空气泡沫驱油机理及腐蚀防护的研究进展

在低渗超低渗透油藏中,空气泡沫驱油技术具有改善储层的渗流特性、提高油田采收率的作用。但是随着油田开发时间的延长,空气泡沫驱油系统会出现严重的腐蚀问题,尤其是高含氧驱油系统中的氧腐蚀问题,会大幅度缩短驱油系统的使用寿命,甚至会导致油田停产,造成严重的经济损失,因此在空气泡沫驱油的过程中,选择合适的防腐措施十分重要。本文分析了空气泡沫驱油的腐蚀因素及机理,提出了针对性的防腐措施,以有效缓解驱油过程中的腐蚀问题。

不同泡沫体系油藏适应性数值模拟

针对不同泡沫体系在油藏尺度条件下适应性认识不清的问题,通过求解泡沫驱局部平衡模型,拟合岩心实验得到表征不同泡沫性能的模型参数,开展泡沫驱提高采收率研究,确定了各泡沫体系的油藏适应性。实验表明:原体系适应泡沫干度范围窄、抗油性差,复配体系在较低质量分数和渗流速度下可充分形成泡沫,强化体系适应的泡沫干度范围较宽、抗油性强,但发泡性较差。数值模拟表明:泡沫段塞注入量不宜超过0.4 PV;原体系适应的油藏厚度较小;复配体系发泡能力强、运移距离远,适应绝大部分油藏条件;强化体系受发泡性能影响,适应高渗透带发育、流线集中以及原油黏度较大的油藏条件。研究结果为矿场合理选用泡沫体系提供了决策依据。

微尺度下泡沫贾敏效应数值模拟分析

为考察泡沫流体的注入速率、液相黏度、表面张力、曲率半径对通过孔喉时产生的贾敏效应阻力的影响,建立了孔喉几何模型,采用水平集方法追踪界面变化,研究了微尺度下贾敏效应下泡沫的运移规律。结果表明,注入速率越大,注入压力越大,贾敏效应阻力越大;液相黏度越大,泡沫液膜强度越大,贾敏效应阻力越大;贾敏效应阻力与表面张力呈正相关关系,表面张力越大,较难发生形变,所需的驱动力就越大;贾敏效应阻力与曲率半径呈负相关关系,曲率半径越大,贾敏效应阻力越小。该研究结果对油气田开发中合理利用贾敏效应具有一定的借鉴意义。

稠油油藏吞吐后转氮气泡沫驱

氮气泡沫驱能有效改善稠油油藏蒸汽吞吐和水驱后期的开发效果。以辽河油田某区块莲花油层稠油油藏为对象,开展氮气泡沫驱研究。通过岩心驱替实验,确定了氮气泡沫驱的最佳气液比;利用油藏数值模拟技术,建立了三维地质模型,进行了目标区块历史拟合。在此基础上,优化了氮气泡沫驱注采设计方案,预测对比了方案实施后的效果。研究结果表明:目标区块宜采用注泡沫2个月后开井生产4个月的周期氮气泡沫驱开发方式,注入最佳气液比为1.3:1,发泡剂最佳使用质量分数为0.45%,单井注入速度为45 m^3/d;与同期注水开发预测结果相比,周期氮气泡沫驱的预测阶段采收率可提高6.09%。氮气泡沫驱技术可显著提高该区块稠油油藏采收率。

塔河油田高温高盐油藏氮气泡沫调驱技术

为降低塔河油田边底水高温高盐油藏的含水率，提高产油量，进行了氮气泡沫调驱技术研究。通过评价耐温耐盐发泡剂的性能，优选出了适用于塔河油田高温高盐油藏的发泡剂，并通过室内岩心驱替试验，分析了泡沫注入时机、注入量、注入方式对氮气泡沫调驱效果的影响。结果表明：发泡剂GD-2在130℃下，210000mg／L矿化度的情况下，老化10d后的半衰期可以维持在850s，耐温耐盐性能较好，适合在塔河油田使用；水驱至含水率为80％～90％时，注入氮气泡沫采收率提高幅度最大；氮气泡沫的注入量为0．5倍孔隙体积时，采收率提高幅度最大；段塞方式注入氮气泡沫的采收率提高幅度比连续注入方式和气液交替注入方式大。塔河油田TK202H井组的现场试验表明：注入氮气泡沫进行调驱后，3口生产井的产油量得到提高，含水率得到降低。这表明，塔河油田边底水高温高盐油藏采用氮气泡沫调驱技术可以降低含水率，提高油井产量。

强碱三元复合驱对储层的伤害及结垢研究

为研究强碱三元复合驱对储层的伤害，了解强碱体系是否造成储层内部结垢，对位于大庆油田杏二区中部强碱三元复合驱工业性试验区注三元复合体系前后分别钻取的2口密闭取心检查井的同层位岩心进行了对比检测研究。2口检查井岩心的X-射线衍射谱图形一致，特征衍射峰的形状、位置对应较好；能谱结果显示三元体系驱替后的岩心中钙镁元素没有发生聚集。表明三元复合驱体系对储层的伤害很小，三元复合体系驱替后储层孔道内没有生成堵塞性钙镁结垢。

超低渗裂缝性油藏泡沫辅助空气驱油实验

鄂尔多斯盆地南部红河油田长8油藏为典型的超低渗裂缝性油藏,水驱开发中注入水沿裂缝窜流,导致油井水淹。泡沫辅助空气驱油技术是利用空气作为驱替介质,同时采用泡沫作为调剖剂来封堵裂缝,从而达到提高采收率的目的,是非均质性强、高含水油藏提高原油采收率最有发展前景的技术之一。为此,对超低渗裂缝性油藏泡沫辅助空气驱油进行了研究。实验表明,红河油田长8油藏原油在油藏条件下能发生低温氧化反应,同时泡沫对高渗透率地层具有较好的封堵性能,能有效地防止注入空气窜流;相比于水驱,泡沫辅助空气驱油技术能大幅度提高原油采收率,同时气体突破时氧气含量在甲烷-空气混合物的爆炸极限以下。

阴阳离子表面活性剂复配型泡排剂的性能

该文运用阴阳离子表面活性剂复配体系具有协同效应和形成囊泡使泡沫稳定性增加的特点,优选出一类新型的用于气井泡沫排水的复配型泡排剂。结果表明,当阳离子表面活性剂的碳链长度小于16时,碳链越长,泡沫稳定性越好。利用正交实验设计,得到最佳质量比为m〔十二烷基硫酸钠(SDS)〕∶m〔α-烯烃磺酸钠(AOS)〕∶m〔脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)〕∶m〔十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)〕=1∶2∶2∶2,半衰期接近SDS的4倍,引入聚氧乙烯链使泡沫稳定性增加。在一定Na+浓度范围内,体系泡沫黏度最大值为112 mPa.s,半衰期最大值为50 min;但Ca2+使体系容易形成沉淀,泡沫的性能变差。体系10 min时的泡沫携液体积为126.5 mL,与甲醇的配伍性好。

振动辅助凝胶氮气泡沫调驱实验

振动和凝胶氮气泡沫均可提高油田开采效果，而振动辅助凝胶氮气泡沫研究得较少。利用自制的波场动态模拟实验装置进行静、动态物理模拟，评价复合调驱效果，静态模拟实验优选得到M1和M2起泡剂体系最佳振动频率分别为10Hz和15Hz、最佳振动加速度均为0．3m／s2；在最优振动参数下，动态物理模拟实验结果表明，振动辅助氮气泡沫驱比单独水驱和凝胶氮气泡沫驱的采收率分别提高50．2％和7．4％。与单独凝胶氮气泡沫驱相比，振动辅助凝胶氮气泡沫驱可有效提高泡沫起泡能力、稳泡能力和封堵能力，证明振动用于辅助泡沫调驱可进一步提高油藏采收率。

表面活性剂对煤岩润湿性及相对渗透率的影响

采用煤粉自吸法,分别研究了阴离子表面活性剂——石油磺酸盐和阳离子表面活性剂——十六烷基三甲基溴化铵与煤岩接触后,对煤岩表面润湿性的影响。通过稳定法测定了煤岩吸附活性剂和气-液界面张力改变对煤层气储层气-液两相相对渗透率曲线的影响。试验结果表明,煤岩表面润湿性呈弱亲水性,在吸附阴离子表面活性剂后煤岩亲水性增强,气相相对渗透率下降,液相相对渗透率升高。阳离子表面活性剂对润湿性改变作用较小,气液界面张力降低后,气相相对渗透率升高,有利于煤层气产出。

凝胶泡沫数值模拟方法

针对目前缺少凝胶泡沫驱数值模拟方法的问题,在普通泡沫数值模拟方法的基础上,考虑到凝胶泡沫的物理化学特性,将组分数值模拟器的组分数从5增加到9。通过组分间化学反应方程式和反应速率的控制,描述了凝胶泡沫生成、破灭等机理。通过对流体黏度和相对渗透率的修正,描述了凝胶泡沫增黏、封堵等机理。根据室内实验结果,对凝胶泡沫组分数值模拟器中各组分物化参数进行赋值,并提出了考虑凝胶泡沫生成、凝胶泡沫破灭反应的组分数值模拟器的求解方法。利用建立的凝胶泡沫数值模拟器对室内实验结果进行拟合,达到了较高的拟合精度,凝胶泡沫数值模拟方法准确可靠。

天然气泡沫体系流度控制能力影响因素

大量现场应用发现,泡沫驱作为一种有效提高采收率的方式,合适的注入参数可使其最大程度地发挥泡沫的流度控制能力。选取APG-10为起泡剂、DG为稳泡剂、天然气为气相制备天然气泡沫。对起泡剂质量浓度、稳泡剂质量浓度、天然气泡沫注入流速、天然气泡沫体积分数、含油饱和度5个因素,设计正交试验,确定最优天然气泡沫体系配方及最佳注入参数。分析不同因素对流度控制能力的影响;引入标准偏差描述驱替过程中阻力系数的波动幅度;探究最佳注入参数在不同渗透率地层中的适应性。在渗透率为100 mD的多孔介质中,最佳注入参数为6000 mg/L APG-10+400 mg/L DG;当天然气泡沫体积分数为70%,天然气泡沫注入流速为4 mL/min时,天然气泡沫的流度控制能力最强,阻力系数为57.04。在渗透率适应性研究中,多孔介质渗透率在3000 mD以内时,随着渗透率增加,天然气泡沫流度控制能力增强。

反韵律油藏泡沫驱提高采收率研究

以胜坨油田二区古近系Es2^8（2-4）单元为目标，以精细油藏描述为基础，建立三维地质模型，研究特高含水后期反韵律油藏剩余油分布特征。针对油藏动态非均质性严重、主力层顶部剩余油相对富集及高温高盐等特点，研制了低张力泡沫体系，在油藏温度85℃、地层水矿化度18500mg／L、钙镁离子质量浓度505mg／L条件下，起泡体积202mL，半衰期132min，界面张力3×1^-30mN／m，在发挥泡沫体系选择性封堵油藏高渗条带、扩大驱替波及面积的同时，其高界面活性有效提高了洗油效率，室内填砂模型驱油试验提高采收率25．0％，为反韵律油藏大幅度提高原油采收率提供了技术方法。

CO2/N2开关亲水溶剂对废机油的分离性能研究

用CO2/N2开关亲水性溶剂(三乙胺、N,N-二甲基环己胺(DMCHA)、N,N-二甲基丁胺(DMBA))对废机油处理,初步探讨了开关亲水溶剂的开关性及对油的溶解性,同时分析了CO 2通入时间、温度以及油、溶剂和水的比例对废机油的分离影响。结果表明,三种开关亲水性溶剂均具有较好的开关性,且和油具有很好的混溶性。开关亲水性溶剂和废机油的分离的最优条件为:以N,N-二甲基环己胺(DMCHA)为溶剂,油、溶剂和水的比例为1∶2∶6(g∶mL∶mL),CO2通入时间为2 h,常温。在此条件下,废机油的分离效率可达到约为97%。在60℃水浴下通N2,开关亲水溶剂可以得到回收,N,N-二甲基环己胺的回收率最终可达到约为90%。

表面活性剂驱油技术在五里湾一区的研究及应用

针对五里湾一区油藏特征，室内试验研发了双子表面活性剂CYB-1，并进行了性能评价。结果表明，表面活性剂在0．2％～0．5％质量分数范围内油水界面张力可达到10^-3mN／m，具有较好的耐温抗盐性。应用双子表面活性剂CY昏1在五里湾油田开展了驱油现场试验，连片注入9个井组，一共对应41口油井，注入后试验区动态整体表现出了液量上升、含水下降的见效特征，试验区油藏开发指标得到改善，预测采收率提高6．3％。

抗南堡高温、稠油NP-1型起泡剂室内评价研究

NP-1是针对南堡气井高温、含稠油等特征研发的一种新型泡沫排水起泡剂。将NP-1与现场常用XHY-4、UT-5B起泡剂进行抗南堡高温、高压、稠油室内对比试验,结果发现三类起泡剂与南堡液样配伍性好,NP-1起泡剂可抗180℃高温,压力变化对其泡沫稳定性影响小;老化试验表明NP-1起泡剂在140℃温度条件下持续24小时仍能保持良好的起泡性;体积分数为3%的NP-1抗油性能最佳,此浓度下可抗20%体积分数的南堡稠油;NP-1主要成分为具有长碳链、多支链的全氟辛基甜菜碱,使得泡沫稳定性好,携液量明显高于另两类起泡剂。

自生气高温泡沫技术

在国内外高温泡沫调驱技术调研基础上，针对稠油油藏难开采、易出砂、汽窜等问题，提出了一种自生气高温泡沫技术。通过室内实验优选出了自生气体系及2种高温起泡剂，确定了2种自生气高温泡沫最佳配方。采用动静结合技术，对自生气高温泡沫配方的降黏效果、阻力系数敏感性、驱油效果等方面进行了系统研究。结果表明2种自生气高温泡沫配方均具有较好的驱油效果。其中配方1的降黏率在95％以上，与原油间界面张力也可达到10^-8N／m数量级，总驱油效率为70．1％。实验效果明显，能有效防止汽窜、提高采收率，为自生气高温泡沫技术现场实施提供了可靠依据。

底水油藏三相纳米泡沫堵水效果实验

近年来,SiO2纳米颗粒以稳泡能力强、耐温和抗盐效果好等特点而备受关注,表现出极高性价比和广阔应用前景。为了提高三相纳米泡沫体系与SZ36-1油田储层适应性和封堵效果,以无机材料学、物理化学和油藏工程等为理论指导,以化学分析、仪器分析和物理模拟等为技术手段,以目标油藏储层和流体为模拟对象,开展了三相纳米泡沫堵水效果及其影响因素研究和机理分析。结果表明,随堵水剂注入量增大,堵水后含水率下降幅度增大,采收率增大,但增幅逐渐减小。从技术经济角度考虑,堵水剂段塞尺寸应在0.1 PV左右。随堵水剂注入速度增大,采收率增幅减小。因此,矿场堵水施工注入速度不宜过高,以减小堵水剂对非目的层的伤害。随堵水剂与顶替液交替注入次数增加,采收率增幅呈增加趋势。由此可见,堵水剂与顶替液交替注入有利于提高泡沫堵水效果。

自动消泡型泡排剂的研制及其性能评价

使用常规泡排剂将气井地层水排出后,需要加入消泡剂以便使气水分离,并且可能遭遇消泡缓慢、不彻底等问题。利用CO2/N2开关型表面活性剂独特的性质,研制出一种可自动消泡的泡排剂JT-1。结果表明,当JT-1的质量分数为3%时,起泡体积达到1 000 mL以上,起泡性能强;在70℃以下,JT-1的泡沫稳定性较好,高于70℃后泡沫不稳定,其适用于中低温条件下的排水。此外,该泡排剂将水排出井筒后与空气接触,在3 min内实现迅速完全消泡。使用这种泡排剂时可以避免加入消泡剂,以及因消泡过程带来的复杂问题,有效提高泡沫排水作业效率。

N,N′-乙撑双[N-(乙磺酸钠)-十二酰胺]的起泡性能

研究了磺酸盐型双子表面活性剂N,N′-乙撑双[N-(乙磺酸钠)-十二酰胺](DTM-12)的起泡性能,考察了醇、盐及pH值对DTM-12起泡性能的影响。结果表明,矿化度越高起泡性能越差,溶液在呈现中性左右时起泡性能最好;当质量分数小于5%时,醇对表面活性剂的起泡体积和稳定性都有促进作用,且异丙醇对其影响最大;pH值介于4～12之间时溶液的起泡性能最好;测试了DTM-12与多种聚合物复配后起泡性能的变化,当质量分数低于3%时,HPAM对表面活性剂的起泡性能具有良好的促进作用,且能延长泡沫半衰期。