蒸汽驅(qū)高溫三相泡沫調(diào)剖技術(shù)研究及應(yīng)用＊

楊立軍,朱龍江

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)高職學(xué)院,遼寧,沈陽,110122;2.遼河油田公司齊 40項目部)

蒸汽驅(qū)高溫三相泡沫調(diào)剖技術(shù)研究及應(yīng)用＊

楊立軍1,朱龍江2

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)高職學(xué)院,遼寧,沈陽,110122;2.遼河油田公司齊 40項目部)

遼河油田齊 40塊中深層稠油油藏蒸汽驅(qū)于 2006年底至 2008年一季度相繼轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)開發(fā),在蒸汽驅(qū)開發(fā)過程中個別汽驅(qū)井組由于油層層間矛盾較為突出,個別汽驅(qū)井組出現(xiàn)高溫、汽竄等問題,嚴(yán)重影響了井組的生產(chǎn)效果。為了進(jìn)一步改善井組的生產(chǎn)效果,抑制汽竄加劇的現(xiàn)象,研制并引進(jìn)實施了高溫三相泡沫調(diào)剖技術(shù),相繼在齊 40塊蒸汽驅(qū)汽竄井封竄、吞吐引效井高溫調(diào)剖上應(yīng)用均取得了較好的生產(chǎn)效果。達(dá)到了改善吸汽剖面提高油層縱向動用程度、抑制汽竄的目的。該項技術(shù)的成功應(yīng)用對齊 40塊蒸汽驅(qū)高溫汽竄井抑制汽竄及改善吞吐引效井的調(diào)剖生產(chǎn)效果具有重要意義。

蒸汽驅(qū);高溫三相泡沫調(diào)剖技術(shù);研究及應(yīng)用

遼河油田齊 40塊中深層稠油油藏儲層膠結(jié)疏松、孔隙度高、非均質(zhì)性較嚴(yán)重。齊 40塊在轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)開發(fā)后,層間矛盾較為突出,在汽驅(qū)開采過程中,特別是籠統(tǒng)蒸汽驅(qū)注汽井組部分生產(chǎn)井出現(xiàn)高溫、汽竄等現(xiàn)象,影響了油井的正常生產(chǎn)。另外蒸汽驅(qū)部分未受效井組需進(jìn)行吞吐引效加強(qiáng)與注汽井的熱連通,而吞吐引效井在經(jīng)過多輪次蒸汽吞吐生產(chǎn)后,注汽指進(jìn)和汽竄現(xiàn)象亦極為普遍。其原因是:稠油儲集層本身不均質(zhì)性嚴(yán)重,層間和平面上滲透率級差很大;多輪次吞吐改變了地層組份,破壞了地層結(jié)構(gòu),產(chǎn)生了汽竄通道。同時由于多輪次吞吐在高滲透率大孔道中進(jìn)行,造成稠油中的重組分和運(yùn)移的粘土顆粒在低滲區(qū)沉積堵塞;另外蒸汽冷凝水和稠油形成的乳狀液也極易滯留在地層中,造成開采困難。從2006年開始結(jié)合齊 40塊的具體油藏特點,通過大量室內(nèi)實驗,研制高溫三相泡沫調(diào)剖體系,3年多來在齊 40塊蒸汽驅(qū)現(xiàn)場應(yīng)用 22口井,達(dá)到封堵汽竄、提高油層縱向動用程度的目的。

1 封竄機(jī)理

高溫三相泡沫調(diào)剖劑體系主要由聚合物凝膠―固相顆粒―表面活性劑組成的綜合體系。在地層中靠三相泡沫體系達(dá)到調(diào)剖助排作用,其應(yīng)用原理如下:(1)聚合物溶液攜帶的固相顆粒進(jìn)入高滲透層,起到封堵作用;(2)聚合物溶液在一定溫度條件下形成凝膠后,增加體系強(qiáng)度,增強(qiáng)封堵效果;(3)隨著注汽時間的延長,地層溫度達(dá)到 200℃以上時,凝膠體系逐漸水化,釋放出高溫表面活性劑及氮?dú)?。表面活性劑在氮?dú)?蒸汽及蒸汽冷凝水作用下,形成良好的泡沫體,因在地層中的“賈敏效應(yīng)”而形成二次調(diào)剖作用,控制、改變蒸汽走向。(4)凝膠體系逐漸水化釋放出的高溫表面活性劑,其溶液可以有效剝離巖石表面油膜,改變地層潤濕性,防止蒸汽冷凝水與稠油形成油包水乳狀液。同時表面活性劑、冷凝水與稠油能形成良好的水包油乳狀液,大大地降低了稠油粘度,從而改善地層流體的流動性,起到降粘助排作用。

2 調(diào)剖體系性能實驗

2.1 基本配方確定 根據(jù)齊 40區(qū)塊油井的具體需要,調(diào)剖劑應(yīng)具備較高的耐溫性和較好的封堵性能,同時在一定條件下逐漸水化,水化產(chǎn)物具有優(yōu)良的表面活性,油井開采時起到降粘、助排作用。通過對各種調(diào)剖、降粘、助排化學(xué)劑的研究篩選,初步確定對聚合物―固相顆粒―表面活性劑體系進(jìn)行試驗。其體系主要組成為:部分水解聚丙烯酰胺、有機(jī)交聯(lián)劑 (酚醛樹脂)、熱穩(wěn)定劑、木素纖維、復(fù)合樹脂、表面活性劑及AC發(fā)泡劑。

2.2 體系性能實驗

2.2.1 凝膠試驗

(1) 基礎(chǔ)凝膠體系 用分子量為 800-1000萬 (水解度為25%)的HPAM、酚醛樹脂、熱穩(wěn)定劑進(jìn)行成膠試驗。分別將各組分按不同量加入水中,配成均勻體系后放置在 50℃恒溫水浴中,定時觀察溶液粘度變化情況,當(dāng)體系失去流動時視為成膠時間。不同的HPAM濃度時體系成膠情況見表1、圖1;不同交聯(lián)劑濃度時體系成膠情況見表2、圖2。

表1 不同 HPAM濃度時體系成膠情況

表2 不同交聯(lián)劑濃度時體系成膠情況

實驗證明,一定組份的HPAM、交聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑體系可以形成較理想的凝膠,并且成膠時間可控。根據(jù)油田油井的具體情況及成本情況,我們認(rèn)為該體系:0.8%HPAM+0.4%交聯(lián)劑 +0.25%熱穩(wěn)定劑 比較理想。(2)固相顆粒對凝膠的影響 加入固相顆粒的目的是提高凝膠強(qiáng)度,從而提高體系的封堵性能,封堵能力與固相顆粒粒徑匹配及加量有關(guān)。通過粒徑分析、試驗,我們選擇了三種固相。 一是木素纖維,它的外形是纖維狀,纖維直徑是0.2μm,耐溫能達(dá)到300℃以上;二是復(fù)合樹脂,它的外形是粒狀的,直徑為20μm,耐溫達(dá)到 250℃以上;三是 AC發(fā)泡劑,在 200℃條件下釋放出氮?dú)?每 1噸 AC發(fā)泡劑能釋放出 175m3的氮?dú)?。木素纖維、復(fù)合樹脂、AC發(fā)泡劑按比例加入凝膠體系后,其凝膠體系狀態(tài)良好,見圖3。它們可以用來作為調(diào)剖劑的添加物。

從圖3可以看出,體系凝膠強(qiáng)度隨著木素纖維加量的增大,凝膠強(qiáng)度增大。而復(fù)合樹脂和 AC發(fā)泡劑對體系的凝膠強(qiáng)度基本沒有影響。根據(jù)室內(nèi)實驗及現(xiàn)場經(jīng)驗,我們確定這三種固相的使用比例為:木樹纖維:復(fù)合樹脂:AC發(fā)泡劑 =3:1:0.5;固相總的加量范圍為 4-8%。

(3)表面活性劑對凝膠的影響 通過對多種表面活性劑的試驗,我們選擇了兩種比較合適的表面活性劑。一種是陰離子表面活性劑 PES,另一種是非離子表面活性劑 OPE,其基本性能見表3?？梢婈庪x子表面活性劑 PES和非離子表面活性劑OPE都具有良好的耐溫性和優(yōu)良的表面活性,可用于稠油的注汽和開采。尤其是把這兩種表面活性劑按一定比例混合后,其性能更優(yōu)良,這就是表面活性劑復(fù)配的效果。

表3 表面活性劑基本性能

把 PES、OPE混合物加入前述聚合物 -固相顆粒體系中,成膠情況如表4。從表4中數(shù)據(jù)可以看出,該聚合物 -固相顆粒 -表面活性劑體系在一定條件下可以形成良好的凝膠體系,其成膠速度可調(diào)。

表4 加入 PES、OPE混合物后體系的成膠情況

2.2.2 耐溫水化實驗 凝膠體系水化程度決定體系的封堵有效期和體系中表面活性劑釋放程度。生產(chǎn)工藝要求凝膠體系在較低溫度下具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,可以保持有效的封堵性能,而在較高溫度下穩(wěn)定性降低,逐漸徹底水化釋放出氮?dú)夂捅砻婊钚詣?/p>

(1)凝膠體系在不同溫度下的水化時間 把聚合物 -固相顆粒 -表面活性劑組成的高溫三相泡沫體系放在 50℃的水浴中使之成膠,再把凝膠放入高壓釜中加熱到一定溫度,考察在不同溫度下凝膠的水化時間實驗結(jié)果見圖4。

由圖可知三相泡沫體系的水化速度隨著溫度的升高而加快,在 200℃條件下可以保持較長時間的穩(wěn)定性,而在較高溫度下其穩(wěn)定時間較短。

(2)凝膠體系水化速度:凝膠水化是一個緩慢過程,180℃時體系粘度隨時間變化情況見圖5。由此可見,凝膠體系在水化前的大多時間內(nèi)具有很高的粘度,可以形成較好的封堵。

(3)原油對凝膠體系的影響:把原油與凝膠一起放入高壓釜中,在 180℃下測其水化速度,實驗結(jié)果見圖6。說明原油對體系水化影響不大。

2.2.3 凝膠體系水化液的性能(1)洗油能力凝膠體系水化液、表面活性劑溶液、水在 50℃條件下對稠油的洗凈能力見表5。可以看出凝膠體系水化液具有較好的洗油能力,有助于在油田開采時起助排作用。

表5 凝膠水化液的洗油能力

(2)降粘率 表面活性劑水溶液、凝膠體系水化液在50℃條件下對特油杜 32塊稠油的降粘率見表6,可見凝膠體系水化液對特油稠油具有較好的降粘能力。

表6 凝膠水化液的降粘能力

(3)起泡能力:凝膠體系水化液的起泡能力見圖7、圖8,可見凝膠體系水化后具有優(yōu)良的起泡能力,在條件具備時形成二次封堵并具有降粘、助排作用。

(4)防乳性能:含不同量表面活性劑的凝膠體系分別與稠油一起在 200℃下水化,水化物靜止沉降后取上部油測含水率,結(jié)果見表7。

表7 凝膠體系水化后的防乳化能力

表7數(shù)據(jù)說明,凝膠體系在油層水化后,可以防止稠油與蒸汽冷凝水形成穩(wěn)定的油外相乳狀液,達(dá)到助排的目的。

2.2.4 封堵性能

表8 幾種體系的封堵效果

對松散填充巖芯進(jìn)行封堵性能試驗,結(jié)果表明 (見表8),高溫三相泡沫體系的封堵性能強(qiáng)于單一的凝膠體系和固相顆粒體系,所以采用高溫三相泡沫體系可以取得更好的封堵效果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 調(diào)剖劑用量設(shè)計 根據(jù)油井的處理半徑、油層射開厚度、地層孔隙度等情況,用下式計算出高溫三相泡沫調(diào)剖劑的用量。

式中:Q為藥劑用量,m3;β為用量系數(shù),常取 1.0～1.5;h為油層射開厚度,m;φ為地層孔隙度,%;R為油井處理半徑,(一般為 1.5～2m)

3.2 施工工藝 高溫三相泡沫調(diào)剖技術(shù)對管柱結(jié)構(gòu)沒有特殊要求,采用熱采管柱完井,在注汽前一次性籠統(tǒng)注入。

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果 2006-2008年在齊 40塊蒸汽驅(qū)共實施高溫三相泡沫調(diào)剖封竄 22井次,有效 20井次,有效率 90.9%,有效期內(nèi)平均單井增油 386噸,累計增油 7720噸。取得了較好的措施效果,達(dá)到了抑制汽竄、提高油層縱向動用程度的目的。

4 結(jié)論

(1)通過近幾年的現(xiàn)場實驗表明,高溫三相泡沫調(diào)剖劑體系能明顯抑制蒸汽驅(qū)油井的汽竄,并能提高吞吐引效井油層縱向動用程度,改善吸汽剖面,措施效果明顯。

(2)對受汽竄影響較嚴(yán)重的的井,根據(jù)措施井的注汽參數(shù)、地層虧空情況、采出程度、油層厚度等相關(guān)因素與室內(nèi)試驗相結(jié)合,可以適當(dāng)通過加大固相顆粒的濃度來達(dá)到較好的封堵效果。

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TF538.4

A

1003-3467(2010)04-0030-04

楊立軍(1960-),女。1983年畢業(yè)于遼寧師范學(xué)院。副教授,現(xiàn)從事化學(xué)教研工作。