泡沫复合驱油技术研究现状和发展方向
0前言
大庆油田已进入高含水开发期,注水开发的平均采收率40%计算,还有60%的剩余油有待于用注水开发技术以外的其他技术开采。开展有效的三次采油技术研究是延长大庆油田开发期,确保油田稳产的需要。经过“七五”、“入五’”攻关,聚合物驱油技术具备了工业化应用的配套能力,三元复合驱也取得了一定效果。尽管如此,仍有40~50%的剩余油留在地下。为了挖掘这部分潜力,必须研究比聚合物驱和三元复合驱更好的三次采油方法。
泡沫流体应用于油田,在国内外已有30多年的历史,作为一门新兴技术,泡沫在驱油、含水气井的排水采气、冲砂洗井、钻井、调剖、堵水、酸化、水泥固井及压裂等油气田开发中的诸多方面获得了长足的发展,并取得了肯定的效果。其流体的组成形式也由单一的(表活剂十气)型发展成(表活剂十聚合物+气)、(表活剂+聚合物,蒸汽)、(表活剂+凝胶+气)和(表活剂+碱+聚合物+气)等多种形式。进入80年代以来,我国油田泡沫流体应用技术有了重大突破。大量实践表明,泡沫流体是保护油层、防止油层污染、提高油气产量的重要手段。
泡沫复合驱是在多元复合驱基础上发展起来的,即在注三元体系时,加入天然气产生泡沫,最大限度地提高波及体积,从而可大幅度地提高原油采收率。室内实验结果已表明,泡沫复合驱是一种新的很有前途的EOR技术。
Fried[1]是最早研究采用泡沫在提高采收率方面增加驱油效率的研究人员。他的研究指出:泡沫引起气相相对渗透率迅速降低,进而延缓了气体的突破。泡沫法提高采收率主要归功于气体渗透率的降低。他注意到表面活性剂增加了残留气体的饱和度。其观察表明,气体相对渗透率并非饱和度的单值函数,当阻止流动的界面张力增加时,曲线向左移动,表明了泡沫流动阻力随表面恬性剂浓度的增加而增大。因此,气体有效渗透率也是一个表面活性剂浓度的多值函数,因此可以认为气体有效渗透率取决于表面张力和表面粘滞力。他承认弱的泡沫能封阻气流的事实。在弱泡沫的情况下,他观察到泡沫不断地破灭和再生。
1963年,Bernand[1]在实验室中发现当有泡沫存在时,气驱效果增强。实验表明,泡沫作为驱替剂,在只含水的松散砂中非常有效;而在只含油的松散砂中却不十分有效;当松散砂含水含油时,泡沫的作用介于两者之间。初步研究表明,泡沫能提高气驱采油过程中的波及体积,囚为它选择性地降低了油藏中的气体渗透率。Kolb认为大部分气体被圈闭在孔隙介质中,仅有少部分气体成为游离气体,游离气体可用达西定理描述。
1965年,Bernand[1]年等人证明了用泡沫驱油可从线性层状岩心中采收到比传统注水法更多的原油,泡沫形成了圈闭气的高饱和,并间接形成了一个较低的水相渗透率。而含油含水系统的圈闭气饱和度较只含水系统的要低。他们表明气体以非连续相流动,油水以游离相流动。他们得出结论:无论泡沫是否存在于系统中,对于给定液体饱和度,水的相对渗透率是一样的。他们重要的发现之一就是:即使注人0.1-0.5PV的水,泡沫在无表面活性剂水通道中也不会破灭。
Marderson和Khan[1]认为泡沫的组成部分是同时流过孔隙介质的通道的。他们的结论同时表明,随着质量提高,泡沫流动性下降。当然,随着孔隙介质绝对渗透率的下降,流动性下降率也越低;随着表面活性剂浓度的增大,泡沫的表观粘度也增加.Holm不同意这个观测结果,他做了流体实验和目视的研究,以观察孔隙介质存在泡沫时气、液流动机理。他记录说,泡沫流过多孔介质时不像是做为一个整体。相反,组成泡沫的气体和液体将分离,泡沫膜破灭,然后重新形成。当有足够泡沫存在时,泡沫前气体流动停止,液体流动减缓。因此他认为,驱动泡沫通过油藏是不可行的,但泡沫能通过减缓和阻隔高渗透率层的流动,进而改善非均质油藏注液过程的驱替状况,他观察到质量提高,泡沫的流动性也增强。他报告说气体不能以连续相流动。
Bond和Bernard[1]将泡沫流动描述为泡沫体中液、气的部分流过,主张只有余下的表面活性剂才能以自由相流动。他们总结说,液体流过孔隙介质是从固定通道走的,而与泡沫是否存在无关,并且这些通道完全取决于液体饱和度。这一结论是以Chatenaver的孔道流体理论为基础的。
Heller[1]等人了用CO2泡沫高温高压驱替实验,发现泡沫流动并不是恒定的流速。速度越高,流动性增加;他们还发现表面活性剂浓度增加,泡沫流动性下降,而提高泡沫质量.流动性只稍微下降。
Wang[1]研究了CO2泡沫的驱替效果。结果表明压力增加,泡沫稳定性增强,而温度增加,泡沫稳定性下降,他总结出无论是原地还是外部产生的CO2泡沫,在与原油接触时,都易于迅速破灭。进而,他建议只要在注入地层利用泡沫堵塞可渗透层或通道,结果石油采收率都会提高,他还发现超高浓度的表面活性剂形成泡沫遮挡,因此降低了波及效率。
美国联合石油公司于1965年进行了泡沫驱油室内研究,如圣•兰西斯科实验室的研究结果表明,将泡沫注入油层,可将最后残余油饱和度降到油层孔隙体积的11.8%。该公司于l965年10月到1967年6月,在伊利诺斯州希金斯油田进行了一次矿场试验。其结果表明,泡沫驱过程中平均水油比从15降至12,而作对比的其它区块,同期水油比从20增至28a, 1976年该公司又在同一油田进行了一个小规模泡沫驱试验,约增油1.9万吨。此外,Hudgins等人先后在泡沫的远距离推进、泡沫与轻质油的相互作用、多孔介质中泡沫的渗滤原埋、泡沫流度控制等有关机理问题上进行了研究。
我国科技人员从70年代初,己经开始了泡沫驱的研究。研究内容主要集中在泡沫的稳定性、起泡剂的损失剂其抑制、泡沫驱油机理等问题上,在此基础上开展了矿场探索性试验。国内于1965年、1971年、1980年先后在玉门、克拉玛依、大庆三个油田进行过矿场试验。在辽河油田稠油蒸汽吞吐试验中,也曾采用了N2泡沫驱油技术。
到目前为止,泡沫驱已从简单的气加活性剂水溶液,发展为添加多种助剂(主要是稳定剂)的增强泡沫驱,如聚合物、磷酸盐等,都是很好的稳定剂。
以上这些泡沫驱只是普通的活性水加入气体。目前,大庆油田三元复合驱技术已居世界领先,但是,从经济上考虑,泡沫复合驱更具优势。而且,室内岩心实验结果表明,泡沫复合驱可比二元复合驱提高采收率约 10%,更优于普通泡沫驱。显然,泡沫复合驱集中了三元复合驱和泡沫驱的优点,将成为三次采油新的希望。
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