稠油热采井氮气泡沫抑制边水技术研究

2013-10-18王杰祥任文龙王腾飞夏金娜

特种油气藏 2013年2期

王杰祥，任文龙，王腾飞，夏金娜，韩蕾

(中国石油大学，山东青岛 266580)

引言

稠油热采井的主要开发方式是蒸汽吞吐，但随着生产周期的增加，汽油比下降，边水入侵严重，常规蒸汽吞吐技术效果较差[1]。国内外研究表明，蒸汽吞吐的同时，注入高温泡沫体系可使蒸汽的波及系数和驱替效率显著提高[2]。其原理是通过加入一定比例的发泡剂和氮气，在地层气、水窜流孔道中产生高强度的泡沫，增大流体阻力，封堵高渗透层或大孔道，有效地迫使蒸汽转向低渗层、低渗段、低渗带等未驱替带，提高波及面积，改善油藏开发效果[3]。此外，发泡剂还具有表面活性剂的性质，可以改善岩石润湿性，降低油水界面张力，提高驱油效率[4]。中原油田胡12块属边水活跃油藏，蒸汽吞吐后期地层含水率上升较快，蒸汽吞吐效果较差。为此，针对该区块开展了伴蒸汽注氮气泡沫抑制边水的室内实验研究。

1 发泡剂性能评价

1.1 发泡剂静态性能评价

发泡剂静态性能评价的主要参数是泡沫高度和泡沫半衰期。泡沫高度反映发泡剂的起泡程度;泡沫半衰期定义为泡沫体积缩减为初始体积一半所用的时间，反映泡沫稳定性的好坏[5]。

选用发泡性能良好的烷基苯磺酸盐类耐高温发泡剂[6]，在30℃温度下，利用倾倒法对不同浓度的发泡剂进行泡沫起泡性能和稳定性测试[7]。图1为不同发泡剂浓度对泡沫半衰期和泡沫高度的影响曲线。从图1可以看出:泡沫半衰期和泡沫高度随发泡剂浓度变化趋势是先增大，后趋于平稳，而后减少，发泡剂最佳浓度范围为0.4% ～0.6%，半衰期最高可达到220 min。

图1 不同发泡剂浓度对泡沫半衰期和泡沫高度影响曲线

1.2 发泡剂动态性能评价

发泡剂动态性能评价的主要参数是阻力因子，阻力因子定义为工作压差与实际压差的比值，反映发泡剂实际封堵能力的大小[8]。

实验仪器包括Ø2.5 cm×60 cm的耐高温填砂管、恒温箱、精度为0.01 mL/min的平流泵、中间容器、回压阀、压力表。

用60～70目石英砂填出渗透率为0.8 μm2、孔隙度为28.57%的岩样，抽真空，饱和水，分别在50、100、150、200℃，流量为 1 mL/min 条件下，测定基础压差，选用发泡剂浓度为0.5%，与空气体积比按1∶1混注，注入速度为1 mL/min，利用平流泵和压力表测定填砂管模型两端的流量和压差[9]。

图2为不同温度下的泡沫阻力因子变化曲线。由图2可以看出:泡沫阻力因子随着温度升高而降低。当油层温度高于200℃时，阻力因子大于45，具有较好的高温封堵性能。

图2 不同温度下的泡沫阻力因子变化曲线

2 氮气泡沫抑制边水效果分析

2.1 实验方法

实验仪器包括Ø2.5 cm×Ø60 cm的耐高温填砂管、恒温箱、精度为0.01 mL/min的平流泵、中间容器、回压阀、压力表、蒸汽发生器、氮气气瓶。

用60～70目石英砂填出渗透率为5.25 μm2、孔隙度为32.04%的岩样，抽真空、饱和水，饱和油，控制蒸汽发生器流量为3 mL/min，蒸汽温度为250℃，恒温箱温度控制在50℃，模拟地层温度。向填砂管模型中注入蒸汽15 min，利用平流泵和压力表测定填砂管模型两端的流量和压差。关闭注入端，闷井5 min，然后放喷生产，记录产油量与产水量，计算原油采出程度与周期综合含水[9]。当边水水窜、周期综合含水急剧升高时，转注氮气泡沫，然后继续蒸汽吞吐，重复此过程直至周期综合含水达98%[10]。

2.2 实验结果

图3为不同含水率时注入氮气泡沫的产油率与生产周期关系曲线(边水能量为2 MPa)。从图3可以看出，随着生产周期的增加，产油率急剧减小，第4周期时，周期含水率已达到90%以上，注入氮气泡沫以后，产油率均有不同程度的增加，随着剩余油饱和度的减少，产油率逐渐下降。

图3 不同含水率时注入氮气泡沫的产油率与生产周期关系曲线

图4为不同含水率时注入氮气泡沫的原油采出程度与生产周期关系曲线(边水能量为2 MPa)。从图4可以看出，随着生产周期的增加，原油采出程度不断增加，当生产周期达到第5周期以后，增幅趋于平缓。含水率为70%时注入氮气泡沫与未注入氮气泡沫相比，采出程度增加15%以上。说明在水淹程度较低时注入氮气泡沫，原油采出程度最高。

图4 不同含水率时注入氮气泡沫的原油采出程度与生产周期关系曲线

图5为不同边水能量下注入氮气泡沫的产油率与生产周期关系曲线(含水率70%开始注氮气泡沫)。从图5可以看出，边水能量较高时，最初的产油率较高，但见水早，含水率上升快，随着氮气泡沫的注入，产油率比边水能量较低情况上升明显，随着生产周期不断增加，剩余油饱和度不断减少，产油率逐渐降低。

图5 不同边水能量下注入氮气泡沫的产油率与生产周期关系曲线

图6 不同边水能量下注入氮气泡沫的原油采出程度与生产周期关系曲线

图6为不同边水能量下注入氮气泡沫的原油采出程度与生产周期关系曲线(含水率70%开始注氮气泡沫)。从图6可以看出，随着生产周期的增加，原油采出程度不断增加，当生产周期达到第5周期以后，增幅趋于平缓。边水能量越高，采出程度越低。在边水能量为6 MPa条件下，注入氮气泡沫与未注入氮气泡沫相比，采出程度增加10%以上。说明氮气泡沫在边水能量较强的情况下也能发挥较好的封堵效果。