冀東油田用CO2泡沫驅體系篩選與評價

紀娜　馬英　李芳芳　楊曉拂　張帆

摘 要：目前冀東油田已經進入高含水開發期，三采工作已經開始，CO2驅油作為新技術已經在高淺北等區塊開展實施，但在具體施工過程中出現了地層內竄流問題，嚴重影響了提高采收率的效果。室內開展了一系列泡沫體系的評價手段， 研究開發新的適合冀東油田的地層封堵技術，最大限度地抑制層間水、氣的竄流。優選出了一種由陰離子表面活性劑和其他藥劑復配而成的BH-1泡沫體系，確定了現場BH-1泡沫體系的最優加量為0.8%，氣液比為1：1。滲透率氣液比是影響泡沫封堵能力的最主要的因素，隨著滲透率和氣液比的增加，泡沫的封堵能力均呈現現增加后減小的趨勢;泡沫封堵竄流通道的能力減弱，在氣液比達到1：1的時候達到最佳的封堵效果。

關鍵詞：CO2驅;泡沫驅;綜合指數;封堵能力

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

秒表、電子天平（AR1530/C、分辨率0.001g）、變頻高速攪拌器（GJS-B12K）、恒溫箱（DHP-9082）、量筒（500 mL）等。

1.2 實驗藥品

發泡劑：JRPM-1、JRF-2、ZY-1、SD、HM-2;實驗用水：冀東油田高尚堡高淺北區塊地層水;試驗用油：密度0.8613g/cm3，黏度11.68MPa.s（油層溫度50℃），凝固點36℃;試驗用巖心：人造巖心，滲透率8×10-2-1×10-3μm2，尺寸100mm×Φ25mm。

1.3 實驗方法

1.3.1 泡沫劑的性能評價

本實驗所用的方法為高速攪拌法，該法所用儀器為高速攪拌器，試驗時，先將100 mL表面活性劑（起泡劑）溶液在恒溫水浴鍋中恒溫至實驗溫度，開啟攪拌器，在2000±100 r/min轉速下攪拌溶液1 min，關閉攪拌器，開始計時;記錄起泡劑的泡沫體積（起泡能力）。將攪拌量杯中泡沫快速倒入500 mL恒溫（實驗溫度）量筒中，記錄最大泡沫體積，記為V;然后記錄量筒中泡沫泡沫析出50 mL液體所需時間，稱為析液半衰期，記為t1/2;體積衰減一半時所需時間，稱為泡沫半衰期，記為T1/2。為了考察泡沫質量和泡沫半衰期對泡沫性能的綜合影響，提出了泡沫綜合指數概念，泡沫綜合指數綜合表征了泡沫的發泡效果和泡沫穩定性。[2]

通過進行室內試驗，得到發泡及消泡時間與泡沫高度h之間的關系，表示為泡沫的綜合指數（FCI）。用曲線方程h=f（t）表示，則有：

為了方便計算，近似將梯形ABCD的面積當成S，即得到以下公式：

FCI=S=0.75hmaxt1/2

1.3.2 泡沫劑的封堵實驗

巖心的滲透率對泡沫體系的封堵能力有較大的影響，滲透率越大泡沫體系封堵能力就越強，也就是所謂的堵大不堵小。

巖心驅替實驗方法：室內配制濃度為0.8%的泡沫劑JRPM-1溶液。用500 mL的燒杯，稱量蒸餾水496 g，發泡劑4 g，用電動攪拌器攪拌5 min，配制成濃度為0.8%發泡劑溶液，待用;安裝巖心夾持器。選用10 cm的人造巖心，滲透率范圍在100～300×10-3um2之間，然后將巖心進行抽真空飽和后，接好進出口和圍壓的進口，擰緊;將配制好的泡沫劑JYPM-1溶液裝入驅替裝置的樣品罐中，連接好氣源、注入液體的管線，設置高壓氮氣瓶的出口壓力為0.2 MPa;啟動驅替裝置注入泵，設置注入泡沫劑JYPM-1的速度為2 mL/min，注入氣體的速度為2 mL/min，（氣液比1：1），接通氣源，開始進行泡沫劑JYPM-1驅實驗，進行數據記錄。

2 結果與討論

2.1 氣液比確定

氣液比也是影響泡沫性能的重要指標。實驗設定氣液體積比為1：2，1：1，2：1，4：1，泡沫劑的濃度為0.5%。在65℃實驗條件下得到如圖2所示的結果，表明在所測的范圍內氣液比越大，泡沫的綜合指數越高，但是綜合泡沫的性能和經濟效益考慮，確定泡沫劑的最佳氣液比1：1。

2.2 泡沫體系優選

用現場水配制質量分數為0.5%的泡沫劑溶液，在固定氣液比為1：1的情況下，65℃實驗條件下測量其泡沫的半衰期，起泡高度及泡沫的綜合指數。由表1可知，泡沫劑JRPM-1的綜合指數最高，無論在發泡和穩泡上都有很好的性能，是一種性能很穩定的起泡劑。

2.3 泡沫劑濃度確定

設定實驗溫度為65℃，發泡體積為CO2，氣體的氣液體積比分別為1：1，1：2，2：1，4：1，并配制不同質量分數分別為0.1%，0.3%，0.5%，0.7%，0.9%的JRPM-1泡沫劑溶液，測定不同質量分數的泡沫劑對泡沫性能的影響，由圖1可知，泡沫劑JRPM-1的濃度由0.1%-0.5%綜合指數增長很快，但濃度0.5%后泡沫的綜合指數增長緩慢并趨于平穩，最終確定泡沫劑的發泡濃度為0.5%。

2.4 CO2泡沫巖心驅替實驗

10cm低滲透率（kg=200-400md）巖心65℃下驅替

10cm低滲透率（kg=200-400md）巖心65℃下驅替結果見圖3。

由圖3可得出，10 cm低滲透率（kg=200-400md）巖心65℃下驅替的泡沫封堵率為83.97%，殘余封堵率為88.60%。阻力因子為12.34，殘余阻力因子為12.45。

通過以上實驗我們可以看出：封堵率和氣液比是影響泡沫封堵能力的主要因素，在加溫條件，即65 ℃條件下，對水驅滲透率為140 md的巖心。泡沫的封堵效果較好，阻力因子超過12.00;加溫條件下，泡沫劑的瞬時封堵能力較強，雖然不能保持穩定，但依然具有封堵效果，并且殘余封堵效果較好。在2.3中也可以的出在氣液比約為1：1時，封堵效果較好。

3 現場試驗

在室內研究基礎上，在冀東油田采用該體系進行了現場應用試驗，注泡沫時，壓力明顯上升，說明泡沫體系起到封堵作用。髙淺北區Ng6小層CO2氣體泡沫交替驅試驗區綜合開采，經過CO2+泡沫驅見到明顯效果。日產油由注入前的3.2t上升到2014年1月26日的7.4t，含水由98.2%下降到93.2%，累計增產原油343t。從見效井來看，受效后油井含水降低，日產油顯著升高，尤其是G104-5P82井最為明顯，日產油約0.52t上升到日產液11.8m3，日產油2.34t，日增油1.8t，至2014年1月27日累計增產原油148t。有力地證明了CO2+泡沫驅中兩者協同作用，提高了原油采收率水平。

4 結論與建議

通過上述實驗，從以上5種起泡劑中優選出陰離子表面活性劑類JRPM-1泡沫劑。JRPM-1泡沫劑的泡沫高度為14.7h/cm，半衰期400s，綜合指數為4000。

最終確定的發泡劑的濃度為0.5%，綜合泡沫的性能和經濟效益考慮，確定泡沫劑的最佳氣液比1：1。

封堵率和氣液比是影響泡沫封堵能力的主要因素。

參考文獻：

[1]岳湘安，趙仁寶，趙鳳蘭，我國CO2提高石油采用收率面臨的技術挑戰[J].中國科技論文在線，2007，2（7）：487-491.

[2]劉宏生，聚驅后超低界面張力泡沫復合驅實驗研究[J].西安石油大學學報（自然科學版），2012，27（3）：72-75.