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普通稠油耐温抗盐泡沫驱油体系的构建及油藏适应性研究

郭程飞  
【摘要】:泡沫驱是一种具有改善流度比、扩大波及效率以及提高驱油效率的三次采油技术,且具有良好的耐温抗盐能力,可以大幅度提高深层普通稠油油藏采收率。LKQ油田泡沫驱先导性矿场试验取得了良好的增油效果,但随着试验区的逐步扩大,在油层深部出现了气液分离和气窜现象。为了进一步大幅度提高LKQ油田以及类似深层普通稠油油藏泡沫驱的应用效果、扩大泡沫驱油藏适应范围,本文根据泡沫的形成、衰变及渗流等理论,针对矿场试验存在的实际问题,通过发泡液表面性质和体相性质的理论及实验研究,使用发泡剂复配以及外加疏水缔合聚合物作为稳泡剂的途径,分别构建了两种新型高效的泡沫驱油体系,并进一步揭示了改善泡沫性能的机理;采用岩心流动实验研究了多孔介质中泡沫体系的渗流特征;同时,利用数值模拟方法得到了泡沫体系的油藏适应性。取得的主要成果及认识如下:通过泡沫体系优化研究,构建了发泡性能强且泡沫稳定性好的复配体系,配方为0.105 wt%CHSB+0.045 wt%AES+150 mg/L十四醇。在此基础上,又加入了1200 mg/L以AM为主链单体、OA为疏水单体以及AMPS为耐温抗盐结构单体而合成的一种新型耐温抗盐疏水缔合聚合物PAAO-1,构建了泡沫稳定性更高的强化体系。泡沫性能实验结果表明,复配体系和强化体系较原体系(单一发泡剂)更具耐温、抗盐及抗油性能。在温度为80℃、矿化度为160000 mg/L以及含油量为30 vol%的条件下,复配体系较原体系的泡沫体积、泡沫半衰期以及综合指数,分别提高了27%、109%以及165%;而强化体系的泡沫稳定性进一步得到提升,相对于原体系,泡沫半衰期、综合指数分别提高了449%、383%,但泡沫体积降低了12%。泡沫性能改善机理研究结果表明,复配体系和强化体系充分发挥了有利的协同效应,降低了发泡液的表面张力、增加了表面扩张模量,进而大幅度提高了泡沫性能。泡沫性能与发泡液性质的相互作用关系研究结果表明,原体系的发泡性能主要受表面张力的影响和控制,泡沫稳定性同时受表面张力和表面扩张模量两个因素的影响。复配体系的发泡性能受表面张力的控制;当发泡剂浓度较低时,泡沫稳定性与表面张力负相关;当发泡剂浓度较高时,泡沫稳定性与表面扩张模量正相关。而与之不同的是,强化体系的发泡性能与体相黏度负相关,泡沫稳定性与表面扩张模量正相关。泡径观察结果表明,原体系和复配体系的泡径平均值分别为175μm、152μm,而加入疏水缔合聚合物的强化体系,其泡径平均值为218μm。岩心驱替实验结果表明,强化体系泡沫的封堵能力最强,但45%的压差集中在岩心中部,泡沫运移能力较差。原体系和复配体系分别在渗透率小于1500×10~(-3)μm~2和2000×10~(-3)μm~2时,对岩心的封堵能力随渗透率的增加而增大,而强化体系在岩心渗透率为4500×10~(-3)μm~2时,封堵能力最高。但强化体系受发泡方式和注入速度的影响较大,泡沫的生成能力较差,其临界发泡渗流速度为0.12 m/d。单岩心驱油实验结果表明,强化体系的发泡液驱(未发泡)提高采收率为7.43%。当泡沫渗流速度大于临界发泡渗流速度时,强化体系泡沫驱提高采收率增加至13.67%。主要是泡沫驱既能提高波及效率,又能实现良好的流度控制,同时还提高驱油效率。而强化体系在小于临界发泡渗流速度时,由于剪切速率低,未能充分发泡,提高采收率幅度仅为8.62%。非均质并联岩心驱油实验结果表明,当渗透率级差大于2时,复配体系与强化体系提高采收率的幅度均大于15%,改变分流率的幅度也大于35%。特别是强化体系在渗透率级差为10的不利条件下,其改善剖面能力最强、提高采收率最高,说明强化体系可以理想地提高非均质性严重油藏的波及效率。建立了泡沫驱局部平衡模型,并采用MATLAB编程和线性回归方法,求解影响泡沫性能的子模型,拟合得到准确表征不同泡沫体系性能的参数取值。提出了采用无因次有效运移距离R_D和无因次重力分异指数GI两个参数来描述泡沫在油藏尺度下的运移规律和分布特征。数值模拟结果表明,注入速度对强化体系的R_D和GI影响较大,而油层厚度对原体系的R_D影响较大。强化体系和复配体系泡沫驱提高采收率的幅度均大于原体系。特别是强化体系,即使在气/液比较宽(0.5:1-4:1)、原油黏度较高(1000 m Pa·s)以及优势通道发育(渗透率为5000×10~(-3)μm~2)的油层条件下,提高采收率的效果仍然较好,但受注入方式、交替周期以及注入速度的影响较大。而复配体系受注入速度的影响较小,在其它条件下与强化体系提高采收率效果相近。综合室内实验和数值模拟的研究结果可知,强化体系的泡沫稳定性高,在充分发泡的基础上,泡沫性能较好、提高采收率的幅度较高,适用于优势通道发育、流线集中以及泡沫生成能量充足的油层,以解决泡沫驱中快速指进及气窜等问题。复配体系的发泡能力强、稳定性好,在油层中运移及传播距离远,能够克服非均质油层泡沫驱中出现的黏性指进和重力分异等问题。本文深入研究了泡沫性能与发泡液性质之间的关系,并得到了不同泡沫体系的油藏适应性,为泡沫驱经济、高效的大规模推广应用,提拱了一套理论依据和技术方法。


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