CN100430455C - 高温地层自生泡沫组合物及其在稠油开采中的应用 - Google Patents

Abstract

高温地层自生泡沫组合物及其在稠油开采中的应用，属表面活性剂技术领域。本发明选用能产生N₂和CO₂等气体的化学物质，反应式为A+B+C→N₂↑+NH₃↑+CO₂↑+C(泡沫剂)，A是还原剂；B是氧化剂；C是泡沫剂，反应的起始受温度的控制，组合物还含有耐高温、抗高盐并具有高油/水界面活性和高泡沫稳定性的表面活性剂。在常温下将一定质量浓度的药液注入地层，注入蒸汽后引发反应，在地层中自发产生稳定的泡沫，泡沫封堵防止汽窜，提高高温蒸汽的波及系数，并提高吸油效率和促使原油有效分散，从而大幅度提高稠油采收率。

Description

高温地层自生泡沫组合物及其在稠油开采中的应用

(一)技术领域

本发明提出了一种高温地层自生泡沫组合物及其在稠油开采中的应用，属表面活性剂技术领域。

(二)背景技术

在稠油开采中，注蒸汽热采是主要的开采方式，高温蒸汽加热油层，大幅度降低原油粘度，同时消除近井地带油层堵塞，减少原油流动阻力而增加产量。但是由于储油层的层间、层内非均质性普遍存在，而蒸汽的密度和粘度均很低，因此重力超覆和粘性指进严重影响其效果。前者是由于蒸汽比油的密度小，从而使蒸汽超越油墙，后者则是因为蒸汽的粘度比油的粘度小，形成通道或舌进，因此蒸汽绕过油带，发生汽窜。蒸汽的超覆和汽窜很容易发生，产生不均匀的垂直扫油效率，导致地层中剩余残余油饱和度高，蒸汽波及系数小，驱油效果和采收率降低，因此解决蒸汽驱油过程中的流度问题、提高蒸汽的波及系数是提高稠油热采采收率的关键。

国外多年来的研究和现场试验表明，驱油体系的流度问题可通过注蒸汽泡沫的形式得到改善。泡沫不仅可选择性地控制流度，改善注入流体在非均质油藏中的驱替状况，降低储层中高渗透层流体的锥进，还可在注蒸汽热采中调整油层吸汽剖面，封堵蒸汽汽窜通道，提高蒸汽波及系数，提高采收率。国内外现场试验均已证明，泡沫能明显地增加蒸汽驱的效率，采用泡沫剂作为调剖剂及油/水选择性封堵剂应用于驱油均具有良好的效果，并已取得可观的经济效益，成为化学法提高稠油采收率的有效手段之一。

目前泡沫的产生主要采用机械注气的方式，将氮气或二氧化碳等惰性气体直接充气于泡沫剂溶液中，然后注入地层。机械法注气成本较高；气体引进的速度快，不易控制；生成的泡沫直径较大且不均匀，影响了泡沫的稳定性；注入过程中容易导致注入端气堵，注入压力剧增，影响施工。另外，普通的泡沫剂无法在高温下形成稳定的泡沫，不能用做高温封堵调剖体系。

(三)发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种高温地层自生泡沫组合物。

本发明的目的之二是提供该自生泡沫组合物在稠油开采中的应用。

高温地层自生泡沫组合物，其组分如下：

A.含N的还原剂，

B.含N的氧化剂，

C.为泡沫剂，是碳链长度C12～C24的α-烯烃磺酸盐，或者二烷基二苯醚二磺酸盐，

D.水。

其中B与A的摩尔比为1∶1.5-2.5，B与A的加入总量根据具体的地层情况和管道安全措施而定，一般浓度在10～30％wt，所用C组分泡沫剂的加入量浓度0.2～1.5％wt，余量为水。

以上组分分别存放。

本发明高温地层自生泡沫组合物用于石油的稠油开采。使用前将各种组分按比例加水溶解为液体。先将还原剂A和氧化剂B常温下按比例加入水中搅拌使溶解，然后加入泡沫剂C，控制搅拌速度，避免产生大量气泡，搅拌均匀即可。

高温地层自生泡沫组合物在稠油开采中的应用，采用前置液的方式注入该自生泡沫组合物，注入高温蒸汽后引发，其反应式如下：

A+B+C→N₂↑+NH₃↑+CO₂↑+C(泡沫剂)

高温地层自生泡沫组合物在稠油开采中的应用，具体实施步骤如下：

a、高温地层自生泡沫组合物的制备如前所述；

b、接井口，井口必须接单流阀，再连高压软管，试压25Mpa不刺不漏；

c、注液施工，注入速度0.4-0.6m³/min，注入10-20m³自生泡沫组合物作为前置液，根据现场实际情况，此剂量可适量增减；

d、注高温蒸汽；

e、其后生产与正常注蒸汽热采工艺相同，注入蒸汽的量以及焖井时间根据具体的井深、油层性质、原油粘度、井筒热损失等按本领域的常规技术设计。

本发明选用能产生N₂和CO₂等气体的化学反应，反应的起始受温度的控制，自生泡沫组合物含有耐高温、抗高盐并具有高油/水界面活性和高泡沫稳定性的表面活性剂。在常温下将一定质量浓度的自生泡沫组合物注入地层，注入蒸汽后引发反应，在地层中自发产生稳定的泡沫，泡沫封堵防止汽窜，提高高温蒸汽的波及系数，并提高吸油效率和促使原油有效分散，从而大幅度提高稠油采收率。

N₂作为发泡气体，兼有气驱和泡沫驱的作用；CO₂作为发泡气体，兼有混相驱和泡沫驱的作用；由于NH₃水溶性强，起泡作用不强，但其水溶液显碱性，与碱水驱类似，使油中天然酸性成分转变为表面活性物质，发挥界面活性。

本发明自生泡沫组合物用于油田开发中的蒸汽驱泡沫调剖，将自生泡沫组合物注入地层，产生的泡沫可以增大气流通道的压力梯度，但不堵塞通道，使蒸汽流度得到控制；泡沫的粘滞性可堵塞高渗透带的通道，泡沫流经蒸汽驱扫过的枯竭地带时阻力大，难以流动，而在含油饱和度高的地带阻力小，易于流动，从而实现控制蒸汽流向。

本发明自生泡沫组合物还用于油田开发中蒸汽吞吐多轮次后提高采收率，将自生泡沫组合物液体注入地层，产生泡沫，泡沫封堵高渗透带的通道，提高蒸汽波及系数，提高采收率。

本发明自生泡沫组合物用于常规油藏开发中的泡沫驱油，将自生泡沫组合物液体注入地层，根据泡沫在多孔介质中的渗流特性，泡沫优先进入大孔道，增加流动阻力，当阻力增大到一定程度后，泡沫选择流入小孔道，由于小孔道中含油饱和度高，泡沫稳定性差，导致泡沫在高低渗透率油层内均匀推进，由于泡沫还有一定的洗油能力，因而能提高原油采收率。

本发明自生泡沫组合物还用于油田开发中的泡沫调剖堵水，根据需要将自生泡沫液注入地层，由于泡沫的贾敏效应，可以改变吸水层内的渗流方向和吸水剖面，从而扩大注入水的波及体积，减缓主要水流方向的水线推进速度和吸水量，提高驱替体系的驱油效率。

本发明自生泡沫组合物还用于油田开发中的泡沫压裂，运用自生泡沫作为压裂液，它具有粘度大、虑失低有利于造缝、携砂能力强和返排快而彻底等优点，而且对地层几乎无伤害。

本发明自生泡沫组合物还用于油田开发中的清洗作业，清洗井筒和输油管线时，将自生气液注入井筒，产生泡沫，有机垢会随着泡沫流体一起上返，不会像普通洗净那样沉积到井底造成污染，而且现场实施非常方便。

本发明自生泡沫组合物还用于油田开发中的泡沫钻井。泡沫流体密度低，可实现平衡或负压钻井，减少钻井液漏失，对油层伤害小，井筒中流体静液柱压力低，可减轻对地层的轴向应力，机械钻速明显提高。

本发明自生泡沫组合物耐高温抗高盐、具有良好的油/水界面活性、而且生成的泡沫有很好的高温稳定性。

(四)附图说明

图1是泡沫驱油及封堵实验装置简图。其中：1.锅炉，2.注射泵，3.恒温箱，4.注射泵，5.阀门，6.压力和温度传感器，7.压力和温度传感器，8.控压阀，9.岩心管，10.混合室。

图2是自生泡沫高温封堵实验岩心管两端压力变化。其中：A：泡沫剂为二烷基二苯醚二磺酸盐，250℃；B：泡沫剂为α-烯烃磺酸盐，250℃。

(五)具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明不限于此。

实施例1：高温地层自生泡沫组合物，其组分如下：

A.尿素CO(NH₂)₂

B.亚硝酸钠NaNO₂

C.泡沫剂是二烷基二苯醚二磺酸钠

其中B与A的摩尔比为1∶2，B与A的加入总质量浓度为20％，所用C组分泡沫剂的加入量为质量浓度1％，其它为水。

以上三种组分分别存放。

实施例2：高温地层自生泡沫组合物，其组分如下：

A.氯化铵NH₄Cl

B.亚硝酸钠NaNO₂

C.泡沫剂，二烷基二苯醚二磺酸钠

其中B与A的摩尔比为1∶2.5，B与A的加入总量质量浓度在30％，所用C组分泡沫剂的加入总量为质量浓度1.5％，其它为水。

以上三种组分分别存放。

实施例3：高温地层自生泡沫组合物，其组分如下：

A.含有N的化合物是尿素CO(NH₂)₂

B.含有N的化合物是亚硝酸钠NaNO₂

C.泡沫剂，碳链长度C12～C24的α-烯烃磺酸盐

其中B与A的摩尔比为1∶1.5，B与A的加入总量质量浓度在10％，所用C组分泡沫剂的加入总量为质量浓度2.5％，其它为水。

以上各组分分别存放。

实施例4：产气速率对比例

用可视的密闭反应容器，容器的容积不变，通过测容器内的压力变化来确定反应进行的起始和速率。容器容积50ml，向其中加入溶液15ml。溶液组分：CO(NH₂)₂和NaNO₂浓度均为lmol/L，其他为水。产气速率的实验结果见表1。

表1.不同反应温度下反应容器内压力的变化

时间/min	温度/℃	压强/MPa	压强增加/MPa	体积转换/ml(SPT)	放气速率(ml/min.mol)
						0	104	0.98	0	0	0
1	106	0.99	0.01	2.75	183.33
						2	109	1.01	0.02	5.46	364.00
3	112	1.03	0.02	5.42	361.33
						4	116	1.05	0.02	5.36	357.33
5	120	1.08	0.03	7.96	530.67
						6	124	1.12	0.04	10.51	700.67
7	128	1.17	0.05	13.00	866.67
						8	132	1.23	0.06	15.45	1030.00
9	137	1.30	0.07	17.81	1187.33
						10	139	1.38	0.08	20.25	1350.00
11	142	1.46	0.08	20.10	1340.00
						12	145	1.56	0.10	24.95	1663.33
13	147	1.66	0.10	24.83	1655.33
						14	149	1.76	0.10	24.72	1648.00
15	150	1.86	0.10	24.66	1644.00
						16	151	1.96	0.10	24.60	1640.00
17	152	2.07	0.11	27.00	1800.00
						18	153	2.17	0.10	24.48	1632.00
19	154	2.27	0.10	24.43	1628.67
						20	154	2.37	0.10	24.43	1628.67

由表1结果可以看出，104℃时该反应开始发生，随着温度升高，反应速率增大，140℃以上反应快速进行。改变B和A浓度比例(B1.5mol/L+A1mol/L)实验表明，反应起始温度随B量的增高而降低，反应速率随温度的升高而升高，随B量的增加而升高，而且反应生成气体的比例(CO₂，N₂，NH₃)也随着B的量而变化。

实施例5：本发明自生泡沫组合物高温封堵效果实验

实验装置如图1所示。岩心管渗透率为4达西，以2ml/min的速度注入自生气泡沫液，组成及浓度为[A]＝[B]＝2.5mol/l，C浓度为1.25％，热水注入速度为3ml/min，使得混合后的药液中[A]＝[B]＝1mol/L，[C]＝0.5％，蒸汽温度＝250℃，恒温箱及管件伴温＝250℃，实验结果见图2。

药液注入后，岩心管两端压差持续升高，出口端排液加快，直至持续产生稳定泡沫流，取出口端排出的泡沫检测泡沫质量，泡沫干度最高可达90％，自生气反应产气速率快，泡沫干度大，封堵能力强，两种泡沫剂产生的泡沫在高温下都有良好的稳定性，使得体系建立了有效的封堵压差。

实施例6：高地层自生温泡沫组合物室内模型驱油实验

岩心管渗透率约为12达西，先饱和水，然后饱和滨海稠油98.4g。在驱油实验中，①先用250℃高温蒸汽驱，注入速度5ml/min，约注入5.5倍孔隙体积的高温蒸汽。②.然后用A+B+C自生气泡沫驱替，药液成分：[A]＝[B]＝2.5mol/L，[C]＝1.25％，注入速度2ml/min，注水速度3ml/min，使得混合液中[A]＝[B]＝1mol/L；[C]＝0.5％，共注入1.5倍孔隙体积药液。整个实验过程中恒温箱及管件伴温为250℃，蒸汽温度也为250℃，驱油效果见表2。

表2.A+B+C高温自生泡沫室内模型驱油实验结果

驱油方式	驱油百分比	驱油百分比
			蒸汽驱	34.60％	36.84％
α-烯烃磺酸盐泡沫驱		32.20％
			二烷基二苯醚二磺酸盐泡沫驱	36.23％

由实验结果可见，采用高温自生泡沫驱，能明显提高石油采收率

实施例7：高温地层自生泡沫组合物室内模型驱油实验

岩心管渗透率约为10达西，先饱和水，然后饱和滨海稠油91.45g。在驱油实验中，①先用250℃高温蒸汽驱，注入速度5ml/min，约注入5.55.5倍孔隙体积的高温蒸汽。②然后用A+B溶液自生气驱，药液成分[A]＝[B]＝2.5mol/L，注入速度为2ml/min，注热水速度为3ml/min，使得混合液中，[A]＝[B]＝1mol/L，共注入约1.5孔隙体积。③.最后用A+B+C自生气泡沫驱替，药液成分：[A]＝[B]＝2.5mol/L，[C]＝1.25％，注入速度2ml/min，注水速度3ml/min，使得混合液中[A]＝[B]＝1mol/L；[C]＝0.5％，共注入约1.5倍孔隙体积药液。整个实验过程中恒温箱及管件伴温为250℃，蒸汽温度也为250℃，见表3。

表3.A+B高温自生气及自生泡沫室内模型驱油实验结果

驱油方式	驱油百分比	驱油百分比
			蒸汽驱	32.66％	30.94％
气驱	11.35％	13.60％
			α-烯烃磺酸盐泡沫驱		14.20％
二烷基二苯醚二磺酸盐泡沫驱	16.23％

由实验结果可见，采用高温自生泡沫驱，能明显提高石油采收率，而且自生泡沫驱对蒸汽驱后的油层还具有显著的驱油效果。

Claims (6)

1.高温地层自生泡沫组合物，组分如下：

A.还原剂尿素或氯化铵，

B.氧化剂亚硝酸钠，

C.泡沫剂二烷基二苯醚二磺酸盐，

D.水，

其中B与A的摩尔比为1∶1.5-2.5，B与A的加入总量浓度在10-30％wt，所用C组分泡沫剂的总浓度为0.2-1.5％wt，余量为水，使用前将各种组分按比例混合，溶解为液体，先将氧化剂A和还原剂B常温下按比例加入水中搅拌使溶解，然后加入泡沫剂C，控制搅拌速度，避免产生大量气泡，搅拌均匀。

2.权利要求1所述的高温地层自生泡沫组合物在稠油开采中的应用，其特征在于采用前置液的方式向井中注入该组合物，注入高温蒸汽后引发反应，其反应式如下：

A+B+C→N₂↑+NH₃↑+CO₂↑+C

实施步骤如下：

(1)接井口，井口必须接单流阀，再连高压软管，试压25Mpa不刺不漏；

(2)注液施工，注入速度0.4-0.6m³/min，注入10-20m³自生泡沫组合物作为前置液；

(3)注高温蒸汽；

(4)其后生产与正常注蒸汽热采工艺相同，注入蒸汽的量以及焖井时间根据具体的井深、油层性质、原油粘度、井筒热损失等按本领域的常规技术设计。

3.如权利要求2所述的高温地层自生泡沫组合物在稠油开采中的应用，其特征在于用于油田开发中的蒸汽驱泡沫调剖。

4.如权利要求2所述的高温地层自生泡沫组合物在稠油开采中的应用，其特征在于用于常规油藏开发中的泡沫驱油。

5.如权利要求2所述的高温地层自生泡沫组合物在稠油开采中的应用，其特征在于用于油田开发中的泡沫压裂。

6.如权利要求2所述的高温地层自生泡沫组合物在稠油开采中的应用，其特征在于用于油田开发中清洗井筒和输油管线。

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