CN105317413B

CN105317413B - 一种二元复合驱后三相泡沫驱油的实验方法

Info

Publication number: CN105317413B
Application number: CN201510742245.6A
Authority: CN
Inventors: 周志斌; 王杰祥; 周志刚
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2035-11-04
Also published as: CN105317413A

Abstract

本发明提出了一种二元复合驱后三相泡沫驱油的实验方法，包括：准备起泡剂；准备气相；准备固相；确定合适的三相泡沫驱油体系；在二元复合驱替后，将上述三相泡沫驱油体系注入非均质油层，进行驱油实验。本发明的实验方法结合了聚合物、表面活性剂以及三相泡沫的多种优点，起到了复合增效的作用，既能大幅度降低油水之间的界面张力，提高驱油效率，又能降低油水流度比，提高波及系数，从而极大地提高了原油采收率。

Description

一种二元复合驱后三相泡沫驱油的实验方法

技术领域

本发明涉及油田开采中的化学驱替采油工艺，具体涉及一种二元复合驱后三相泡沫驱油的实验方法。

背景技术

二元复合驱替采油是一种利用聚合物和表面活性剂的协同作用来提高采收率的方法。二元复合驱替技术作为一种比较成熟的提高采收率技术在很多油田得到了工业化的应用，并取得了显著效果。但是，在二元复合驱替的后续水驱阶段，油井含水上升较快，产量相对下降，继续注入聚合物/表面活性剂溶液增产效果不明显。究其原因主要是由于长期的二元复合驱替开发，造成油藏储层及流体物性发生很大变化，即便经过前期的堵水调剖，驱油过程中的高渗透条带仍然会引起聚合物/表面活性剂的突进，导致聚合物/表面活性剂发生严重的窜流，使得驱油效率降低。二元复合驱替后油层中仍剩余40％-50％左右的原油未被采出。

通过研究发现，二元复合驱后由于部分聚合物/表面活性剂滞留在岩心孔隙中，岩心的孔隙度与渗透率均会有所降低，并且二元复合驱后岩心孔隙度与渗透率下降的幅度会随着原始渗透率的增加而变大。二元复合驱后孔隙半径中值和平均孔隙半径比二元复合驱前有所降低，而岩心的孔隙最大半径不变，这是由于在聚合物/表面活性剂分子半径小于孔隙半径的孔隙中，聚合物/表面活性剂分子基本不会留存，这些大孔隙体积没有变小，但是另一些大孔隙中可能发生聚合物/表面活性剂分子的吸附或其它作用，从而导致大孔隙体积减小，孔隙体积分布的峰值与峰位有所下降。二元复合驱后岩心渗透率分布的峰值会有所降低，但峰位没有发生改变。二元复合驱后岩心孔隙结构参数中的相对分选系数与结构系数会增大，特征结构系数、峰态、分选系数、半径均值、均质系数以及歪度会有所降低，从而使得二元复合驱后低渗透部分的渗透率较低，高渗透部分的渗透率较高，岩心孔隙尺寸之间会有较大不同。总之，二元复合驱由于受到储层非均质性的影响，地层中纵向上的流度差异较大，粘性指进现象严重，化学剂不可能完全到达剩余油富集的部位，也就不能充分地驱洗原油。二元复合驱只能增加驱油体系在高渗孔道中的流动阻力，但是不能形成一定的封堵作用，大部分驱油剂溶液还是会沿着高渗孔道流失。

目前关于二元复合驱后三相泡沫驱相关的研究还是空白，对其机理和具体实施方法的研究的缺乏极大地限制了该技术的推广应用。因此，通过对于该方法的研究，可对二元复合驱后三相泡沫驱提高采收率技术的机理有更深的认识，并为该技术的进一步推广应用提供理论和实验依据。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种二元复合驱替采油之后的三相泡沫驱替采油的实验方法，解决二元复合驱替后的岩心孔隙尺寸之间差异变大、孔隙不均匀、岩层高渗透部分的渗透率较高、低渗透部分的渗透率较低的技术难题，从而进一步提高原油的采收率。

泡沫驱是一种通过泡沫作为驱替介质的驱油工艺，由于泡沫的视黏度高，因而可以改善油水流度比，增加高渗透层的流动阻力，发掘低渗透层的开发潜力；其封堵调剖效果好，遇水稳定遇油破灭的特点增加了封堵的选择性，即堵水而不堵油；泡沫剂能降低油水之间的界面张力，进一步提高洗油效率。

三相泡沫是由固、液、气相经发泡而形成的分散体系混合体。三相泡沫体系的固相组成主要有二氧化硅、石英、莫来石、氧化钙等，由于二元复合驱后地层当中会残留部分表面活性剂，这些表面活性剂能使亲水性颗粒表面形成亲水基，疏水基朝向水，从而使得氧化钙或石英表面变成疏水性，容易吸附在气泡壁上；同时表面活性剂吸附在气泡壁上形成了稳定的水化层，从而有效杜绝了气泡之间的融合，形成稳定的三相泡沫。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种二元复合驱替后的三相泡沫驱替采油的实验方法，包括以下步骤：

第一步，准备起泡剂，根据三相泡沫的衰变机理和渗流机理，结合矿化度、原油、基液粘度、温度因素对起泡剂起泡能力的影响，对起泡剂进行评价；

第二步，准备气相，综合分析气液比、渗透率、推进速度因素对三相泡沫体系在多孔介质中的阻力因子影响，对气相进行评价；

第三步，准备固相，考虑固体微粒、温度、压力因素对三相泡沫稳定性的影响，对固相进行评价；

第四步，通过前述步骤确定合适的三相泡沫驱油体系；

第五步，在二元复合驱替后，将上述三相泡沫驱油体系注入非均质油层，进行驱油实验。

其中，所述三相泡沫驱油体系由固、气、液相三相组成。

经过上述准备步骤，所述固相可为二氧化硅、石英、氧化钙或莫来石；所述气相可为氮气或空气；所述液相可为水；使用羧甲基纤维素、磷酸二氢盐和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱作为起泡剂。

其中，2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱的结构式如下所示，

其中，R为C₁₂-C₁₈。

三相泡沫驱油剂由气、固、液相经发泡而形成的具有一定分散性的混合体。

所述固相可为二氧化硅、石英、氧化钙或莫来石；优选固相的粒径为500目以下，更优选固相的粒径为纳米级。

所述磷酸二氢盐可为磷酸二氢钠等。

所述三相泡沫驱油体系中优选固相为莫来石，所述气相为氮气。

所述三相泡沫驱油体系中液相和气相的体积比为1:1-1.4，优选1:1-1.2。

所述三相泡沫驱油体系中固相的用量为液相质量的0.5-3％，优选0.8-2％。

所述三相泡沫驱油体系中起泡剂羧甲基纤维素、磷酸二氢盐和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱的质量百分比为23-27％:25-29％:44-52％。

所述三相泡沫驱油体系中，优选起泡剂羧甲基纤维素、磷酸二氢盐和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱的质量百分比为25％:27％:48％。

起泡剂在液相中的总质量为液相质量的0.8-2.5％，优选1-2％。

一种根据本发明的上述实验方法筛选的提高石油采收率的三相泡沫驱油体系，所述三相泡沫驱油体系由固相、气相、液相三相组成，其特征在于：所述固相为二氧化硅、石英、氧化钙或莫来石；所述气相为氮气或空气；所述液相为水；起泡剂为羧甲基纤维素、磷酸二氢盐和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱的组合；所述三相泡沫驱油体系为由气相、固相、液相经发泡而形成的具有一定分散性的混合体。

本发明所述三相泡沫驱油剂具有如下有益效果：

使用本发明的三相泡沫驱油体系之前，先将聚合物和表面活性剂组成的二元复合驱油组合物注入不同渗透率级差的非均质油层，其中，所述聚合物可为水溶性聚丙烯酰胺聚合物；所述表面活性剂可为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阴-非离子两性表面活性剂的一种或多种。

二元复合驱后残留的聚合物可以增大泡沫的封堵压差，这对于非均质储层二元复合驱后采用三相泡沫驱油是十分有利的，因为由于非均质性的存在，残留聚合物大量的存在于高渗透储层中，使注入的三相泡沫在高渗层中具有较大的封堵压差，可以更大程度的动用低渗透层的剩余油。

二元复合驱后残留的表面活性剂对三相泡沫驱也有促进作用。三相泡沫体系固相的组成主要有二氧化硅、石英、莫来石、氧化钙等，由于二元复合驱后地层中残留许多表面活性剂，一方面能使亲水性颗粒表面形成亲水基朝向石英或氧化钙，疏水基朝向水的定向吸附，使石英或氧化钙表面变成疏水性，这样易于粘附在气泡壁上；同时表面活性剂吸附在气泡壁上，能形成稳定的水化层，且能防止气泡兼并，形成三相泡沫。另一方面表面活性剂能有效地降低油水界面的表面张力，有很强的发泡能力，能克服液相成分中大量阴阳离子及杂质的影响，使水容易形成大量的泡沫群体。

由于三相泡沫驱对于高渗孔道的封堵、流度控制具有非常好的效果，因此提出二元复合驱后三相泡沫驱油技术。三相泡沫驱一个显著的特点就是随着渗透率的增大，泡沫的表观粘度增大，可以有效的调整高低渗层的流度差异，从而达到高低渗透层同时推进，实现地层等流度驱替，进而提高波及体积。

附图说明

图1是根据本发明的三相泡沫驱油实验设备示意图。

其中，1、2：平流泵；3：高压气瓶；4、阀门；5精密压力表：6、气罐；7：水罐；8：起泡剂罐；9：油罐；10：六通阀；11：岩心夹持器；12、恒温箱；13：回压控制器；14：手摇泵；15：计量装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细叙述。

根据本发明的二元复合驱后三相泡沫驱油的实验方法，包括：

第一步，准备起泡剂，根据三相泡沫的衰变机理和渗流机理，结合矿化度、原油、基液粘度、温度因素对起泡剂起泡能力的影响，采用综合起泡能力对起泡剂进行评价；

第二步，准备气相，综合分析气液比、渗透率、推进速度因素对三相泡沫体系在多孔介质中阻力因子的影响，对气相进行评价；

第四步，通过前述步骤确定合适的三相泡沫驱油体系；

对收集的数据进行分析整理，计算最终采收率。

下面根据上述步骤确定合适的三相泡沫驱油体系进行驱油实验。

按照石油行业标准SY/T 6424-2000复合驱油体系性能测试方法进行。

本发明采用岩心驱油实验，三层非均质岩心基本参数：长×宽×高＝30cm×4.5cm×4.5cm；原油为地面脱水脱气原油，80℃下粘度79.3mPa·s；模拟地层水：NaHCO₃型溶液，矿化度7300mg/L，温度：80℃。

首先使用二元复合驱油体系进行驱油，二元复合驱油体系可以使用常规的二元复合驱油剂，例如，先将聚合物和表面活性剂组成的二元复合驱油组合物注入不同渗透率级差的非均质油层，其中，所述聚合物可为水溶性聚丙烯酰胺聚合物；所述表面活性剂可为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阴-非离子两性表面活性剂中的一种或多种。

在二元复合驱替后，将根据本发明的三相泡沫驱油体系注入非均质油层，进行驱油实验。

实施例1

三相泡沫复合驱油剂，其组成为：固相为莫来石；气相为氮气；液相为水；起泡剂为羧甲基纤维素、磷酸二氢钠和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱。其中，水和氮气的体积比为1:1.1；羧甲基纤维素、磷酸二氢钠和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱的质量百分比为25％:27％:48％；起泡剂的总用量为液相质量的1.5％。莫来石的用量为液相质量的1％，莫来石的粒径为20nm。

实施例2

按照与实施例1相同的方式进行实验，所不同的是：固相为石英。

实施例3

按照与实施例1相同的方式进行实验，所不同的是：气相为空气。

实施例4

按照与实施例1相同的方式进行实验，所不同的是：起泡剂为羧甲基纤维素和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱，两者的质量比为35％:65％。

实施例5

按照与实施例1相同的方式进行实验，所不同的是：起泡剂为磷酸二氢钠和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱，两者的质量比为36％:64％。

实施例6

按照与实施例1相同的方式进行实验，所不同的是：起泡剂为2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱。

实施例7

按照与实施例1相同的方式进行实验，所不同的是：羧甲基纤维素、磷酸二氢钠和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱的质量百分比为15％:47％:38％。

对本发明实施例1至实施例7的产品驱油性能进行检测，检测结果如表1所示。

表1三相泡沫驱油剂的驱油实验结果

实施例1-3为根据本发明的试验方法得到的三相泡沫驱油剂的驱油效果；实施例4-6为使用部分起泡剂的驱油效果；实施例7为起泡剂比例不在本发明优选范围内的三相泡沫驱油剂的驱油效果。

从表1中的结果可以看出，实施例1-7的三相泡沫驱油剂均在一定程度上提高了石油的驱油效率，说明在二元复合驱替后，采用根据本发明的三相泡沫驱油体系，可以进一步提高石油采收率。其中实施例1-3的驱油效率提高最为明显，实施例1是本发明的最优实施例。实施例4-6的效果逊于实施例1-3，说明本发明采用羧甲基纤维素、磷酸二氢钠和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱的组合作为起泡剂，可以取得最佳的效果，使用其中的一种或两种都会导致采收率的明显降低。实施例7的起泡剂比例在本发明优选范围以外，采收率也比实施例1-3的低。

二元复合驱后三相泡沫驱油技术结合了聚合物、表面活性剂以及三相泡沫的多种优点，起到了复合增效的作用，既能大幅度降低油水之间的界面张力，提高驱油效率，又能降低油水流度比，提高波及系数，从而极大地提高了原油采收率。

Claims

1.一种二元复合驱后三相泡沫驱油的实验方法，包括以下步骤：

第四步，通过前述步骤确定合适的三相泡沫驱油体系；

第五步，在二元复合驱替后，将上述三相泡沫驱油体系注入非均质油层，进行驱油实验；

其中，三相泡沫驱油体系是由气相、固相、液相经发泡而形成的具有一定分散体系的混合体，其中，气相为氮气或空气；固相为二氧化硅、石英、氧化钙或莫来石；液相为水；所述起泡剂为羧甲基纤维素、磷酸二氢盐和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱的组合；

其中，羧甲基纤维素、磷酸二氢盐和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱的质量百分比为23-27％：25-29％：44-52％，起泡剂的用量为液相质量的0.8-2.5％。

2.根据权利要求1所述的二元复合驱后三相泡沫驱油的实验方法，其中，所述固相为莫来石；所述气相为氮气；所述起泡剂为羧甲基纤维素、磷酸二氢盐和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱的组合。

3.根据权利要求1所述的二元复合驱后三相泡沫驱油的实验方法，其中，液相和气相的体积比为1:1-1.4。

4.根据权利要求1所述的二元复合驱后三相泡沫驱油的实验方法，其中，固相的用量为液相质量的0.5-3％。

5.根据权利要求4所述的二元复合驱后三相泡沫驱油的实验方法，其中，羧甲基纤维素、磷酸二氢盐和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱的质量百分比为25％:27％:48％，起泡剂的用量为液相质量的1.5％。

6.根据权利要求1所述的二元复合驱后三相泡沫驱油的实验方法，其中，固相为莫来石；气相为氮气；液相为水；水和氮气的体积比为1:1.1；莫来石的用量为液相质量的1％；起泡剂羧甲基纤维素、磷酸二氢钠和2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱的质量百分比为25％:27％:48％；起泡剂的总用量为液相质量的1.5％。