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1GMH-1高温发泡剂性能评价及在稠油蒸汽热采中的应用胜利油田东营广贸化工科技有限公司2008年12月2GMH-1高温泡沫剂性能评价及在稠油蒸汽热采中的应用成果一.前言我国稠油储量丰富，但因密度和粘度较大，开采难度高，蒸汽驱是一种有效开采稠油的方法，但由于蒸汽的密度和粘度很低，易流动，产生重力分异而导致“超覆”和“气窜”。垂直扫油效率不均匀，致使地层中残余油饱和度高，蒸汽波及系数小，降低了原油采收率。胜利油田已探明稠油地质储量4.41亿吨，是胜利油田持续稳定发展的重要组成部分。目前，胜利稠油的主要开发方式是注蒸汽热采，且以蒸汽吞吐为主。胜利油田1984年在单家寺油田开展注蒸汽热采，经过二十多年的开发，几个主力稠油热采区块已进入到多轮次吞吐后期开发阶段。经过多轮次的吞吐后，必须适时转入蒸汽驱，蒸汽驱采油现场试验，国外开始于70年代后期。美国研究者认为使用泡沫剂可取得明显的经济效益。但蒸汽在低残余油饱和带的无效窜流严重的影响了蒸汽吞吐及蒸汽驱的开发效果差，蒸汽驱遇到的最大问题是如何抑制蒸汽的“汽窜”和“超覆”，扩大蒸汽的波及体积。目前，国内外的矿场实践证明，在蒸汽中伴注氮气及高温泡沫体系可提高注入蒸汽的波及效率和驱替效率。通过加入高温泡沫剂和氮气，在地层孔道中产生泡沫，高强度的泡沫膜使气相的渗流能力急剧降低，封堵高渗透层或大孔道，增加了驱替体积，提高了波及面积，改善油藏开发效果。国内外的研究表明，伴蒸汽注入泡沫剂和氮气可以有效降低蒸汽在高渗透带的窜流，是提高稠油热采油藏采收率的有效方式。在蒸汽中加入高温泡沫剂和氮气，能够提高蒸汽驱采收率15%以上，经济效益可观。在泡沫流体中，起泡剂是影响发泡能力、泡沫稳定性和耐温性的重要因素。应用于稠油热采的泡沫剂不同于一般的泡沫剂，由于目前热采使用的超临界锅炉产生的高压蒸汽井口温度高达350℃，常规的泡沫剂在这样的高温下，均会分解失效。因此，研制蒸汽驱使用的泡沫剂的最大难点在于泡沫剂的超强耐温性。耐温性好的含氟表面活性剂价格极贵，很难推广使用，因此,研发耐温性好，发泡能力强、泡沫稳定性高的起泡剂具有重要意义。3二、高温泡沫剂性能评价GMH-1高温泡沫剂是一种由磺酸盐等表面活性剂组成的产品，在300℃高温条件下，化学性质稳定，经300℃高温，10MPa（兆帕），72小时耐温性试验，化学性质基本不变，起泡能力及泡沫稳定性良好，耐温后保持在耐温前的80%以上的水平，活性物含量损失小于10%。并且高温泡沫剂在高温下具有很好的起泡能力，能够在地下起到较好的防止汽窜，提高蒸汽吞吐及蒸汽驱的作用。目前，由于试验手段及化学剂性质的限制，高温泡沫剂的评价通常在300℃以下，高于300℃，高温泡沫剂的分解产物会对设备造成非常大的影响，并且虽然井口的高压蒸汽温度很高，但随着蒸汽向地层深部的扩散，温度会迅速下降，井低附近5米处，温度会降低到250℃左右,随着向地层深处推进,蒸汽温度逐渐下降。试验证明，GMH-1高温泡沫剂在250℃时，仍然具有较好的的泡沫封堵能力，高于250℃时封堵调剖能力相对较差,可以认为泡沫在井底附近由于温度的影响不会形成堵塞作用，随着向地层深部运移，蒸汽温度逐渐下降，泡沫剂能够在地层深部起到调节蒸汽剖面的作用，这样即不影响蒸汽的注入能力，又起到防止汽窜的目的。1、高温泡沫剂耐温性试验经过大量的试验研究，初步筛选出GMH-1高温泡沫剂，GMH-1高温泡沫剂在50℃时用罗氏泡沫仪测定，具有良好的泡沫性能,并且有较好的耐高温性能。表1为GMH-1高温泡沫剂在300℃耐温试验前后泡沫性能的对比，从表中数据可以看出，高温泡沫剂在300℃72h耐温后起泡体积及半衰期变化不大，说明高温泡沫剂耐温性良好。表150℃下高温泡沫剂的性能项目测试结果项目测试结果外观浅黄色均匀液体pH（ω:1%）850℃起泡体积/ml330300℃72h耐温后起泡体积/ml31050℃泡沫半衰期t1/2/min110300℃72h耐温后泡沫半衰期t1/2/min954表2为GMH-1高温泡沫剂用泡沫扫描仪60℃测定，在300℃耐温试验前后泡沫性能，起泡体积为100ml/min的充气速度，充气90s泡沫剂发泡体积，从表中数据可以看出，高温泡沫剂在300℃96h耐温后起泡体积变化较小，半衰期有一定程度的变化，但总体来说高温泡沫剂耐温性良好。表260℃下高温泡沫剂的性能项目测试结果项目测试结果外观浅黄或乳白色pH（ω:0.5%）760℃起泡体积/ml203300℃96h耐温后起泡体积/ml19560℃泡沫半衰期t1/2/min3711300℃96h耐温后泡沫半衰期t1/2/min2061GMH-1高温泡沫剂在室温为浅黄色或乳白色半流动性，在冷水中为乳白色不透明溶液，加热到55℃溶液变为浅黄色清亮透明，降温时，温度降到40℃时，溶液出现混浊。因此GMH-1最低使用温度为60℃.2、泡沫体系在物模试验中阻力因子1101001000100150200250300350温度阻力因子图1温度与阻力因子关系曲线图1为GMH-1高温泡沫剂不同温度下的阻力因子曲线，在一定温度下，随着泡沫注入量的增多，阻力因子逐渐上升，超过一定温度后，阻力因子逐渐下降，从温度与阻力因子关系曲线可以看出，阻力因子在温度250℃时达到最高值，当温度上升到270℃时，阻力因子逐渐下降，温度上升到300℃，仍然具有较好的封堵调剖能力。5图2为目前能够收集到的性能较好的样品的温度与阻力因子关系曲线，并且选择测试结果最好的一次试验数据。010203040506070150200250300350温度/℃阻力因子图2温度与阻力因子关系曲线从图2可以看出，该样品阻力因子相对较小，耐温性与GMH-1高温泡沫剂近似，阻力因子最高值出现在212℃，随着温度的升高阻力因子逐渐下降，温度270℃时，阻力因子在10－20左右，当温度上升到298℃时，阻力因子仅有3个左右。图3为GMH-1与对比高温泡沫剂在同一条件及模型渗透率近似条件下泡沫阻力因子对比图，从图中曲线可以看出，在温度相对较低时，GMH-1高温泡沫剂阻力因子明显高于对比样，在250℃以上，阻力因子近似，即泡沫封堵性能近似。图3GMH-1高温泡沫剂与对比样品阻力因子对比3、高温泡沫剂耐油性试验1101001000050100150200250300350温度阻力因子对比样0.6％GMH-11.0%GMH-16泡沫对油的选择性是其一大特点，堵水而不堵油，但在油藏条件下，无论水驱及蒸汽驱多么干净，油藏始终有残余油存在，因此要求，泡沫对残余油具有一定的耐受性，模仿水驱及蒸汽驱残余油的条件，研究高温泡沫剂的封堵能力具有很大的实际意义。图4为残余油条件下泡沫剂的阻力因子与温度的关系曲线。1101001000150170190210230250270290310温度/℃阻力因子图4温度与阻力因子关系曲线残余油条件下，100℃开始注入泡沫剂及氮气，从图4温度与阻力因子关系曲线看出，当温度升高193℃时，阻力因子最大，为330，随着温度的升高，阻力因子逐渐降低，当温度上升到270℃时，阻力因子在30左右，当温度上升到300℃时，阻力因子仍然维持在20－30左右，说明泡沫剂在高温下具有较好的耐油性，但其阻力因子小于没有残余油的模型试验。4.高温泡沫剂驱油效率试验天然河道砂制作模型，模型长30cm,内径2.5cm,孔隙度37.24％，渗透率K为3.13μm2，试验系统回压9.5MPa，原油粘度为75℃时338mPa.s,200℃进行热水驱至含水98％，按气液比1：2，气0.5ml/min,液1.0ml/min混合注入泡沫，进行连续驱替，计量原油采收率。7驱替曲线010203040506070809010002468101214注入倍数PV采收率含水%0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00压力MPa采收率含水压力图5高温泡沫剂驱油提高采收率曲线由高温泡沫剂驱油提高采收率曲线可知，高温泡沫驱由水驱及蒸汽驱采收率59.0％，上升到79.0％，采收率上升20.0％，注采压差最高上升到0.5MPa。说明高温泡沫剂在残余油条件下仍能较大幅度提高原油采收率。三．在现场应用效果：孤岛东GDD23-4油井历年生产曲线051015202005.520062006.520072007.520082008.520092009.5时间：年月日产原油吨8该井号为GDD23-4,位于孤岛采油厂东区，2005年7月开始生产，起初产量为15吨/天。到了2008年初，日产原油仅为2.2吨/天。从2008年8月开始实施措施，约7天的时间，通过蒸气吞吐伴氮气和高温泡沫剂后，日产原油由原来的2.2吨/天增至18吨/天。效果明显，增产显著。GMH-1高温泡沫剂，耐高温达300摄氏度以上，发泡体积大，稳定性好，耐盐耐矿化度高，在国内已达到最高水平行列。四、结论胜利油田东营广贸化工科技有限公司研制的GMH-1高温泡沫蒸汽调剖剂，其起泡能力强，稳定性好,经过300℃,72h耐温性试验,其化学性能稳定，250℃GDD23-4油井-高温泡沫剂伴蒸汽吞吐增油曲线051015202008.13579112009.135时间：年月日产原油吨GDD23-4油井-高温泡沫剂伴蒸汽吞吐含水下降曲线02550751002008.13579112009.135时间：年月含水率﹪9封堵调剖能力良好,在残余油条件下,仍然能够起到封堵调剖作用,目前，该产品在现场应用中取得良好得效果，2008年8月，在孤岛东区中部GDD23-4井泡沫蒸汽吞吐工艺中取得了较好的效果，见到了可观的经济效益，注入泡沫剂8吨后，经过20天左右的时间闷井后，重新开井生产，由施工前平均含水97.4%下降到64.2%，日产油量由2.2t上升到18t。增产稳定。该产品的应用，将为胜利油田稠油吞吐及蒸汽泡沫驱的推广应用做出贡献。