渤海J油田氮气泡沫酸化用泡沫酸体系优选

2020-06-10郑继龙陈立群

精细石油化工进展 2020年1期

石洪，郑继龙，陈立群

中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452

随着渤海油田的不断开发，油藏的地层压力不断降低，部分油井出现了严重的亏空问题，给渤海油田稳产带来困扰，目前常规酸化措施已经无法满足现场增产需求，结合现场油井开发的现状，采用常规酸化存在如下问题[1]：1)储层非均质性强，酸液进入地层后主要沿高渗透层带发生窜流，低渗储层无法得到有效改善；2)油水同层的油藏，酸化体系首先进入水层，造成油井酸化后含水大幅增加，油井产量降低等问题；3)低产低效井酸化作业后的残酸体系无法得到及时返排，造成储层二次污染，严重影响酸化作业效果。

氮气泡沫酸化技术主要是采用起泡及稳泡性能好的起泡剂与不同的酸液混合，与氮气作用后形成的泡沫体系能有效封堵高含水储层，提高流体在高渗透层的渗流阻力，在气阻作用下泡沫酸液进入低渗透层与岩石进行酸化反应，从而开发低渗透储层。泡沫酸体系具有酸化选择性，泡沫酸体系中的H+主要沿泡沫壁面运动和扩散，能有效延长酸液体系与储层的反应时间，扩大酸液酸化半径，最终实现深层酸化[2]。泡沫酸化工艺技术对低渗透储层、水敏储层、低压储层非常有效，与常规酸化技术相比，具有黏度高、返排能力强、滤失小、酸化距离长、液柱压力低、施工简单、成本低等优势[3]。笔者通过室内试验为目标油藏筛选适宜的泡沫体系，并对该体系的耐温、耐矿化度性能及驱油效果等进行评价，为渤海油田氮气泡沫酸化技术的应用提供技术指导。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

阴离子表面活性剂QP-4、QP-6、QP-7、QP-10、QP-11、QP-12，天津市雄冠科技发展有限公司；阳离子表面活性剂QP-1、QP-2、QP-3、QP-5，比尔化工有限公司；非离子表面活性剂QP-8和QP-9，天津市顺隆达科技有限公司。实验用水为渤海J油田低渗储层注入水，矿化度为6 556 mg/L。实验用油为渤海J油田低渗储层脱水原油，原油黏度(135 ℃)为6 mPa·s。

泡沫动态性能评价装置，江苏拓创科研仪器有限公司；Waring-Blender搅拌器，北京中科科尔仪器有限公司；TX500C 旋转滴界面张力仪，天津市顺隆达科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 泡沫体系筛选及性能评价

采用Waring-Blender搅拌法对泡沫的起泡高度、稳泡时间、泡沫综合值等参数进行测定[4]，泡沫综合值是表征泡沫起泡高度和稳泡能力的参数，重点观察泡沫起泡过程和消泡过程中泡沫起泡高度随时间的变化，泡沫综合值的计算公式如下[5]：

式中，FCI为泡沫综合值，mL·s；hmax为泡沫起泡高度，mL；t1/2为泡沫半衰期，s。

1.2.2 泡沫体系驱替试验

泡沫驱替试验包括水驱、泡沫驱和后续水驱，具体试验步骤如下[6]：1)连接实验流程并检测流程气密性，岩心抽真空后饱和地层水，计算岩心渗透率和孔隙体积；2)岩心饱和油，计算岩心含油饱和度，以0.2 mL/min的注入速度水驱油至岩心出口含水98%，计算岩心水驱采收率；3)以0.2 mL/min的注入速度转注泡沫驱，气液体积比1∶1，注入量0.3 PV，计算泡沫驱采收率；4)以0.2 mL/min的注入速度转注后续水驱至岩心出口含水98%，计算后续水驱采收率。

2 结果与讨论

2.1 起泡剂体系筛选及使用浓度优化

2.1.1 起泡剂体系筛选

对起泡剂体系的起泡高度、稳泡时间和泡沫综合值等性能进行评价，以目标油藏地层水配制质量分数为0.3%的起泡剂溶液，筛选适合目标油藏的起泡剂体系，结果见表1。

表1 起泡剂体系筛选试验结果

从表1可知，QP-12的泡沫起泡高度和稳泡时间优于其他种类的起泡剂，因此选用QP-12起泡剂开展后续的泡沫浓度优选试验。

2.1.2 起泡剂使用浓度优选

实验方法同2.1.1，配制不同浓度的QP-12起泡剂溶液，测定泡沫的起泡高度和稳泡时间，实验用水的矿化度为6 556 mg/L，实验温度为80 ℃，结果如图1所示。随着QP-12浓度的增加，起泡高度呈先大幅上升后缓慢增加最后趋于平缓的趋势，泡沫稳泡性则呈先大幅增加后缓慢降低的趋势。这主要是由于随着起泡剂浓度的增加，泡沫液膜表面上的表面活性剂分子的数量不断增加，降低了泡沫的界面张力，从而提高了泡沫的性能，当表面活性剂溶液的浓度达到临界胶束浓度时，增加起泡剂浓度对泡沫性能的影响变小。从泡沫综合值及经济性考虑，确定起泡剂的质量分数为0.5%。

图1 不同浓度的起泡剂体系的起泡高度和稳泡时间

2.2 起泡剂体系性能评价

2.2.1 耐温性能

对质量分数为0.5%的QP-12泡沫体系的耐温性能进行评价，结果见表2。随着温度的增加，起泡剂体系的起泡高度和稳泡时间均呈先增加后缓慢降低的趋势，其中起泡高度受温度的影响较小[7]。这主要是由于在一定温度范围内，随着温度的增加，起泡剂溶液膨胀，使泡沫分子间距拉长，提高了泡沫液膜中表面活性剂的浓度，导致泡沫界面张力降低，最终提高了泡沫的性能。当泡沫液膜中表面活性剂的浓度达到临界胶束浓度时，泡沫的性能不再提升，但后期随着温度的继续上升，泡沫溶液中基液的蒸发量增加，造成泡沫液膜变脆，使泡沫稳定性降低[8]。结合考虑泡沫综合值及经济性，确定起泡剂的使用温度为60～80 ℃。

表2 泡沫体系的起泡高度及稳泡时间随温度的变化

2.2.2 耐盐性能

对筛选出的泡沫体系的耐盐性能进行评价，结果见表3。随着矿化度的增加，泡沫高度和稳泡时间呈先增加后降低的趋势。由泡沫综合值可知，该体系的耐盐性能较强，适宜的矿化度范围为1.0×104～ 2.0×104mg/L。

表3 泡沫体系的起泡高度及稳泡时间随矿化度的变化

2.3 岩心驱替实验

参照1.2.2泡沫体系驱替试验方法采用非均质岩心开展试验，重点对水驱和泡沫驱的驱油效果进行评价研究[9]，结果见表4。在驱替过程中，注入水后会在高渗透层发生窜流，导致高渗透层出口见水提早，降低了水驱有效期，从而降低了采收率。泡沫驱能够有效提高注入流体的黏度[10]，改善储层流度比，提高流体的渗流阻力，同时泡沫具有“堵水不堵油、堵大不堵小”的特点，在储层中具有一定的封堵性，能够有效抑制储层流体的窜流和水淹，同时气液分离后的气体具有补充能量的优势和特点，因此对非均质油藏具有较强的驱油效果，与水驱相比，采收率提高30.25%。