稠油热采氮气泡沫辅助蒸汽驱技术研究及应用——以河南油田稠油开发为例

毕长会，王 泊，白长奇，田一鸣，何知鹏

(1.中国石化河南油田分公司第二采油厂，河南唐河 473400;2.中国地质大学(北京)能源学院)

蒸汽窜流是稠油蒸汽驱开采过程中最常见的技术难题，汽窜易导致蒸汽驱替波及范围小、油藏动用不均、原油采收率低。应用氮气泡沫辅助蒸汽驱技术，可以有效地控制蒸汽窜流，提高注入蒸汽的波及体积，改善蒸汽驱开发效果[1-5]。但在汽驱过程中注入氮气泡沫时，由于驱替油藏处于高温高压环境下，需对氮气泡沫的耐受性和注入参数进行实验模拟研究，以配套完善氮气泡沫辅助蒸汽驱技术。

1 发泡剂的耐温性和封堵性评价

采集4种高温发泡剂(1#、2#、TFP、ZWF)样品，分别进行高温下的表(界)面张力、发(稳)泡性能和封堵性能评价实验，从中优选出最佳的发泡剂。实验中发泡剂的质量分数均为0.5%。

1.1 发泡剂的表面张力和界面张力实验评价

实验测试结果见表1、表2所示。实验结果表明：高温下，随着加热时间的增加，发泡剂的表面张力和界面张力均有不同程度的增大；ZWF发泡剂受热后的界面张力最小，其次为TFP发泡剂。

表1 250℃下不同时间后的表面张力测试结果 mN/m

1．2 发泡剂的耐温性能实验评价

一般耐温性评价是将发泡剂溶液置于80℃下恒温72 h，取出降至室温，再评价其发泡性能；考虑到要应用于稠油蒸汽驱，注汽温度较高，因此实验发泡剂的耐受温度设定为250℃，受热测试时间设定为7天。实验结果表明(表3)：随着受热时间的增加，发泡剂的发泡体积和半衰期均呈下降趋势，说明高温对发泡剂的发泡性能和稳泡性能影响较大。1#和2#发泡剂的耐受高温性能较差；高温下，ZWF发泡剂的发泡性能较好，TFP发泡剂的稳泡性能较强。

表2 250℃下不同时间后的界面张力测试结果 mN/m

1．3 发泡剂封堵性能实验评价

评价发泡剂的封堵性能主要是考察其阻力因子和残余阻力因子，驱替过程以蒸汽作为介质测定，实验参数见表4。实验装置为单管模型，发泡剂选用ZWF和TFP，发泡剂质量分数均为0.5%，气液比设定为2∶1。

阻力因子及残余阻力因子评价结果见表5。实验结果表明：随着温度的增加，泡沫的阻力因子和残余阻力因子均呈下降趋势，说明泡沫的封堵性能逐渐降低；从高温下的封堵性能来看，ZWF发泡剂的封堵性能最强，其次为TFP发泡剂。

表3 250℃时不同受热时间对起泡能力的影响

表4 封堵性能实验参数设计

表5 发泡剂阻力因子及残余阻力因子测试数据

注：XXX表示发泡剂样品的阻力因子,XXX-R表示发泡剂样品的残余阻力因子

综合分析，TFP和ZWF两种发泡剂能够满足蒸汽驱汽窜治理和剖面调整的要求。

1.4 发泡剂注入浓度优化

发泡剂选择TFP，其质量分数分别为0.25%、0.5%、2.5%，测定其不同浓度下的阻力因子，实验结果见图1。实验结果表明：发泡剂质量分数在0.5%时的阻力因子最大，说明其封堵性能最好；因此，最佳发泡剂注入质量分数选择为0.5%。

图1 TFP发泡剂不同浓度下的阻力因子

2 不同渗透率级差下氮气泡沫辅助蒸汽驱替特征实验研究

开展不同渗透率级差下的氮气泡沫辅助蒸汽驱替分流实验，研究其级差适应性及启动压差特征，五管参数见表6。实验条件参数：填砂管 350 mm×Φ38 mm(五管)；蒸汽驱阶段蒸汽注入速度6 mL/min；蒸汽氮气泡沫驱阶段蒸汽注入速度1.5 mL/min；选用质量分数0.5%TFP发泡剂注入速度0.5 mL/min；氮气4 mL/min；蒸汽温度250 ℃，恒温箱温度60 ℃；回压1.0M Pa。

表6 五管参数

实验结果见表7、表8和图2所示。从表7、表8可以看出，注蒸汽驱替阶段，初期只有5#高渗管动用，随着蒸汽的注入，4#次高渗管也得到动用，而其它渗透率的管由于级差的影响均未能有效动用；随着泡沫的注入，泡沫封堵性能的增强，3#～1#中低渗管级差依次启动，五管驱替注采压差最高达到了610 kPa，说明氮气泡沫的稳定形成对高渗管起到了较好的封堵效果。由图2可以看出，驱替注入蒸汽氮气泡沫时，不同渗透率五管可全部启动，驱替管的渗透率越大，其驱油效率越高。

表7 各个填砂管启动数据统计

表8 注入压差数据

图2 不同渗透率五管驱油效率对比

3 氮气泡沫辅助蒸汽驱现场应用

2012年，氮气泡沫辅助蒸汽驱技术在河南油田新浅45断块7个蒸汽驱井组上进行现场应用，工艺成功率和措施有效率均为100%；该蒸汽驱井组可动用地质储量38.45×104t，措施前蒸汽驱阶段油汽比为0.1，实施泡沫辅助蒸汽驱后阶段油汽比提高到0.15，累计增油2501.9 t，提高采收率0.65个百分点，措施效果见表9。

4 结论与认识

(1)通过对高温发泡剂的耐温性和封堵性评价，优选出高温下发泡、稳泡性能和封堵性能好的发泡剂，能够满足蒸汽驱汽窜治理和剖面调整的要求。发泡剂注入质量分数优选为0.5%。

表9 氮气泡沫辅助蒸汽驱效果统计

(2)对不同渗透率级差下氮气泡沫辅助蒸汽驱特征研究表明，驱替管的渗透率越大，驱油效率越高；五管驱替注采压差最高达到了610 kPa，说明氮气泡沫的稳定形成对高渗管起到了较好的封堵效果。

(3)现场应用取得了较好的效果，共实施7井组，工艺成功率和措施有效率均为100%，增油2501.9 t。这项技术为河南油田新浅45蒸汽驱的平稳生产发挥了重要作用。

[1] 刘慧卿，范玉平.热力采油技术原理与方法[M].山东东营：石油大学出版社，2000：3-5.

[2] 汪庐山，曹嫣镔.泡沫改善间歇蒸汽驱开发效果[J]．石油钻采工艺，2007，29(1)：79-81．

[3] 李玉君.杜84块氮气辅助SAGD开采技术现场试验分析[J]．石油地质与工程，2013，27(2)：63-64，67.

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[5] 王书林，李伟东，白长琦，等.河南油田蒸汽吞吐井氮气泡沫抑制边水技术研究[J]．石油地质与工程，2013，27(5)：120-124.