高盐高渗砂岩油藏泡沫调剖体系研究及应用

2023-11-05赵一潞陈慧卿

石油化工应用 2023年9期

赵楠，廖伟，李立，赵一潞，陈慧卿

（1.中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院，河南南阳 473113；2.中国石油长庆油田分公司第二采油厂，甘肃庆阳 745700）

春光油田地处新疆维吾尔自治区克拉玛依市境内，春2 单元位于春光油田北部，含油面积0.63 km2，地质储量67.03×104t，油层埋深在915～940 m，钻遇油层厚度在2.9～5.4 m，平均油层厚度4.3 m，地层水总矿化度74 871 mg/L，为CaCl2水型。

春2 单元自2011 年投入开发以来，截至2022 年3 月底区块累产液23.9×104t，累产油9.40×104t，采出程度为14.0%，含水率83.9%。春2 单元地下原油具备一定流动能力，但春2 单元属于刚性水驱油藏，天然能量充足，供液稳定，由于原油黏度较高，水油流度比大，边水指进现象明显，后续水驱波及范围有限，因此，区块见水后含水率快速上升，产量递减快。

1 材料与仪器

泡沫剂一般优先采用供应量大、价格较低、性能稳定、耐油的泡沫剂。针对CG 油田储层特征，本次笔者选择了3 种泡沫剂、5 种稳泡剂进行实验评价[1-5]。碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙、氯化镁（分析纯，国药集团上海化学试剂有限公司）；实验用泡沫剂DG-1、XG-1、TY-1，稳泡剂ZB、GN-2、WJ、Z、F 均由方圆化工有限公司提供；实验用油为春光油田C2-04地面脱水原油，密度0.843 9 g/cm3，40 ℃时黏度为390.51 mPa·s；实验用水为地层水或模拟地层水（总矿化度为74 871 mg/L），配制方法见表1。

表1 春2 单元室内模拟地层水配制方法

ViscotesterIQ 流变仪；Waring Blender 搅拌器；多功能岩心驱替装置；填砂管（30 cm×2.5 cm）；中间容器；水浴恒温装置；恒速电动搅拌器；精密电子称；实验用试管。

2 实验方法

2.1 泡沫体系静态评价指标

2.1.1 泡沫剂与地层水配伍性评价配伍性实验是将泡沫剂用地层水或模拟地层水配制成发泡剂含量1.0%的溶液，置于地层温度45 ℃条件下，观察泡沫剂是否发生浑浊、絮凝、聚沉等现象。

2.1.2 泡沫性能评价测定泡沫剂性能有多种方法，例Din 孔盘打击法、倾注法以及Waring Blender 搅拌法等，主要用来测定泡沫稳定性和发泡能力等。

Waring Blender 搅拌法是利用高速搅拌器产生一定量的泡沫，通过测定产生泡沫的体积来评价所用发泡剂的发泡能力，体积越大，说明发泡能力越强。泡沫的稳定性是通过测定所产生的泡沫析液一半时所用时间来描述，即半衰期t1/2。半衰期越长，说明泡沫析液时间越长，说明泡沫的稳定性就越好。本次实验采用该方法进行测定，在室温下将不同泡沫剂用模拟地层水配制成含量1.0%的溶液100 mL，倒入高速搅拌器，设定搅拌速度7 000 r/min，搅拌3 min 后立即倒入1 000 mL的量筒中，开始计时，同时记录泡沫体积，泡沫体积消去一半时所需时间即为半衰期。

2.1.3 油敏性实验泡沫剂在地层中向前驱替时，不可避免会与地层原油发生接触，但原油是一种较好的消泡剂，可大幅度降低泡沫的稳定性，即泡沫剂的“遇油消泡、遇水起泡”特征，进而实现对高含水饱和度的部位进行有效封堵。

将24 mL 配制好的含量1.0%的泡沫剂溶液和1 mL 的C2-04 井原油与煤油稀释后的油样（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 记录一次泡沫体积和液体排出量，共记录14 min。

2.1.4 稳泡剂应用性能评价为进一步增加泡沫稳定性，一般采用添加稳泡剂的方式进行优化，因此，需对稳泡剂的矿场应用性能进行评价，主要分为配伍性评价、耐剪切性评价、抗吸附性评价、长期稳定性评价等。

配伍性评价是指将稳泡剂用地层水或模拟地层水配制成发泡剂含量1.0%的溶液，置于地层温度45 ℃条件下，观察稳泡剂是否发生浑浊、絮凝、聚沉等现象。

耐剪切性评价是指将质量浓度为0.2%的稳泡剂溶液，采用VT550 旋转黏度计在6 r/min、40 ℃条件下连续剪切2 h，测定其黏度变化并计算黏度保留率。

抗吸附性评价是指称取10 g 石英砂（40 目）置于烧杯中，加入100 mL 浓度为0.2%的稳泡剂溶液（砂液比为1∶10），40 ℃条件下恒温振荡水浴吸附24 h。样品经离心机分离，取上部清液，测量溶液在6 r/min、40 ℃条件下的表观黏度并进行对比。

长期稳定性评价是指将稳泡剂抽空除氧后密闭封样，在40 ℃烘箱中老化、定期测定溶液黏度。

2.1.5 加入稳泡剂后泡沫性能评价分别取100 mL含不同质量浓度稳泡剂的起泡剂溶液倒入高速搅拌器中，开启高速搅拌器以7 000 r/min 的速度搅拌溶液。搅拌3 min 后，将搅拌器内的泡沫流体倒入100 mL 量筒中，测量泡沫体积并开始计时，以此评价起泡剂的发泡能力及稳定性。当量筒底部析出液体的体积达到泡沫初始体积一半时记录时间，此段时间就是该起泡剂溶液的半衰期，以此来评价该起泡剂的稳定性。

此时由于起泡体积只能表征出起泡剂体系的起泡数量和难易程度，而半衰期也只能反映出泡沫的稳定性，为实现对起泡剂的性能进行综合评价，引入了泡沫综合值（即起泡体积与半衰期的乘积）来表征泡沫的总体性能，其定义式如下：

式中：Fc－泡沫综合值，mL·min；V0－起泡体积，mL；t50－半衰期，s。

2.2 复配泡沫剂动态评价指标

2.2.1 复配泡沫剂动态封堵能力采用动态评价方法，在一维管式模型上进行阻力因子测定。测验按照行业标准SY/T 5672—93 进行。阻力因子按下式计算：

式中：R－阻力因子；ΔP－封堵压差，MPa；ΔP0－基础压差，MPa。

首先测出基础压差，然后将泡沫和氮气以一定的速度注入岩心，两端产生封堵压差，计算该泡沫体系的阻力因子。

2.2.2 复配泡沫剂注入量确定模拟春2 单元地层条件，将石英砂按照一定配比填制填砂岩心模型4 根，将填砂岩心模型抽真空4 h 后饱和水计算孔隙度，将饱和好的填砂岩心模型放置到恒温箱内4 h 后测水测渗透率（1 000 mD 左右）并饱和原油，计算含油饱和度；水驱至残余油（综合含水率80%），记录采收率情况后，以气液比1∶1，注入速度2 mL/min 交替注入，累计注入0.5、1.0、2.0、3.0 PV 泡沫，记录采收率情况。

3 结果与讨论

3.1 泡沫静态指标

3.1.1 泡沫剂与地层水配伍性评价实验结果表明，选用的3 种泡沫剂中有2 种与地层水配伍性较好，均未发生明显絮凝沉淀，放置10 d 后未出现不相容现象。

3.1.2 泡沫性能评价在室温条件下，分别用不同质量浓度的3 种泡沫剂进行发泡能力和稳定性实验，考察不同泡沫剂及浓度对发泡体积和半衰期影响，结果见表2。实验结果表明，对不同泡沫剂进行对比，TY-1及XG-1 泡沫剂的发泡能力及半衰期明显优于DG-1；对于同一种泡沫剂而言，随着泡沫剂浓度增加，初始发泡体积增加，稳定性也有所增加，但随着浓度上升其增加幅度有所减缓。从发泡能力和经济效益两方面考虑，现场施工中建议采用1.5%浓度的泡沫剂TY-1。

表2 不同泡沫剂及浓度对发泡体积和半衰期影响

3.1.3 油敏性实验将泡沫剂含量为1.0%的TY-1、DG-1、XG-1 泡沫剂溶液分别进行油敏性实验，进而选择稳定性更好的泡沫剂，结果见表3。

表3 泡沫剂油敏性实验结果

实验结果表明，DG-1 排水最慢，排水量最少，且其泡沫体积降幅最大，说明其最不耐油；XG-1 和TY-1相比，最终排水量基本一致，XG-1 排水较慢；从泡沫体积及其变化幅度来看，虽然TY-1 的初始泡沫体积较小只有55.0 mL，但其总降幅最小，且2 min 后降幅较缓更符合现场应用需求，因此，现场施工中选择泡沫剂TY-1 更好。

3.1.4 稳泡剂应用性能评价配伍性评价：对待选稳泡剂的配伍性进行实验，结果见表4。

表4 稳泡剂溶解性能实验结果

实验结果表明，稳泡剂GN-2 在室内模拟地层水中溶解不均匀，且有絮状物产生。其他四种稳泡剂均可在高矿化度模拟地层水中溶解，溶液澄清透明，溶解时间≤2 h。其中，Z 和F 的黏度较高，有助于提高泡沫剂稳定性，后期将针对这两种稳泡剂开展研究。

耐剪切性评价：对稳泡剂Z 及稳泡剂F 进行耐剪切性评价，结果见表5。

表5 稳泡剂溶液的耐剪切性

实验结果表明，两种稳泡剂溶液均具有较好的耐剪切性，2 h 连续剪切后的黏度保留率可达到70.00%以上。

抗吸附性评价：对稳泡剂Z 及稳泡剂F 进行抗吸附性评价，结果见表6。

表6 稳泡剂溶液的抗吸附性

实验结果表明，两种稳泡剂溶液均具有良好的抗吸附性，吸附后黏度保留率可达90.00%以上，满足现场应用的要求。

长期稳定性评价：对稳泡剂Z 及稳泡剂F 进行长期稳定性评价，结果见表7，由表7 可以看出，随着老化时间的增加，两种稳泡剂溶液的黏度变化不大，具有优异的长期稳定性。

表7 稳泡剂溶液的长期稳定性

实验结果表明，稳泡剂Z 和稳泡剂F 性能相差不多，但稳泡剂Z 供应量大、价格较低，因此，现场施工中建议采用稳泡剂Z。

3.1.5 加入稳泡剂后泡沫性能评价复配100 mL 含1.5%质量浓度发泡剂及不同浓度稳泡剂Z 的溶液进行发泡能力和稳定性实验，考察稳泡剂Z 浓度对泡沫剂发泡体积和半衰期影响，结果见表8。

表8 不同稳泡剂浓度对发泡体积和半衰期影响

实验结果表明，对加入不同浓度稳泡剂的复配泡沫剂的发泡效果进行对比，随着稳泡剂浓度增加，初始发泡体积变化不多，稳定性即半衰期有所增加，稳泡剂浓度在0.05%～0.10%其稳定性（半衰期）快速增加，稳泡剂浓度0.10%之后增速逐渐变缓。从发泡能力和经济效益两方面考虑，现场施工中建议采用0.10%浓度的稳泡剂Z。

3.2 复配泡沫剂动态评价指标

3.2.1 复配泡沫剂动态封堵能力对复配泡沫剂进行阻力因子测定3 次，考察泡沫剂封堵能力，实验结果见表9。

表9 泡沫剂阻力因子测定

实验结果表明，泡沫注入过程中阻力因子较高，该体系具有较好的封堵作用，进而改善低渗层的驱油效果。与此同时，当优势通道形成稳定的泡沫流时，其流体的渗流阻力提高了数十倍，可以有效封堵水窜通道，进一步提高其他增产措施的驱油效果。

3.2.2 复配泡沫剂注入量确定实验所得含油饱和度、水测渗透率、孔隙度、采收率等数据结果见表10、表11。

表10 填砂管参数

表11 注入PV 数与提高采收率关系实验结果

实验结果表明，随着注入泡沫剂的增加，提高采收率有所增加，原因在于随着泡沫剂注入量的增加，泡沫对于高渗通道的封堵效果较好，泡沫更稳定，可较大提高波及体积；且随着泡沫剂注入量的增加采收率持续提高，但是当泡沫剂注入量超过0.5 PV 后，采收率增幅减缓[6-10]。从采收率增幅和经济效益两方面考虑，现场施工中建议注入量控制在0.5 PV 左右。