超稠油自生二氧化碳泡沫吞吐技术的研究与应用

超稠油自生二氧化碳泡沫吞吐技术的研究与应用
张守军;郭东红
【摘要】为了改善超稠油蒸汽吞吐后期效果,探讨了应用自生二氧化碳泡沫辅助超稠油蒸汽吞吐技术的可行性.室内考察了磺酸盐类高温泡沫剂(GFPJ)体系的发泡性能、再发泡性能、耐高温性能以及高温下的封堵性能.结果表明,GFPJ体系具有很好的发泡性能以及再发泡性能,280 ℃温度下老化96 h后体系的活性物损失不大于12.5%,200 ℃温度下的阻力因子达到16.7.使用以尿素为发气剂,GFPJ为泡沫剂的地下自生二氧化碳泡沫技术开展了130井次的蒸汽吞吐现场试验,取得了显著的应用效果,累计增油3.66×104 t,经济效益达7 500万元,投入产出比1∶8.
【期刊名称】《石油钻探技术》
【年(卷),期】2009(037)005
【总页数】4页(P101-104)
【关键词】稠油开采;二氧化碳;泡沫;蒸汽吞吐;辽河油田
【作者】张守军;郭东红
【作者单位】中国石油辽河油田公司,曙光采油厂,辽宁,盘锦,124000;中国石油勘探开发研究院,油田化学研究所,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TE345;TE357.44
辽河油田是中国最大的稠油生产区，2006年稠油产量达到764.4×104 t，占辽河
油田年总产量的62.4%，其中热采稠油年产量达到660.0×104 t，占稠油产量的86.3%。

自20世纪80年代投入开发至今，该油田生产稠油的主力区块相继进入
蒸汽吞吐开发的中后期，平均吞吐周期数达10.5个周期，油层压力已降至原始压
力的30%左右。

受地层压力降低、边底水侵入和油井井况变差等多种因素的影响，周期产油量越来越低，吞吐开发效果变差，产量递减较快[1]。

如何改善超稠油蒸汽吞吐中后期的作用效果，已经成为辽河油田稳定原油产量的关键问题。

为了提高油井周期吞吐效果，可以采用提高蒸汽利用率、改善油层纵向动用程度、增加地层弹性能量、改善渗流通道和降低流体黏度等技术手段[2]。

超稠
油自生二氧化碳泡沫辅助蒸汽吞吐技术，是利用尿素在高温下分解产生的二氧化碳作为气源，表面活性剂作为发泡剂，发挥综合效应，可有效提高超稠油蒸汽吞吐的效果，克服了氮气泡沫调剖技术施工工艺复杂、车组庞大、时间长和成本高的缺点。

同时，产生的CO2气体具有降低原油黏度、补充地层能量、降低界面张力等优点，是提高蒸汽吞吐效果较理想的注入气体。

地下自生二氧化碳的方式具有输送安全、腐蚀小以及对环境有利等优点。

该技术除了具备常规CO2吞吐技术的基木机理以外[3]，还具有独特的作用机理，是一项极具潜力的技术[4]。

为此，笔者利用高效
泡沫剂(GFPJ)体系，考察了使用泡沫剂和尿素的最佳质量分数。

现场试验证明，超稠油自生二氧化碳泡沫辅助蒸汽吞吐技术在技术上和经济上都是可行的。

1 室内试验
1.1 原料和试剂
不同批次的磺酸盐类高温发泡剂工业产品GFPJ0710-1、GFPJ0710-2和
GFPJ0710-3，有效含量约为32%～35%，北京海泰石油新技术开发中心助剂厂产；尿素CO(NH2)2，天津东丽区天大化学试剂厂产。

1.2 试验仪器
耐高温老化装置(自制)；Waring搅拌器，美国产；阻力因子测定装置，中国石油
勘探开发研究院热力采油研究所提供。

1.3 试验方法
1.3.1 发泡性能测试方法
采用Waring Blender法评价发泡剂的起泡性和稳泡性能。

试验时，将100 mL配制好的发泡剂溶液倒入Waring搅拌器中，在6 500 r/min转速下搅拌1 min，将泡沫倒入1 000 mL量筒中，读出不同时间不同体系的起泡体积及泡沫体积衰减一半时所用的时间(即为泡沫的半衰期)。

半衰期越长，泡沫剂就越稳定。

1.3.2 阻力因子测试方法
试验装置为动态评价采用的试验装置，为一维单管模型，模型水平放置于恒温烘箱内，岩心长50.0 cm，直径3.0 cm，详细测试步骤见文献[5]。

不同之处在于，笔者使用不同质量分数的尿素溶液在高温下分解产生的气体作为发泡剂发泡的气源，而文献[5]是使用高压氮气作为发泡剂发泡的气源。

阻力因子的大小可以评价泡沫剂产生的泡沫在岩心中的实际封堵能力，作为注蒸汽用调剖剂，要求产生的泡沫流动阻力大，表观黏度高，能有效封堵蒸汽窜流层。

一般认为，注蒸汽过程中当阻力因子达到4时,起泡剂在油层中就能起到一定的调剖作用。

2 试验结果与讨论
2.1 高温发泡剂的发泡性能及泡沫稳定性
图1为不同批次GFPJ发泡剂工业品在质量分数为1.0%时的发泡性能和稳定性情况。

从图1可以看出，不同批次的产品在质量分数为1.0%时，起始发泡量能够达到700 mL以上，半衰期达到6 h以上，并且不同批次产品的性能稳定。

图1 质量分数1.0%的不同批次发泡剂的发泡性能
有关研究结果表明[6]，半衰期长即稳定性好的泡沫体系其再生能力并不高。

多孔介质条件下,在近井地带气液线速度高,扰动剧烈,形成均匀稳定的泡沫,伴随着泡沫向
地层深部推移,渗流速度降低,泡沫开始破裂。

因此,再生能力的高低对其能否在地层深部以泡沫的形态推进至关重要。

稳定性再高的泡沫体系伴随着时间的推移也将破灭,所以再生能力对气液能否以泡沫形态在地层中存在具有至关重要的意义。

因此，笔者对发泡剂产品进行了发泡稳定性以及重复发泡能力的测试，试验结果如图2、图3所示。

图2 质量分数1.0%GFPJ07101发泡剂的再发泡性能
图3 质量分数0.5%GFPJ07101发泡剂的再发泡性能
图2表示的是GFPJ0710-1泡沫剂产品的重复发泡性试验结果。

其具体试验方法是：当第1次发泡试验结束(即泡沫完全消失)后，利用该溶液重新搅拌进行第2次发泡试验，并进行第2次观察，待泡沫消失后，再进行第3次发泡，依次类推。

可以看出当体系进行第5次发泡时，其起始发泡量和半衰期几乎没有变化，这说
明该种泡沫体系具有很好的重复发泡性能(即很好的泡沫再生性能)。

这对于保证该泡沫剂体系的应用效果具有至关重要的意义。

同样，图3表示的是质量分数为0.5%时泡沫体系的发泡情况，其再发泡性能依然很好。

同时，从图3还可以看出，当泡沫剂的质量分数降至0.5%时，该泡沫剂的发泡性能依然较好，起始发泡量仍可以接近700 mL，半衰期达到6 h以上，说明该种泡沫剂在较低质量分数下的发泡能力和稳定性依然很好。

这一点在实际应用过程中，对于降低发泡剂质量分数和生产成本具有重要意义。

2.2 高温发泡剂的热稳定性
高温发泡剂或起泡剂热稳定性的分析方法有两种：一种是起泡剂经过高温热老化后再次测量其发泡性和稳定性；另一种是采用两相滴定法测定起泡剂高温热老化前后其有效质量分数的变化。

表1为发泡剂GFPJ0710体系老化前后(280 ℃，96 h)
的发泡性能对比。

表1 1.0%发泡剂GFPJ0710体系老化前后的发泡性能泡沫剂耐温前后发泡体积
/mL耐温前后半衰期/h活性物损失率，%GFPJ0710-1710/6906 5/6 012
5GFPJ0710-2705/6806 4/6 012 2
从表1可以看出，280 ℃条件下热老化96 h后，GFPJ0710-1和GFPJ0710-2体系的发泡体积和半衰期有了小幅降低，原因是在280 ℃温度下长时间老化后，起
泡剂的有效质量分数有一定程度的损失。

但是发泡剂GFPJ0710-1和GFPJ0710-
2体系老化以后的各种性能仍然能够达到或超过稠油热采对高温发泡剂的要求。

2.3 高温发泡剂的高温封堵性能
2.3.1 尿素质量分数对泡沫阻力因子的影响
室内对使用尿素CO(NH2)2的最佳质量分数进行了试验。

图4为在200 ℃温度、泡沫剂质量分数为0.5%的情况下，CO(NH2)2的质量分数对泡沫阻力因子的影响。

从图4可以看出，随着CO(NH2)2质量分数的增加，阻力因子不断增大；当
CO(NH2)2的质量分数达到15%以后，阻力因子的变化幅度减小；继续增大
CO(NH2)2的质量分数，阻力因子变化不大。

因此，CO(NH2)2的质量分数应当
控制在15%～20%。

图4 尿素的质量分数与泡沫阻力因子的关系曲线
2.3.2 泡沫剂质量分数对阻力因子的影响
室内同时研究了泡沫剂GFPJ的质量分数对阻力因子的影响。

图5为200 ℃温度、CO(NH2)2质量分数为15%的情况下，泡沫剂的质量分数对阻力因子的影响。

可
以看出，随着发泡剂质量分数的增加，阻力因子不断增大，当泡沫剂质量分数达到0.5%时变化幅度减小，继续增大泡沫剂的质量分数，阻力因子变化不大，因此泡
沫剂GFPJ的最佳质量分数应当控制在0.5%左右。

图5 发泡剂质量分数与泡沫阻力因子关系曲线
3 现场试验
3.1 现场试验方案设计与试验方法
根据室内研究结果,确定出具有最佳效果时的尿素含量和高温发泡剂质量分数,然后
结合油井现场的有关参数估算出达到较佳效果时需要注入的增效剂尿素和高温发泡剂量。

以尿素为发气剂，GFPJ为发泡剂,开展地下自生二氧化碳泡沫辅助蒸汽吞吐现场试验。

3.2 现场试验效果
根据室内试验获得的最佳工艺条件，利用超稠油自生二氧化碳泡沫辅助蒸汽吞吐技术，在辽河油田曙光采油厂累计现场试验130井次，措施成功率100%，累计增
液15.00×104 t、增油3.66×104 t，见到了较好的措施效果。

主要表现在以下几
个方面：
1)注汽压力升高，纵向动用程度得到改善。

统计注汽参数相近、可对比的71井次,平均措施实施周期12.1，措施前平均注汽压力11.0 MPa，措施后平均注汽压力11.5 MPa，提高了0.5 MPa。

2)措施后采注比及油气比明显改善，增油排液效果较好。

周期结束的72井次，平均措施周期11.5，周期对比采注比提高0.24，油气比提高0.03。

3)经济效益显著。

该项目现场实施后，经济效益明显，扣除投入费用，新增产值近7500万元，投入产出比1∶8。

4 结论
1)GFPJ泡沫剂具有较好的耐高温性能，高温下的阻力因子达到16.7，具有较好的调剖封堵作用。

2)封堵试验数据表明，使用尿素和泡沫剂的最佳质量分数分别为15.0%～20.0%和0.5%。

3)超稠油自生二氧化碳泡沫辅助蒸汽吞吐技术不仅技术上可行，而且经济效益显著。

参考文献
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