空气泡沫/表面活性剂复合驱提高采收率研究

2015-06-10董俊艳胡艳霞栾志强

精细石油化工进展 2015年2期

董俊艳，王斌，胡艳霞，杨斌，闵刚，栾志强

(中国石化中原油田分公司采油工程技术研究院，河南濮阳 457001)

为探索中原油田表面活性剂提高采收率技术，开展了耐温抗盐驱油用表面活性剂的研究，但矿场试验表明，单一表面活性剂驱提高采收率效果有限，需与流度控制技术配套应用［1］。

2006年，中原油田开始进行空气泡沫调驱技术的研究，一方面注入的气体能补充地层能量，提高油层压力;另一方面当泡沫进入地层后，先进入高渗透层，由于贾敏效应，流动阻力逐渐增加，随着注入压力的变化，泡沫可依次进入低渗透层，提高波及系数［2－6］。2010年，以采油三厂文明寨油田明15块为试验油藏，在国内首次开展空气泡沫/表面活性剂复合驱提高采收率研究，表面活性剂主要用于提高洗油效率，泡沫体系首先选择含水较高的高渗层，主要用于堵塞大孔道和流度控制［7］。此项技术通过强化泡沫及表面活性剂各自的功能，可以进一步提高原油采收率。

1 原料和仪器

阴－非离子表面活性剂ZY－05、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐，上海石油化工研究院与中原油田联合研制，南京石油化工股份有限公司生产;起泡剂ZYM－1，自制;明15块注入水，矿化度为8.6 ×104mg/L，钙镁离子含量为 1111 mg/L;原油，采油三厂明15块原油。

改进Ross－Miles泡高仪;TX500C型旋转滴超低界面张力仪;注水开发油藏物理模拟实验装置，常压～35 MPa，室温～160℃，中原油田石油工程技术研究院与湖北创联石油科技有限公司联合研制。

2 结果与讨论

2.1 表面活性剂降低油水界面张力的性能

依据毛管数与驱油效率的关系，界面张力达10－3mN/m时，能大幅提高采收率［8］。配制不同质量分数的ZY－05溶液，在65℃，转速6000 r/min下，采用TX－500C悬滴界面张力仪测定不同时间ZY－05溶液与明15块原油的动态界面张力，结果见图1。

图1 表面活性剂质量分数对油水界面张力的影响

由图1看出，由于表面活性剂的吸附和扩散的影响，ZY－05溶液与原油的界面张力随时间延长呈先下降后上升趋势。已有研究表明［9］，动态界面张力最低值与驱油效率的相关性更好。因此，本文以界面张力最低值为评价指标对表面活性剂性能进行评价。表面活性剂质量分数为0.2% ～0.6%时，60 min内表面活性剂溶液与原油的瞬时界面张力均可达10－3mN/m，满足超低界面张力的要求，可将残余油从地层剥离。综合考虑地层吸附、地层水稀释作用及经济因素，现场表面活性剂质量分数以0.3% ～0.5%为宜。

2.2 起泡剂的起泡性能

泡沫在地层中调驱能力受泡沫数量(反映为起泡体积)和稳定性(反映为半衰期)的综合影响。利用泡沫综合指数(F)来表征起泡剂的起泡能力、稳泡能力及泡沫衰减过程，评价泡沫调驱过程中起泡剂的性能。采用明15块注入水分别配制不同质量分数的ZYM－1起泡剂溶液，1.0138×105Pa，50 ℃下，采用改进 Ross－Miles泡高仪测定泡沫体系的半衰期和起泡体积，结果见表1。

表1 ZYM－1型发泡剂主要性能

由表1看出，ZYM－1起泡剂随着质量分数增加，其发泡体积及半衰期增加，泡沫综合指数增大，起泡剂质量分数为0.7%时，综合指数达最大。这是因为泡沫的稳定性与其表面扩张模量具有一定的关系，而表面扩张模量是当液膜局部发生变形时快速修复液膜的能力，即表面扩张模量值越大，泡沫越稳定。因此，泡沫半衰期的变化趋势与表面扩张模量相一致，均存在极大值。据文献报道［10］，泡沫综合指数＞10000时为超强等级，综合考虑经济因素与泡沫强度，适宜的质量分数为0.5% ～0.7%。

2.3 表面活性剂与空气泡沫起泡剂适应性

将质量分数为0.5%ZYM－1起泡剂溶液与0.3%ZY－05表面活性剂溶液按照不同体积比复配，考察体积比对复配体系的泡沫性能和降低界面张力能力的影响，结果见表2所示。表面活性剂溶液与起泡剂溶液复配体积比对复配体系起泡体积影响较大，对泡沫半衰期基本无影响，随着起泡剂加量减小，泡沫综合指数减小，V(ZYM－1)∶V(ZY－05)=1∶1时仍可达超强等级;相比单一表面活性剂，复配体系与原油的最低界面张力增大，最低界面张力均不能达到10－3mN/m，故现场应用过程中需加入隔离液减小二者影响。综合考虑复配后泡沫性能和界面张力的变化，V(ZYM－1)∶V(ZY －05)=1∶1为宜。

表2 不同复配体系的泡沫性能

2.4 隔离液与表面活性剂的配伍性

低质量分数的聚丙烯酰胺对泡沫有稳泡作用，根据明15块地层特点，室内优选出1#，2#，3#聚丙烯酰胺作为隔离液。在0.3%ZY－5表面活性剂中分别加入0.05%的3种隔离液，考察隔离液对界面张力和起泡性能的影响，结果见图2。

图2 不同隔离液与表面活性剂复配后界面张力变化曲线

由图2可知，在ZY－5表面活性剂中加入0.05%隔离液后，溶液与原油界面张力均有所变化，其中加入1#，3#隔离液后，最低瞬时界面张力降低;加入2#隔离液后，最低瞬时界面张力升高，不能达到10－2mN/m，故1#、3#均可作为复合驱的隔离液，从而更好地发挥复合驱的协同作用，达到提高采收率的目的。

2.5 提高采收率

采用180～200目的石英砂填制渗透率相近的多根φ80 mm×25 mm的填砂管，测定填砂管气相渗透率，饱和水，算孔隙度;饱和模拟油，记录出水量，计算含水饱和度;水驱至模型出口含水98%，计算水驱采收率;注入不同驱替倍数的驱油剂，再水驱至模型出口端含水98%，计算最终采收率，比较注入驱油剂前后采收率提高程度，考察不同驱油方式的动态驱油性能，结果见图3。

图3 不同驱油方式提高采收率对比曲线

由图3看出，相同注入量条件下，提高采收率幅度顺序为:空气泡沫/表活剂复合驱＞空气泡沫驱＞表面活性剂驱。随着注入量增加，3种驱油方式提高采收率的幅度均增加，但注入量大于0.3 PV后，提高采收率增加幅度变小。因此，最佳注入量为0.3 PV，此时空气泡沫/表活剂复合驱提高采收率可达22.59%。

分析认为空气泡沫复合驱充分发挥了表面活性剂驱对残余油的洗油能力和空气泡沫驱封堵大孔道，扩大波及体积的协同作用，在较大程度上提高了原油的采收率;空气泡沫驱时，泡沫剂本身为表面活性剂，在一定程度上可起到提高洗油效率的目的［4］;单一表面活性剂驱虽可大幅提高洗油效率，但对于存在大孔道的油藏，易沿着大孔道窜进，起不到驱替残余油的作用，故提高采收率大于空气泡沫驱，小于复合驱。

在复合驱注入量较小时，注入的泡沫液在模型中原驱替水的稀释作用下浓度变小，形成的泡沫封堵强度变小，模型的非均质性不能得到有效改善;同时注入表面活性剂浓度变小，不能形成超低界面张力，降低了其对模拟油的洗油能力。随着驱替倍数增加，在模型中产生的空气泡沫与表面活性剂增加，提高采收率逐渐增大，最终达到趋于平衡的状态。

3 现场试验

明15块位于文明寨油田西南部，整体构造较简单，是一个典型的中渗常温常压油藏。该块主要含油层位为沙二下1－3，油藏埋藏深度1580～1680 m，原始地层压力 14.5 ～16.5 MPa，地下原油黏度 7.63 mPa·s，采出程度 16.75%，剩余油较多，开发潜力大。2011年10月实施空气泡沫/表面活性剂复合驱，截止2013年12月，现场应用11井组，累计注入空气(标准)185.4 ×104m3，泡沫液 1.37 × 104m3，表面活性剂 212.78 t。累计增油24381.28 t，新增石油地质储量15.2 ×104t，新增石油动用储量 22.1×104t，采收率提高8.84%。

以明401井为例，该井于2013年1月20日实施空气泡沫/表面活性剂复合驱，正常注气时压力为22 MPa，注表面活性剂时压力为12 MPa，截止2014年1月1日，累积注入表面活性剂960 m3，隔离液 600 m3，泡沫液 465 m3，空气(标准)59520 m3。实施复合驱后，增油效果较明显，日产油由措施前2.42 t增加至目前的3.4 t。