蒸汽驱高温三相泡沫调剖技术研究及应用＊

杨立军,朱龙江

(沈阳农业大学高职学院,辽宁,沈阳,110122;2.辽河油田公司齐 40项目部)

蒸汽驱高温三相泡沫调剖技术研究及应用＊

杨立军1,朱龙江2

(沈阳农业大学高职学院,辽宁,沈阳,110122;2.辽河油田公司齐 40项目部)

辽河油田齐 40块中深层稠油油藏蒸汽驱于 2006年底至 2008年一季度相继转入蒸汽驱开发,在蒸汽驱开发过程中个别汽驱井组由于油层层间矛盾较为突出,个别汽驱井组出现高温、汽窜等问题,严重影响了井组的生产效果。为了进一步改善井组的生产效果,抑制汽窜加剧的现象,研制并引进实施了高温三相泡沫调剖技术,相继在齐 40块蒸汽驱汽窜井封窜、吞吐引效井高温调剖上应用均取得了较好的生产效果。达到了改善吸汽剖面提高油层纵向动用程度、抑制汽窜的目的。该项技术的成功应用对齐 40块蒸汽驱高温汽窜井抑制汽窜及改善吞吐引效井的调剖生产效果具有重要意义。

蒸汽驱;高温三相泡沫调剖技术;研究及应用

辽河油田齐 40块中深层稠油油藏储层胶结疏松、孔隙度高、非均质性较严重。齐 40块在转入蒸汽驱开发后,层间矛盾较为突出,在汽驱开采过程中,特别是笼统蒸汽驱注汽井组部分生产井出现高温、汽窜等现象,影响了油井的正常生产。另外蒸汽驱部分未受效井组需进行吞吐引效加强与注汽井的热连通,而吞吐引效井在经过多轮次蒸汽吞吐生产后,注汽指进和汽窜现象亦极为普遍。其原因是:稠油储集层本身不均质性严重,层间和平面上渗透率级差很大;多轮次吞吐改变了地层组份,破坏了地层结构,产生了汽窜通道。同时由于多轮次吞吐在高渗透率大孔道中进行,造成稠油中的重组分和运移的粘土颗粒在低渗区沉积堵塞;另外蒸汽冷凝水和稠油形成的乳状液也极易滞留在地层中,造成开采困难。从2006年开始结合齐 40块的具体油藏特点,通过大量室内实验,研制高温三相泡沫调剖体系,3年多来在齐 40块蒸汽驱现场应用 22口井,达到封堵汽窜、提高油层纵向动用程度的目的。

1 封窜机理

高温三相泡沫调剖剂体系主要由聚合物凝胶―固相颗粒―表面活性剂组成的综合体系。在地层中靠三相泡沫体系达到调剖助排作用,其应用原理如下:(1)聚合物溶液携带的固相颗粒进入高渗透层,起到封堵作用;(2)聚合物溶液在一定温度条件下形成凝胶后,增加体系强度,增强封堵效果;(3)随着注汽时间的延长,地层温度达到 200℃以上时,凝胶体系逐渐水化,释放出高温表面活性剂及氮气。表面活性剂在氮气,蒸汽及蒸汽冷凝水作用下,形成良好的泡沫体,因在地层中的“贾敏效应”而形成二次调剖作用,控制、改变蒸汽走向。(4)凝胶体系逐渐水化释放出的高温表面活性剂,其溶液可以有效剥离岩石表面油膜,改变地层润湿性,防止蒸汽冷凝水与稠油形成油包水乳状液。同时表面活性剂、冷凝水与稠油能形成良好的水包油乳状液,大大地降低了稠油粘度,从而改善地层流体的流动性,起到降粘助排作用。

2 调剖体系性能实验

2.1 基本配方确定 根据齐 40区块油井的具体需要,调剖剂应具备较高的耐温性和较好的封堵性能,同时在一定条件下逐渐水化,水化产物具有优良的表面活性,油井开采时起到降粘、助排作用。通过对各种调剖、降粘、助排化学剂的研究筛选,初步确定对聚合物―固相颗粒―表面活性剂体系进行试验。其体系主要组成为:部分水解聚丙烯酰胺、有机交联剂 (酚醛树脂)、热稳定剂、木素纤维、复合树脂、表面活性剂及AC发泡剂。

2.2 体系性能实验

2.2.1 凝胶试验

(1) 基础凝胶体系 用分子量为 800-1000万 (水解度为25%)的HPAM、酚醛树脂、热稳定剂进行成胶试验。分别将各组分按不同量加入水中,配成均匀体系后放置在 50℃恒温水浴中,定时观察溶液粘度变化情况,当体系失去流动时视为成胶时间。不同的HPAM浓度时体系成胶情况见表1、图1;不同交联剂浓度时体系成胶情况见表2、图2。

表1 不同 HPAM浓度时体系成胶情况

表2 不同交联剂浓度时体系成胶情况

实验证明,一定组份的HPAM、交联剂、热稳定剂体系可以形成较理想的凝胶,并且成胶时间可控。根据油田油井的具体情况及成本情况,我们认为该体系:0.8%HPAM+0.4%交联剂 +0.25%热稳定剂 比较理想。(2)固相颗粒对凝胶的影响 加入固相颗粒的目的是提高凝胶强度,从而提高体系的封堵性能,封堵能力与固相颗粒粒径匹配及加量有关。通过粒径分析、试验,我们选择了三种固相。 一是木素纤维,它的外形是纤维状,纤维直径是0.2μm,耐温能达到300℃以上;二是复合树脂,它的外形是粒状的,直径为20μm,耐温达到 250℃以上;三是 AC发泡剂,在 200℃条件下释放出氮气,每 1吨 AC发泡剂能释放出 175m3的氮气。木素纤维、复合树脂、AC发泡剂按比例加入凝胶体系后,其凝胶体系状态良好,见图3。它们可以用来作为调剖剂的添加物。

从图3可以看出,体系凝胶强度随着木素纤维加量的增大,凝胶强度增大。而复合树脂和 AC发泡剂对体系的凝胶强度基本没有影响。根据室内实验及现场经验,我们确定这三种固相的使用比例为:木树纤维:复合树脂:AC发泡剂 =3:1:0.5;固相总的加量范围为 4-8%。

(3)表面活性剂对凝胶的影响 通过对多种表面活性剂的试验,我们选择了两种比较合适的表面活性剂。一种是阴离子表面活性剂 PES,另一种是非离子表面活性剂 OPE,其基本性能见表3。可见阴离子表面活性剂 PES和非离子表面活性剂OPE都具有良好的耐温性和优良的表面活性,可用于稠油的注汽和开采。尤其是把这两种表面活性剂按一定比例混合后,其性能更优良,这就是表面活性剂复配的效果。

表3 表面活性剂基本性能

把 PES、OPE混合物加入前述聚合物 -固相颗粒体系中,成胶情况如表4。从表4中数据可以看出,该聚合物 -固相颗粒 -表面活性剂体系在一定条件下可以形成良好的凝胶体系,其成胶速度可调。

表4 加入 PES、OPE混合物后体系的成胶情况

2.2.2 耐温水化实验 凝胶体系水化程度决定体系的封堵有效期和体系中表面活性剂释放程度。生产工艺要求凝胶体系在较低温度下具有较强的稳定性,可以保持有效的封堵性能,而在较高温度下稳定性降低,逐渐彻底水化释放出氮气和表面活性剂。

(1)凝胶体系在不同温度下的水化时间 把聚合物 -固相颗粒 -表面活性剂组成的高温三相泡沫体系放在 50℃的水浴中使之成胶,再把凝胶放入高压釜中加热到一定温度,考察在不同温度下凝胶的水化时间实验结果见图4。

由图可知三相泡沫体系的水化速度随着温度的升高而加快,在 200℃条件下可以保持较长时间的稳定性,而在较高温度下其稳定时间较短。

(2)凝胶体系水化速度:凝胶水化是一个缓慢过程,180℃时体系粘度随时间变化情况见图5。由此可见,凝胶体系在水化前的大多时间内具有很高的粘度,可以形成较好的封堵。

(3)原油对凝胶体系的影响:把原油与凝胶一起放入高压釜中,在 180℃下测其水化速度,实验结果见图6。说明原油对体系水化影响不大。

2.2.3 凝胶体系水化液的性能(1)洗油能力凝胶体系水化液、表面活性剂溶液、水在 50℃条件下对稠油的洗净能力见表5。可以看出凝胶体系水化液具有较好的洗油能力,有助于在油田开采时起助排作用。

表5 凝胶水化液的洗油能力

(2)降粘率 表面活性剂水溶液、凝胶体系水化液在50℃条件下对特油杜 32块稠油的降粘率见表6,可见凝胶体系水化液对特油稠油具有较好的降粘能力。

表6 凝胶水化液的降粘能力

(3)起泡能力:凝胶体系水化液的起泡能力见图7、图8,可见凝胶体系水化后具有优良的起泡能力,在条件具备时形成二次封堵并具有降粘、助排作用。

(4)防乳性能:含不同量表面活性剂的凝胶体系分别与稠油一起在 200℃下水化,水化物静止沉降后取上部油测含水率,结果见表7。

表7 凝胶体系水化后的防乳化能力

表7数据说明,凝胶体系在油层水化后,可以防止稠油与蒸汽冷凝水形成稳定的油外相乳状液,达到助排的目的。

2.2.4 封堵性能

表8 几种体系的封堵效果

对松散填充岩芯进行封堵性能试验,结果表明 (见表8),高温三相泡沫体系的封堵性能强于单一的凝胶体系和固相颗粒体系,所以采用高温三相泡沫体系可以取得更好的封堵效果。

3 现场应用

3.1 调剖剂用量设计 根据油井的处理半径、油层射开厚度、地层孔隙度等情况,用下式计算出高温三相泡沫调剖剂的用量。

式中:Q为药剂用量,m3;β为用量系数,常取 1.0～1.5;h为油层射开厚度,m;φ为地层孔隙度,%;R为油井处理半径,(一般为 1.5～2m)

3.2 施工工艺 高温三相泡沫调剖技术对管柱结构没有特殊要求,采用热采管柱完井,在注汽前一次性笼统注入。

3.3 现场应用效果 2006-2008年在齐 40块蒸汽驱共实施高温三相泡沫调剖封窜 22井次,有效 20井次,有效率 90.9%,有效期内平均单井增油 386吨,累计增油 7720吨。取得了较好的措施效果,达到了抑制汽窜、提高油层纵向动用程度的目的。

4 结论

(1)通过近几年的现场实验表明,高温三相泡沫调剖剂体系能明显抑制蒸汽驱油井的汽窜,并能提高吞吐引效井油层纵向动用程度,改善吸汽剖面,措施效果明显。

(2)对受汽窜影响较严重的的井,根据措施井的注汽参数、地层亏空情况、采出程度、油层厚度等相关因素与室内试验相结合,可以适当通过加大固相颗粒的浓度来达到较好的封堵效果。

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TF538.4

A

1003-3467(2010)04-0030-04

杨立军(1960-),女。1983年毕业于辽宁师范学院。副教授,现从事化学教研工作。