水驅(qū)階段，提高了19%。

從壓力數(shù)據(jù)可以看出，隨著注入體積的增加，進(jìn)出口壓力有不同程度的波動(dòng)，整體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。在候凝完成后，進(jìn)出口壓力明顯上漲，驅(qū)油效率也相應(yīng)提高。在后續(xù)水驅(qū)階段，進(jìn)口壓力最高達(dá)到了8.4MPa，出口壓力最高達(dá)到7.5MPa，此時(shí)驅(qū)油效率較好。同時(shí)，出口壓力在不同注入體積時(shí)均比進(jìn)口壓力低，差值在0.5 2.0MPa波動(dòng)。

注入凝膠和泡沫的段塞體系是一種常用的提高油田采收率的方法。其中，凝膠是一種高黏度的化學(xué)物質(zhì)，能夠在井筒中形成一定的阻塞效果；泡沫則是通過注入氣體或表面活性劑，產(chǎn)生氣泡并增加流體的有效性。這兩種方法的組合，可以改善原油流動(dòng)性、減少水的進(jìn)入以及改善采收率。

對(duì)比6組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果，研究凝膠泡沫體系對(duì)提高采收率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在段塞用量相同時(shí)，注入輪次越多，小段塞越多，提高的采收率就更高，但結(jié)果可能因油藏特征和注入操作而異。增加小段塞可以增加段塞體系對(duì)油藏的覆蓋范圍和滲透面積，從而提高原油的驅(qū)動(dòng)效果、增加采收率。每次注入小段塞后，段塞體系會(huì)形成更多的阻流和阻封區(qū)域，改變油藏的流場(chǎng)分布，使原油更多地被波及和運(yùn)用，提高采收率。此外，多輪次的小段塞還可以增加段塞體系的穩(wěn)定性和持續(xù)時(shí)間，延長增產(chǎn)效果的持續(xù)時(shí)間。

4結(jié)論

1）對(duì)比不同介質(zhì)驅(qū)替提高采收率的效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水驅(qū)最終驅(qū)油效率為59%，凝膠體系驅(qū)替最終驅(qū)油效率為71%，0.4%P21泡沫體系驅(qū)替最終驅(qū)油效率為88%，而0.4%P21+0.1%溫輪膠強(qiáng)化泡沫體系驅(qū)替效果明顯優(yōu)于單一介質(zhì)體系，最終驅(qū)油效率為92%，可較好地適應(yīng)春光油田油藏條件，滿足其提高采收率的需求。

2）研究不同介質(zhì)小段塞多輪次注入提高采收率效果，注入5輪次0.060PV凝膠+0.100PV泡沫的方案效果最佳，最終驅(qū)油效率為75%，相比水驅(qū)階段提高了27%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在段塞用量相同時(shí)，注入輪次越多，小段塞越多，提高的采收率就相對(duì)更高。增加小段塞可以增加段塞體系對(duì)油藏的深部非均質(zhì)調(diào)控能力和波及體積，進(jìn)而提高驅(qū)油率和實(shí)現(xiàn)較大幅度提高采收率。