楊麗娜 王欣然 瞿朝朝 鄭彬 李展峰 張立波

(1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司， 天津 300452；2. 中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司， 天津 300459)

海上油田普遍采用的是大井距多段合采的開(kāi)發(fā)策略，可在一定程度上提高經(jīng)濟(jì)效益。但對(duì)于注水開(kāi)發(fā)油田，由此開(kāi)發(fā)策略造成的層內(nèi)和層間矛盾也十分突出。如，平面上驅(qū)替不均衡，使注入水易沿單一方向形成竄流，而層間儲(chǔ)層非均質(zhì)性，使低滲層水驅(qū)波及程度較差[1-4]。采用海上油田聚合物驅(qū)方式，可以改善以上問(wèn)題，提升開(kāi)發(fā)效果[5-9]。經(jīng)過(guò)前期的礦場(chǎng)實(shí)踐和研究，發(fā)現(xiàn)聚合物驅(qū)可以較好地改善平面注采矛盾，但縱向改善層間驅(qū)替均衡問(wèn)題的效果一般[10-12]。具體表現(xiàn)在，注入井吸水剖面改善能力有限。因此，在實(shí)施聚合物驅(qū)的過(guò)程中，仍需要定期開(kāi)展層間調(diào)剖措施，從而提高聚合物溶液縱向波及均衡程度。

泡沫體系因其具有視黏度高、封堵調(diào)剖能力強(qiáng)，且對(duì)儲(chǔ)層傷害小的特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于油田注水井調(diào)剖。此外，泡沫體系還能提高洗油效率。發(fā)泡劑本身是一種活性很強(qiáng)的表面活性劑，能大幅度降低毛管數(shù)，從而降低油水界面張力，使殘余油飽和度降低，起到提高儲(chǔ)層微觀驅(qū)油效率的作用。然而，單一泡沫體系在油藏中遇油容易破滅，在儲(chǔ)層中調(diào)剖有效期縮短，且作用半徑有限，從而降低了泡沫調(diào)剖的有效性。向泡沫體系中加入聚合物溶液后，可形成強(qiáng)化泡沫體系。聚合物溶液的加入，使起泡劑在泡沫中的傳輸變得緩慢，減緩了在巖石表面上的吸附速度，穩(wěn)定性大大增強(qiáng)[13-15]，從而可延長(zhǎng)調(diào)剖措施的有效期。本次研究以渤海Z油田為例，根據(jù)油田儲(chǔ)層物性和流體的特點(diǎn)，優(yōu)選起泡劑，確定適用的強(qiáng)化泡沫體系。

1 油田概況

渤海Z油田位于渤海遼東灣北部海域，主力含油層系為東營(yíng)組東二下段，為典型的三角洲前緣沉積油田。儲(chǔ)層物性表現(xiàn)為中高孔滲儲(chǔ)層，平均滲透率為650×10-3～2 650×10-3μm2，平均孔隙度為25.5%～31.2%，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，滲透率級(jí)差為3.8～4.2。地下原油黏度平均為10.6～26.3 mPa·s，屬于中黏原油。油田初期采用天然能量開(kāi)發(fā)，由于儲(chǔ)層壓力下降較快，于2004年改為注水開(kāi)發(fā)。但是，較強(qiáng)的儲(chǔ)層非均質(zhì)性導(dǎo)致注水后油田含水上升較快。采用了聚合物驅(qū)代替注水開(kāi)發(fā)后，初期取得了明顯的降水增油效果。目前，油田開(kāi)發(fā)已處于聚合物驅(qū)的含水率回返階段，增油效果逐漸變差。常規(guī)調(diào)剖措施已不能滿足油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的需求，亟待探索更為有效的調(diào)剖方式以改善油田開(kāi)發(fā)效果，增強(qiáng)聚合物驅(qū)后期開(kāi)發(fā)效果。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

采用羅氏起泡儀對(duì)多種工業(yè)發(fā)泡劑樣品進(jìn)行篩選，最終優(yōu)選出具有良好發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性的樣品作為起泡劑。羅氏起泡法又叫傾注法，可以用來(lái)測(cè)量起泡劑溶液生成泡沫的高度和半衰期(泡沫高度減少一半所用的時(shí)間)。羅氏起泡儀主要由起泡管和滴液管兩大部分組成，如圖1所示。

圖1 羅氏起泡儀示意圖

實(shí)驗(yàn)具體操作步驟如下：

(1) 打開(kāi)恒溫水浴，調(diào)節(jié)好溫度，循環(huán)一段時(shí)間后，使實(shí)驗(yàn)裝置保持所需的實(shí)驗(yàn)溫度。

(2) 從起泡管底部注入已加熱的起泡劑溶液50 mL，穩(wěn)定一段時(shí)間。

(3) 將200 mL起泡劑溶液注入滴液管，滴液管固定在起泡管的上部管口，使滴液管的下端剛好與起泡管的上部刻度線持平，并使其中的起泡劑下落時(shí)能落在起泡管的中心。

(4) 打開(kāi)滴液管的開(kāi)關(guān)，使起泡劑溶液流下并沖擊起泡管底部的溶液，從而產(chǎn)生泡沫。

(5) 待滴液管中溶液流完且穩(wěn)定后，讀取泡沫的高度，并開(kāi)啟秒表記錄時(shí)間，直至泡沫高度小于初始高度的50%為止，此段時(shí)間即為泡沫的半衰期。

(6) 重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，取平均值，每一次實(shí)驗(yàn)前均應(yīng)將起泡管和滴液管清洗干凈。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 起泡劑種類篩選

聚合驅(qū)強(qiáng)化泡沫體系由聚合物溶液和起泡劑溶液復(fù)配而成。起泡劑選取礦場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛的6種類型，桓-16、AG-166、SP-4073、HYFQ-B、甜菜堿、甜菜堿(0.30%)+十二醇(0.04%)復(fù)配體系；聚合物溶液則選用渤海Z油田實(shí)際注入質(zhì)量濃度為1 200 mgL的聚合物溶液。分別取這6種起泡劑，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%與此聚合物溶液復(fù)配形成6種起泡劑溶液。應(yīng)用羅氏泡沫儀測(cè)試實(shí)驗(yàn)溫度下不同起泡劑溶液的初始起泡高度和半衰期，觀察并測(cè)試起泡性能(見(jiàn)表1)，據(jù)此優(yōu)選出初始起泡高度大、半衰期長(zhǎng)的起泡劑。根據(jù)表1數(shù)據(jù)比較6類起泡劑溶液的初始起泡高度和半衰期。

(1) 初始起泡高度。SP-4073的初始起泡高度最低；HYFQ-B的初始起泡高度最高，起泡性能最好；甜菜堿(0.3%)+十二醇(0.04%)復(fù)配體系的初始起泡高度僅次于HYFQ-B；其他起泡劑的初始起泡高度也能保持7.5 cm以上。

(2) 半衰期。HYFQ-B的半衰期僅為0.3 min；甜菜堿(0.3%) + 十二醇(0.04%)復(fù)配體系的半衰期最長(zhǎng)能夠達(dá)到64.0 min，泡沫穩(wěn)定性能最好。所以，在渤海Z油田儲(chǔ)層條件下，選擇以甜菜堿加十二醇復(fù)配體系作為起泡劑。

表1 6類起泡劑溶液的初始起泡高度及半衰期

3.2 起泡劑質(zhì)量濃度優(yōu)選

根據(jù)起泡性能和泡沫穩(wěn)定性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為甜菜堿加十二醇復(fù)配體系整體起泡性能較好。在此，將甜菜堿加十二醇復(fù)配體系，與質(zhì)量濃度為1 200 mgL 的聚合物溶液進(jìn)行配制，形成不同配比的起泡劑溶液。使十二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持0.04%，甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.10%～0.50%范圍內(nèi)調(diào)整。在65 ℃溫度條件下測(cè)試起泡性能，測(cè)定其初始起泡高度和半衰期，優(yōu)選最佳配比。

不同配比甜菜堿加十二醇復(fù)配體系的起泡劑高度和半衰期均有所區(qū)別(見(jiàn)圖2)。由圖2可看出，甜菜堿加十二醇復(fù)配體系的初始起泡高度最高可達(dá)11.5 cm，半衰期最長(zhǎng)可達(dá)64.0 min。當(dāng)甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.30%時(shí)，隨著復(fù)配體系甜菜堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加大，初始起泡高度迅速升高，半衰期也迅速延長(zhǎng)；當(dāng)甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.30%時(shí)，初始起泡高度和半衰期基本不再變化，甚至出現(xiàn)小幅回縮的現(xiàn)象。這主要是因?yàn)椋谔鸩藟A質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí)其濃度較低，而隨著濃度增加泡沫液膜上的表面活性劑分子數(shù)量也逐漸增多，從而在很大程度上降低了界面張力，提高了泡沫的整體性能；而甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.30%，即達(dá)到較高濃度范圍，此時(shí)表面活性劑分子在液膜上的分布達(dá)到了臨界膠束濃度，因而起泡劑的起泡性能和泡沫穩(wěn)定性能變化非常小。當(dāng)甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%、十二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04% 時(shí)起泡劑性能最優(yōu)，因此，優(yōu)選此配比起泡劑與聚合物溶液形成復(fù)合泡沫體系。

圖2 不同配比甜菜堿加十二醇復(fù)配體系的起泡劑高度和半衰期

4 礦場(chǎng)應(yīng)用效果

為驗(yàn)證此優(yōu)選強(qiáng)化泡沫體系的應(yīng)用效果，在渤海Z油田的典型聚合物驅(qū)井組 —— Z11井進(jìn)行了礦場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。Z11井為注聚區(qū)域內(nèi)反九點(diǎn)井網(wǎng)中的一口注聚井，周邊有9口采油井與其對(duì)應(yīng)。該井組主要包括東營(yíng)組東二下段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ油組，各油組間滲透率級(jí)差為3.9。在實(shí)施聚合物驅(qū)方案期間，該井組表現(xiàn)出典型的降水增油受效特征。

由圖3所示Z11井組聚合物強(qiáng)化泡沫驅(qū)效果可以看出，該井組已處于注聚末期含水回返期。2017年，將聚合物強(qiáng)化泡沫復(fù)合體系應(yīng)用到井組礦場(chǎng)試驗(yàn)中，所用起泡劑溶液為甜菜堿(0.30%)+十二醇(0.04%)復(fù)配體系。實(shí)施聚合物強(qiáng)化泡沫驅(qū)試驗(yàn)后，井組的含水率再次出現(xiàn)下降趨勢(shì)，日產(chǎn)油量由轉(zhuǎn)驅(qū)前的90 m3提高至轉(zhuǎn)驅(qū)后的115 m3，日增油幅度達(dá)到了27.8%。這說(shuō)明應(yīng)用所優(yōu)選的強(qiáng)化泡沫體系，能夠有效改善井組的開(kāi)發(fā)效果。

圖3 Z11井組聚合物強(qiáng)化泡沫驅(qū)效果

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)初始起泡高度和半衰期評(píng)價(jià)，優(yōu)選出甜菜堿加十二醇作為起泡劑，加入聚合物溶液形成復(fù)配體系，該體系適用于渤海Z油田儲(chǔ)層條件下聚合物強(qiáng)化泡沫驅(qū)。起泡劑濃度敏感性分析顯示，超過(guò)臨界濃度后起泡劑性能增強(qiáng)，因而最終確認(rèn)起泡劑最佳配比為甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%，十二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%。礦場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)表明，將優(yōu)選的起泡劑與聚合物溶液復(fù)配成強(qiáng)化泡沫體系，能夠有效緩解井組聚合物驅(qū)后期的層間矛盾，改善試驗(yàn)井組的開(kāi)發(fā)效果。建議在渤海Z油田推廣應(yīng)用此復(fù)配體系。