低渗透油藏泡沫驱油机理及应用现状研究论文_宋远飞

低渗透油藏泡沫驱油机理及应用现状研究论文_宋远飞

摘 要:低渗透油气藏在世界范围内分布范围广,储量大,在新探明储量中占得比例越来越大,是全球油气资源增产的主要来源,合理高效的开发低渗透油藏中的油气资源,是未来面临的主要问题。本文对泡沫驱油存在的问题做了阐述,并提出了泡沫驱油的发展方向。

关 键 词:低渗透;泡沫驱;空气;氮气;提高采收率

随着国内石油需求量越来越大,国内油田的产量早已满足不了市场的需求。据统计,我国大约60%的石油都需要依赖于进口,这严重制约着我国的经济发展。我国很多大油田都面临着优质三采资源匮乏,含水率持续上升的问题。气驱是提高低渗透油藏常用的方法,常用的注入气体有空气、氮气和二氧化碳等。注气可以维持油藏的压力,还可以改善流度比,但是注气采油也有它自身的缺陷,气窜现象会直接影响采收率的大小,有效控制和减轻气窜的影响是提高气驱采收率的关键技术。所以常规利用聚合物、复合物等方法提高石油开采量的方式已经不能满足现场的实际需求,急需开发出一种更为经济高效的采油技术。泡沫驱油以其自身良好的封堵性和对油水的选择性,是一项应用前景很好的三次采油方式。

1 泡沫驱油机理

 

1.1 补充地层压力,形成气体超覆作用

注入的泡沫在运移过程中会有部分破裂现象发生,气泡破裂后,气体在重力分异作用下会从孔道底部上升到顶部形成气顶,给油藏增加了气驱的能量,这部分能量有助于将注水无法波及到的剩余油替换出来,从而提高采收率。由于气体有很好的流动性和膨胀性,在能量释放时可以很好的助排、解堵、驱替,将原油更好的驱替出来。

1.2 堵水不堵油,堵大不堵小

泡沫具有选择性封堵作用,具有堵水不堵油的特性。它在低渗透层、含油饱和度高的地方不容易产生气泡,并慢慢溶于原油中,不堵塞孔道,形成气驱和水驱的双重作用,利于原油的运移。它在渗透率相对较高、含油饱和度低的地方容易产生气泡,渗流阻力增大,降低水相渗透率,从而提高了驱油效率。从而形成了堵水不堵油,堵大不堵小的效果。

1.3 降低油水界面张力,改变岩石润湿性

起泡剂本身是一种起泡效果很好的表面活性剂,可以很好的降低油水界面张力,在低渗透油藏中,可以减少油气通过狭窄孔喉的阻力,有利于油气在孔道中的运移。除此之外,表面活性剂可以将岩石表面由亲油转变为亲水,降低原油在岩石表面的粘附量,提高驱油效率。

1.4 乳化、降粘、携带作用

泡沫在孔道运移过程中,不仅仅可以改变岩石润湿性,还可以将原油不断地乳化,使原油从岩石表面不断地被抽提、剥离,最终形成大油滴,并被不断地携带出去。泡沫具有降粘的作用,随着注入压力的不断升高,部分注入气体溶解于原油当中,使原油粘度降低,随着压力的增加,原油中溶解的气体越多,粘度降低效果越明显,原油更容易被驱替至井底。

2 泡沫驱油技术应用现状

国外很早就开始了泡沫驱的研究工作,早在1958 年, Bond 和 Holbrook 通过对泡沫的研究,第一次提将泡沫引入到油气提高采收率领域。1961年,Fried 进行了泡沫驱替研究,发现泡沫可以大幅度提高气体的黏度,在油藏孔道中可对气体进行比较强的流度控制。随后泡沫驱油引起了人们的广泛关注,在数值模拟、室内实验方面都做了大量研究工作,驱油效果普遍较好,证明该技术的应用前景非常广阔。

1965 年,玉门油田最早进行泡沫驱油试验。在石油沟油田和玉门老君庙油田进行了 10 井次的矿场试验,其中 6 次效果比较显著。

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2010 年曲晗等人通过大量的氮气泡沫驱室内实验,发现泡沫驱采收率随着表面活性剂浓度增加而提高,但表面活性剂浓度超过 0.3%(wt)时,提高采收率幅度变小,这说明当表面活性剂浓度为 0.3%时是最合理的,既能最大限度提高采收率,又可以减少成本。泡沫注入 0.4 PV 比注入 0.3 PV 提高采收率幅度不到 1%,所以最合理的注入 PV 数是 0.3PV。

2011 年张建丽通过对空气泡沫驱微观驱油机理实验研究,发现发泡体系随温度升高,泡沫综合性能呈下降趋势,随着含油饱和度的增大,发泡体系性能呈现下降趋势。

2012 年耿小烬通过对泡沫驱采收率机理的研究,发现当气液比在 5 附近时,泡沫驱油效果最佳,为最佳气液比值;泡沫注入量越多,提高采收率程度越高,但是考虑到成本的问题,应该选取合理的注入量;原油黏度较高时,泡沫驱油效果较好,因为泡沫可以明显降低原油的粘度。

3 泡沫驱油存在的问题和研究方向

3.1 泡沫驱机理研究还不够深入

泡沫是一种稳定性差的体系,其在多孔介质中的运移规律和机理研究还停留在实验室阶段,与真实地层中实际运移规律相差很大,认识十分有限,尤其是泡沫的生成、破灭、运移规律的研究。这需要研制新的设备和利用新的方法,与其他学科紧密结合,才能对泡沫驱的驱油机理更深层次的认识,更好的将泡沫驱推广应用。

3.2 泡沫的发泡剂配方有待完善

泡沫体系的起泡性能和稳泡性能是评价泡沫体系性能的主要指标。泡沫起泡性能直接决定了驱油效果,起泡性能越好,产生的气泡越多,驱油效果越好。泡沫的稳定性是泡沫体系的最重要指标,泡沫稳定性能差会导致泡沫体系在地层的运移过程中发生破裂,驱替距离短、有效时间短,驱油效果受到限制。而起泡性能和稳泡性能较好的泡沫体系成本较高,不适合现场大规模应用。泡沫复合驱是维持泡沫稳定的一种方式,虽然采收率得到了提高,但聚合物和碱的加入同时带来了很多问题,加入高分子聚合物后,体系粘度增加,注入困难,在高温油藏、高盐油藏也难以实施。加入碱后,导致产出液乳化严重,会严重腐蚀井筒和设备,影响油井产能。同时聚合物和碱的加入也增加了成本。新型起泡剂和稳泡剂的研制。研制生成气泡量大、气泡稳定性好、低界面张力、在岩石表面吸附滞留量小的起泡剂是泡沫驱最重要的研究内容,同时也要考虑起泡剂和稳泡剂的配伍性,它们与地层水的配伍性等,这需要在化学剂合成领域做出突破。

3.3 泡沫驱现场应用问题

目前还没有形成一套合理的施工参数,目前的矿场试验大多采取气液同注或交替注入的方式,泡沫生成数量和气泡稳定性能并没有达到理想的效果,除此之外,合理的段塞大小、注气速度、表面活性剂浓度等都会影响生成泡沫的数量和质量,影响驱油效果。通过室内试验和现场施工,逐步形成一套合理高效的生产标准。更加合理高效的利用现有技术提高最终采收率。

4 结 论

泡沫驱油作为继水驱、气驱之后新的驱油方式,结合了气体和泡沫的优点,以独特的优势越来越得到人们的重视,是低渗透油藏提高采收率的又一个重要途径。可以很好地扩大波及体积和驱油效率,具有堵水不堵油,堵大不堵小的特性,而且降低油水界面张力,改变岩石润湿性,同时具有乳化、降粘、携带的作用,从而提高最终采收率。虽然泡沫驱还有许多问题存在,但通过技术创新,新型起泡剂、稳泡剂的合成,新设备的应用,在油田的应用规模必定会越来越大。目前我国的泡沫驱水平距世界先进水平还有一定差距,在矿场的应用十分有限,尤其在低渗油藏应用较少,急需要开发出一套与之匹配的泡沫驱技术,早日实现泡沫驱油的大规模应用,从而缓解我国石油紧缺的现状。

参考文献

[1]石亚琛, 戈薇娜, 孙超, 李进. 空气泡沫驱驱油机理与实验研究[J].当代化工, 2016 (12):2852-2855.

[2]徐峰,吴向红,郭肖,等.低渗透油藏泡沫驱影响因素分析[J].科学技术与工程,2014,14(26):210-213.

[3]冯宝俊,等.大庆油田水气交替注入提高采收率矿场试验[M].大庆:石油工业出版社,1995.

论文作者:宋远飞

论文发表刊物:《科技中国》2017年9期

论文发表时间:2018/2/9

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