CN110984933A - 一种油田特高含水期粉煤灰强化多相复合调驱方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油田特高含水期粉煤灰强化多相复合调驱方法。所述方法包括如下步骤：依次采用粉煤灰强化泡沫、表面活性剂泡沫、微乳液和水进行调驱；粉煤灰强化泡沫由气相和液相Ⅰ制成；液相Ⅰ为起泡剂Ⅰ、粉煤灰和气液界面调节剂的水溶液；表面活性剂泡沫由气相和液相Ⅱ制成；液相Ⅱ为起泡剂Ⅱ的水溶液；微乳液由复配表面活性剂、助表面活性剂、油相、无机盐和水组成；复配表面活性剂为SDS和吐温80的复配物。本发明通过粉煤灰强化泡沫段塞、表面活性剂泡沫段塞和微乳液段塞三者之间发生作用，可实现调控大孔通道的开闭，减小流动阻力，实现“堵而不死”的调驱效果，有利于原油的流动和采出，从而达到油藏经济高效开发的目的。

Description

一种油田特高含水期粉煤灰强化多相复合调驱方法

技术领域

本发明涉及一种油田特高含水期粉煤灰强化多相复合调驱方法，属于粉煤灰固体废物利用技术和CO₂封存及驱油技术领域。

背景技术

国内经过几十年开发的部分东部主力油区已经进入特高含水开发阶段。油田开采进入特高含水阶段后，储层层间、层内和平面非均质性严重，在强波及区注入水易沿水窜通道指进，造成储层胶结物不断被水冲刷，致使一些胶结强度较低的疏松砂岩被冲散，微颗粒在岩石孔隙中运移，导致储集层微观非均质性加强，不仅造成大量注入水无效循环造成浪费，而且使储层孔隙喉道结构发生变化渗流环境变差，不利于剩余油的开采。与初期水驱相比进入特高含水期后的剩余油驱动力发生变化，由水驱梯度力为主转变为粘滞剪切力为主，使剩余油存在状态及可动条件变得更复杂。在水动力不足的弱波及区和未波及区富集大量的剩余油，由于孔隙网络结构复杂，即使在强波及区内仍存在被绕流的簇状剩余油、柱状剩余油和顽固型膜状剩余油等分散状剩余油，储层中剩余油的分布及形态存在巨大差异。

针对特高含水阶段油藏提高采收率问题已有相关学者进行了研究，石油钻采工艺2013年第35卷中，记载了王其伟发表的《泡沫驱油发展现状及前景展望》一文，文章中指出了泡沫流体同时具有提高波及体积和提高驱油效率的作用，然而，泡沫调驱矿场应用过程中几乎都存在气窜的问题，导致波及系数降低，驱替效率下降；泡沫体系一个很大的缺点即为稳定性差，施工后有效期短，此外，还存在遇油消泡、有效期短、驱油效率低于聚合物等缺点。石油学报2016年第37卷中，记载了周宇等人发表的《高含水油藏CO₂驱油机理》一文，文章中记载了CO₂驱不但能够提高水驱已波及区域的驱油效率，而且能扩大微观波及效率，动用水驱无法动用的剩余油。然而，在高含水油藏中，由于含水饱和度高，CO₂在水中的溶解损失高于一般油藏。同时，水驱开发后期油、水同层的特点，会导致地层水阻止CO₂与原油充分接触，从而影响CO₂在油中的溶解，降低驱油效率。

目前，三次采油技术已进入中后期，虽然在采油过程中取得一定效用，但是单一体系仍存在诸多问题，还无法大范围推广应用，存在较大的局限性。所以，亟需寻找能够进一步提高原油采收率的技术体系。因此，针对传统单一体系不能很好解决特高含水阶段剩余油开采，有必要研发一种能够智能封堵高渗透带，改善储层微观非均质性，抑制窜流指进，扩大波及体积，提高洗油效率，并且能够调控大孔通道的开闭，减小流动阻力，实现“堵而不死”的调驱效果，有利于原油的流动和采出，可实现较高的经济开发效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种油田特高含水期粉煤灰强化多相复合调驱方法，以解决特高含水期剩余油开采过程中面临的储层非均质性严重，注入流体沿水窜通道指进，波及系数低等问题，本发明方法能够智能封堵高渗透带，改善储层微观非均质性，抑制窜流指进，扩大波及体积，提高洗油效率，还能够调控大孔通道的开闭，减小流动阻力，实现“堵而不死”的调驱效果，有利于原油的流动和采出，从而达到油藏经济高效开发的目的。

本发明所涉及的“特高含水期”油田指的是采出液含水率超过95％的油田。

本发明所提供的油田特高含水期粉煤灰强化多相复合调驱方法，包括如下步骤：

依次采用粉煤灰强化泡沫、表面活性剂泡沫、微乳液和水进行调驱。

上述的复合调驱方法中，所述粉煤灰强化泡沫由气相和液相Ⅰ制成；

所述气相为二氧化碳或氮气；

所述液相Ⅰ为起泡剂Ⅰ、粉煤灰和气液界面调节剂的水溶液，其质量百分比如下：

起泡剂Ⅰ 0.2～0.4％；

粉煤灰 1.2～4.9％；

气液界面调节剂 0.03～0.15％；

余量的水；或

起泡剂Ⅰ 0.4％；

粉煤灰 4.5％；

气液界面调节剂 0.15％；

余量的水。

具体地，所述起泡剂Ⅰ可为石油磺酸盐与椰油酰胺基丙基甜菜碱的复配物，两者的质量比可为1：1～2.6，具体可为1：1.2；

所述粉煤灰呈颗粒状，平均粒径低于10μm，粉煤灰颗粒微观球形度高于0.8，莫来石和石英占比大于85wt％；

所述气液界面调节剂可为碳酸钠、氯化钠和氯化钾的复配物，三者的质量比可为1：1～1.9：1～2.3，具体可为1：1：2。

所述粉煤灰强化泡沫用于强化调堵段塞，封堵储层中水窜通道，调整储层微观非均质性，抑制窜流指进，引导后续段塞进入储层中的富含油区域，减少驱替能量在水窜通道内的损失。

上述的复合调驱方法中，所述表面活性剂泡沫由气相和液相Ⅱ制成；

所述气相为二氧化碳或氮气；

所述液相Ⅱ为起泡剂Ⅱ的水溶液，其质量百分比如下：

起泡剂Ⅱ 0.3～0.5％；

余量的水；或

起泡剂Ⅱ 0.35％；

余量的水；

所述起泡剂Ⅱ为油茶皂苷与十二烷基苯磺酸钠的复配物，两者的质量比可为1：1～2.1，具体可为1：1.7。

所述表面活性剂泡沫用于隔离缓冲段塞，隔离开所述粉煤灰强化泡沫和所述微乳液，防止后续段塞与粉煤灰颗粒在泡沫液膜上产生竞争吸附，保护粉煤灰强化泡沫的封堵能力，增强微乳液的波及能力。

上述的复合调驱方法中，所述微乳液由复配表面活性剂、助表面活性剂、油相、无机盐和水组成；

所述复配表面活性剂为SDS和吐温80的复配物，两者的质量比可为1～4.5：1，具体可为1.5：1；

所述助表面活性剂为正丙醇、正丁醇或正戊醇；

所述油相为轻质原油；

所述无机盐为碳酸钠水溶液或氯化钠水溶液；

所述微乳液的质量百分比组成如下：

复配表面活性剂 3.5～6.5％；

助表面活性剂 2.5～7.0％；

油相 2.0～7.0％；

无机盐 1.0～4.0％；

余量的水；或

复配表面活性剂 5.2％；

助表面活性剂 2.7％；

油相 3.2％；

无机盐 3％；

余量的水。

所述微乳液用于强化驱油及消泡段塞，用于扩大波及体积，提高洗油效率，通过微乳液与粉煤灰强化泡沫相互作用，使粉煤灰强化泡沫破灭消失，再次打开水窜通道。

上述的复合调驱方法中，采用地层水进行水动力段塞，持续为强化调堵段塞、隔离缓冲段塞、强化驱油及消泡段塞提供驱替动力。

本发明按照下述顺序进行调驱：粉煤灰强化泡沫、表面活性剂泡沫、微乳液和水，具有如下优势：

随着时间的延长，当微乳液和原油反应时间达到表面活性剂泡沫的半衰期时，表面活性剂泡沫开始破灭消失，此时微乳液段塞在循环水段塞的推动作用下继续向粉煤灰颗粒强化泡沫段塞靠近，当两段塞接触后，微乳液中的表面活性剂与粉煤灰颗粒在泡沫液膜上产生竞争吸附，由于粉煤灰颗粒在泡沫液膜上的吸附是不牢固的，易受其他表面活性剂的影响，脱落粉煤灰颗粒的泡沫稳定性变差，逐渐破灭消失，此后水流通道重新被打开，极大降低了被启动的剩余油的运移难度，使汇集在高渗透通道内油墙在循环水段塞的作用下被采出。值得关注的是，粉煤灰强化泡沫在高渗透带破灭，使大量粉煤灰颗粒吸附滞留在大孔道内，使孔道有效直径逐渐变小，有利于改善储层微观非均质性，有利于提高原油采收率。

优选地，采用地面发泡的方式注入所述粉煤灰强化泡沫，所述粉煤灰强化泡沫的泡沫质量控制为50％～80％，所述粉煤灰强化泡沫的注入量为500～3000m³；所述粉煤灰强化的泡沫界面可形成一层“刚性”膜，有效的增加了液膜表面的界面粘弹性，其在地层中表现为高表观粘度，有效地控制流体在大孔道内的窜流指进现象。粉煤灰强化泡沫段塞在非均质严重地层中选择性封堵高渗透通道，在特高含水期阶段堵水抗冲刷性能强。此外，粉煤灰颗粒吸附膜有效的减缓了泡沫的聚并和破裂速度，大大增强了泡沫的稳定性，进一步增强了粉煤灰强化泡沫段塞的封堵能力，为使后续塞充分发挥作用提供的了有利的地层环境，有利于后续微乳液段塞突进连片状剩余油区和小孔隙吼道，扩大波及体积，并且能够减少大通道内地层水对微乳液段塞的稀释损失。

优选地，地面发泡的方式注入所述表面活性剂泡沫，所述表面活性剂泡沫的注入量为粉煤灰强化泡沫注入量的1/3～1/2；所述表面活性剂泡沫能够在高渗透带大孔道内运移，在多孔介质中的泡沫具有“遇油破灭，遇水稳定”的性质，能够在粉煤灰强化泡沫段塞与微乳液段塞之间形成一段隔离带，起到缓冲的作用，有效地避免了微乳液中的表面活性剂与粉煤灰颗粒在泡沫液膜上产生竞争吸附，保证了粉煤灰强化泡沫段塞的持久性封堵能力和稳定性。通过控制表面活性剂泡沫段塞的注入量及注入时间，进而能够控制强化泡沫段塞与微乳液段塞接触时机，最终实现控制大孔通道的开闭，减小流动阻力，实现“堵而不死”的调驱效果。该表面活性剂泡沫段塞有利于进一步加强后续微乳液段塞的波及能力，充分发挥微乳液段塞的洗油作用。

优选地，所述微乳液用量为所述粉煤灰强化泡沫注入量的0.1～0.5倍。微乳液段塞具有降低油水界面张力至超低及乳化携带剩余油等高效洗油能力，其在本发明多相复合调驱体系中发挥突进连片状死油区及细喉控制的低渗透区的作用，扩大波及体积，同时还能够启动高渗透通道内分散程度较大的剩余油，并且能够将其从盲端及小孔喉等驱动力不足或被绕流的区域携带出，通过微乳液的联合聚并剩余油并富集成油墙，使被启动的剩余油运移至渗透率较大的高渗透通道。

优选地，循环水段塞的注入速度为2.0～5.0m³/h。循环水段塞在本发明多相复合调驱体系中发挥提供驱替动力的作用。保证了微乳液顺利突进死油区及细喉控制的低渗透区；保证了被启动的剩余油顺利运移出储层。

本发明方法具有如下有益效果：

(1)本发明通过粉煤灰强化泡沫段塞、表面活性剂泡沫段塞和微乳液段塞三者之间发生作用，可实现调控大孔通道的开闭，减小流动阻力，实现“堵而不死”的调驱效果，有利于原油的流动和采出，从而达到油藏经济高效开发的目的。

(2)本发明采用了粉煤灰强化多相复合调驱体系，相对于传统三次采油技术中单一化学驱油体系，该多相复合调驱体系能够更好地解决油藏特高含水阶段剩余油的开采，可实现大范围推广应用，具有较高的经济开发效益。

(3)本发明采用四种段塞形式的多相复合调驱体系，该体系可实现智能封堵高渗透带，抑制特高含水期流体在大孔道内的窜流指进，扩大油藏中低渗条带的波及体积，提高洗油效率的作用。

(4)本发明采用的粉煤灰颗粒能够强化泡沫液膜，大幅度提高泡沫的稳定性，有利于封堵特高含水的大孔道，同时粉煤灰颗粒能够吸附在高渗透孔道，有利于改善储层微观非均质性。此外，粉煤灰颗粒原料成本低廉易获得，能够大量应用，并且可以实现变废为宝，缓解粉煤灰颗粒对环境污染造成的压力。

附图说明

图1为本发明油田特高含水期粉煤灰强化多相复合调驱方法的示意图；

图中，①表示粉煤灰强化泡沫段塞；②表示表面活性剂泡沫段塞；③表示微乳液段塞；④表示循环水段塞；⑤表示赋存于地层中的原油。

图2为本发明调驱时多相复合调驱体系的微观相互作用的示意图；

其中，图2(A)表示粉煤灰强化泡沫段塞封堵高渗透带地层微观机理示意图；图2(B)表示粉煤灰强化泡沫段塞、表面活性剂泡沫段塞和微乳液段塞三者相互发生作用以及不同渗透率条带波及情况示意图；图2(C)表示微乳液中的表面活性剂与粉煤灰颗粒在泡沫液膜上产生竞争吸附，泡沫破灭消失；图2(D)表示高渗透率条带被再次打开，扩大低渗透率条带的波及。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明采用粉煤灰强化多相复合调驱体系对特高含水期油田进行调驱的注入方式如图1所示，可以看出，注入顺序为：强化调堵段塞：注入粉煤灰强化泡沫，隔离缓冲段塞：注入表面活性剂泡沫，第Ⅲ段塞：注入微乳液，水动力段塞：注入循环水。该注入顺序的优势为：随着时间的延长，当微乳液和原油反应时间达到表面活性剂泡沫的半衰期时，表面活性剂泡沫开始破灭消失，此时微乳液段塞在循环水段塞的推动作用下继续向粉煤灰颗粒强化泡沫段塞靠近，当两段塞接触后微乳液中的表面活性剂与粉煤灰颗粒在泡沫液膜上产生竞争吸附，由于粉煤灰颗粒在泡沫液膜上的吸附是不牢固的，易受其他表面活性剂的影响，脱落粉煤灰颗粒的泡沫稳定性变差，逐渐破灭消失，此后水流通道重新被打开，极大降低了被启动的剩余油的运移难度，使汇集在高渗透通道内油墙在循环水段塞的作用下被采出。此外，粉煤灰强化泡沫在高渗透带破灭，使大量粉煤灰颗粒吸附滞留在大孔道内，使孔道有效直径逐渐变小，有利于改善储层微观非均质性，有利于提高原油采收率。

本发明采用的粉煤灰强化泡沫由气相和液相制成，气相为二氧化碳，液相为起泡剂、粉煤灰和气液界面调节剂的水溶液，其质量百分比组成为：起泡剂为0.4％，粉煤灰颗粒4.5％，气液界面调节剂用量为0.15％，余量的水。其中，起泡剂为石油磺酸盐与椰油酰胺基丙基甜菜碱质量比为1：1.2的复配物，粉煤灰颗粒的平均粒径低于8.5μm，粉煤灰颗粒微观球形度高于0.82，莫来石和石英占比大于91wt％，气液界面调节剂为碳酸钠、氯化钠和氯化钾的复配物，三者的质量比为1：1：2。

本发明采用的表面活性剂泡沫由气相和液相制成，气相为氮气，液相为起泡剂的水溶液，其质量百分比组成为：起泡剂为0.35％，余量的水，其中，起泡剂为油茶皂苷与十二烷基苯磺酸钠质量比为1：1.7的复配物，表面活性剂泡沫段塞的泡沫质量为75％。

本发明采用的微乳液由复配表面活性剂、助表面活性剂、油相、无机盐和水制成，复配表面活性剂为SDS和吐温80按质量比1.5：1的复配物，助表面活性剂为正丁醇，油相为轻质原油，无机盐为氯化钠水，其中，微乳液的质量百分比组成为：复配表面活性剂5.2％，助表面活性剂2.7％，油相3.2％，无机盐3％，余量的水。

进行调驱时，采用地面发泡的方式注入粉煤灰强化泡沫，泡沫质量控制为65％，粉煤灰强化泡沫的注入量为1500m³。采用地面发泡的方式注入表面活性剂泡沫，表面活性剂泡沫的注入量为粉煤灰强化泡沫注入量的1/3。微乳液用量为粉煤灰强化泡沫注入量的0.2倍。循环水段塞的注入速度为3.0m³/h。

利用多相复合调驱体系进行调驱时的微观相互作用的示意图如图2所示，图2(A)为粉煤灰强化泡沫段塞封堵高渗透带地层微观机理示意图：粉煤灰强化泡沫段塞在非均质严重地层中选择性封堵高渗透通道，在特高含水期阶段表现出具有堵水抗冲刷性能，其在地层中表现为高表观粘度，并且通过粉煤灰强化的泡沫界面形成一层“刚性”的膜，有效的增加了液膜表面的界面粘弹性，有效地控制流体在大孔道内的窜流指进现象。此外，泡沫表面形成一层致密的粉煤灰颗粒吸附膜，有效的减缓了泡沫的聚并和破裂速度，大大增强了泡沫的稳定性，进一步增强了粉煤灰强化泡沫段塞的封堵能力，为后续段塞充分发挥作用提供的了有利的地层环境，有利于后续微乳液段塞突进低渗透区域，增大波及体积，提高原油采收率。

图2(B)为粉煤灰强化泡沫段塞、表面活性剂泡沫段塞和微乳液段塞三者相互发生作用以及不同渗透率条带波及情况示意图：注入表面活性剂泡沫，能够在粉煤灰强化泡沫段塞与微乳液段塞之间形成一段隔离带，起到缓冲的作用。当未达到表面活性剂泡沫的半衰期时，位于表面活性剂泡沫段段塞之前的粉煤灰强化泡沫仍稳固封堵水窜通道，表面活性剂泡沫段段塞之后的微乳液段塞突进难以波及到的低渗透条带，大幅度降低原油界面张力，启动特高含水期常规单一化学驱油体系无法动用的剩余油，大幅度提高剩余油的采出程度。

图2(C)为微乳液与粉煤灰颗粒强化泡沫接触产生竞争吸附，泡沫破灭消失：当达到表面活性剂泡沫的半衰期时，表面活性剂泡沫开始破灭消失，此后微乳液段塞继续向粉煤灰颗粒强化泡沫段塞靠近，当两段塞接触后微乳液中的表面活性剂与粉煤灰颗粒在泡沫液膜上产生竞争吸附，脱落粉煤灰颗粒的泡沫稳定性变差，逐渐破灭消失，此后大孔通道重新被打开，在复杂的地层环境中，由驱替原油流动所需消耗较高能量的低渗通道，转变为消耗较低能量的高渗通道，大幅度降低了被启动的剩余油的运移难度，使被启动的剩余油在循环水段塞的推动作用下被采出。通过控制表面活性剂泡沫段塞的注入量及注入时机，进而能够控制强化泡沫段塞与微乳液段塞接触时机，最终实现控制大孔通道的开闭，减小流动阻力，实现“堵而不死”的调驱效果。

图2(D)为高渗透率条带被再次打开，扩大低渗透率条带的波及：一个轮次粉煤灰强化多相复合调驱体系驱替后，高渗透率条带被再次打开，赋存在低渗透条带内剩余油被有效动用，大幅度提高了原油的采出程度。

Claims (10)

1.一种油田特高含水期粉煤灰强化多相复合调驱方法，包括如下步骤：

依次采用粉煤灰强化泡沫、表面活性剂泡沫、微乳液和水进行调驱。

2.根据权利要求1所述的复合调驱方法，其特征在于：所述粉煤灰强化泡沫由气相和液相Ⅰ制成；

所述气相为二氧化碳或氮气；

所述液相Ⅰ为起泡剂Ⅰ、粉煤灰和气液界面调节剂的水溶液，其质量百分比如下：

起泡剂Ⅰ0.2～0.4％；

粉煤灰1.2～4.9％；

气液界面调节剂0.03～0.15％；

余量的水。

3.根据权利要求2所述的复合调驱方法，其特征在于：所述起泡剂Ⅰ为石油磺酸盐与椰油酰胺基丙基甜菜碱的复配物；

所述粉煤灰呈颗粒状，平均粒径低于10μm；

所述气液界面调节剂为碳酸钠、氯化钠和氯化钾的复配物。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的复合调驱方法，其特征在于：所述表面活性剂泡沫由气相和液相Ⅱ制成；

所述气相为二氧化碳或氮气；

所述液相Ⅱ为起泡剂Ⅱ的水溶液，其质量百分比如下：

起泡剂Ⅱ0.3～0.5％；

余量的水；

所述起泡剂Ⅱ为油茶皂苷与十二烷基苯磺酸钠的复配物。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的复合调驱方法，其特征在于：所述微乳液由复配表面活性剂、助表面活性剂、油相、无机盐和水组成；

所述复配表面活性剂为SDS和吐温80的复配物；

所述助表面活性剂为正丙醇、正丁醇或正戊醇；

所述油相为轻质原油；

所述水溶液为碳酸钠水溶液或氯化钠水溶液；

所述微乳液的质量百分比组成如下：

复配表面活性剂 3.5～6.5％；

助表面活性剂 2.5～7.0％；

油相2.0～7.0％；

无机盐1.0～4.0％；

余量的水。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的复合调驱方法，其特征在于：采用地面发泡的方式注入所述粉煤灰强化泡沫；

所述粉煤灰强化泡沫的注入量为500～3000m³。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的复合调驱方法，其特征在于：采用地面发泡的方式注入所述表面活性剂泡沫；

所述表面活性剂泡沫的注入量为所述粉煤灰强化泡沫注入量的1/3～1/2。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的复合调驱方法，其特征在于：所述微乳液的注入量为所述粉煤灰强化泡沫注入量的0.1～0.5倍。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的复合调驱方法，其特征在于：所述水为地层水；

所述水的注入速度为2.0～5.0m³/h。

10.一种多相复合调驱体系在油藏的特高含水期调驱中的应用；

所述多相复合调驱体系包括粉煤灰强化泡沫、表面活性剂泡沫和微乳液。

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