【化学吞吐开采稠油技术研究】.doc

第14卷第4期油田化学1997年第340-344,360页Oilfield Chemistry12月25日 化学吞吐开采稠油技术研究Ξ 李 牧 杨 红 唐纪云 刘宏伟 边芳霞 辽河油田钻采工艺研究院油化所 摘要 按照蒸汽吞吐的模式将多种化学剂组成的吞吐液注入油层,使其与原油发生乳化,降低油水的流度比,改变地层的润湿性和毛管力,以提高稠油产量和采收率。室内模拟实验和现场试验证明化学吞吐液可以起上述作用。化学吞吐为稠油的开采,特别是提高蒸汽开采稠油的采收率开辟了新的途径。 主题词 化学吞吐 化学吞吐液 采油化学剂 稠油开采 吞吐液应用性能 蒸汽吞吐 目前稠油油藏主要采用热力手段开采,如蒸汽吞吐、蒸汽驱、热水驱等。油层埋藏较深,油层物性不好的区块或单井,一般注汽效果较差,很难实施工业性开采或采收率很低。针对这种情况,我们将化学剂采油方法引入稠油开采中,向地层注入化学剂进行“冷采”,利用所注入的化学剂的多种性能,改变原油在地下的状态和地层的表面特性,以提高产量和采收率。 吞吐相对应的注化学剂开采稠油工艺,我们称之为“化学吞吐”。化学吞吐不仅可以单独进行冷采,还可以与蒸汽吞吐技术相结合。 1 原理 利用化学剂对稠油进行冷采是目前国内外悄然兴起的一种新方法。它基于蒸汽吞吐方法,融合了提高采收率和保护油层的基本思想,将热采与冷采技术结合在一起。 稠油富含胶质、沥青质,粘度大,开采过程中与蒸汽或其它驱替液的流度比大,流动困难,并且易沉积在岩石表面,造成孔道堵塞。所谓冷采,就是向稠油油藏注入化学药剂即吞吐液,通过吞吐液在油层中分散、乳化等作用进行开采。由多种成份复配而成的吞吐液,可使堵塞孔道的稠油重质成份分散,将稠油乳化成为水包油乳状液,改变稠油的流动性,提高地层渗透率,增加原油的流动能力。吞吐液还可改变地层的润湿性和油、水界面张力,起到辅助驱油作用。吞吐液有以下几方面的能力①低界面张力,良好的乳化能力;②解除近井地带的油层堵塞;③改变地层岩石的表面润湿性;④防止粘土膨胀。利用化学剂进行冷采主要有以下三种形式。 1单纯的化学剂吞吐,主要用于新井或多轮次蒸汽吞吐的井。新井油层含油饱和度高,初期注汽压力高、注入量少,蒸汽注入未开采的稠油油层时,注入区和加热区是短而宽而不是窄而长的,所以驱替效果相对较差。如先用化学剂进行吞吐,将近井地带的稠油采出,在地下形成一定的“空间”,可为注汽开采提供良好的条件。在多轮次注汽井,由于蒸汽的突进,稠油中的轻质成份大量挥发,油气流度比加大,注汽效果变差,采收率降低。如将化学剂与蒸汽同 Ξ收稿日期1997207229;修改日期1997208225。 通讯联系人124010辽宁盘锦兴隆台辽河油田钻采研究院油田化学所李牧。 时使用或单独使用化学剂,可改变流度比,提高注蒸汽的效果,从而提高采收率。 2注汽前或在两轮注汽之间注入化学剂,可延长注汽的有效周期。在每轮注汽的后期,地层温度下降,含水降低,原油粘度相应升高,注入化学剂可形成水包油乳状液,破坏已形成的油包水乳状液,从而延长注汽周期,提高该吞吐周期的产量。 3在注汽后的采油过程中,在井筒内加入化学剂,可降低稠油粘度,提高稠油流动性,从而提高泵效,提高产量。 2 化学吞吐液的性能研究 2 11 化学吞吐液及实验稠油样 图1 洼38块曲线1、曙175块曲线2、 杜84块曲线3稠油粘温曲线 测定时所用剪切速率粘度10000mPa ・s 时18s -1;粘 度在100010000mPa ・s 时17s -1;粘度在1001000 mPa ・s 时344s -1 辽河油田洼38块、曙175块和杜84块稠油油样族组成分析结果列于表1,粘温曲线示于图1。 表1 原油族组成分析 族组份洼38块 曙175块 杜84块 饱和烃 20.2228.50芳香烃21.7714.80胶 质28.4229.18沥青质14.50 2.9156.25 蜡 1.61 将多种表面活性剂配成水溶液,以表 面张力、洗油能力、乳化能力为因子,进行三因素三水平正交试验,确定吞吐液的基 本配方如下0.52.0L H 2Ⅰ0.51.0F G 0.51.0L H 2Ⅱ0.50.7R G 。其中L H 2Ⅰ为乳化剂,F G 为高效分散剂,L H 2Ⅱ为胶束剂,R G 为转相剂。化学吞吐液用自来水配制,其浓度以各种表面活性剂的总体积与溶液体积的百分比表示,记为v ,简记为。212 化学吞吐液的乳化降粘性能 表2 吞吐液与3种稠油形成的 乳状液粘度3mPa ・s 吞吐液浓 度水油体积 比洼38块50℃曙175块50℃杜84块 60℃ 空白油 2500 4000720001 2∶8 67 3313003∶7 30 1711004∶6 11 8 62 2∶8 21 11 423∶7 7 5 334∶6 4 4 9 3测定粘度时所用剪切速率值参见图1下注, 粘度100mPa ・s 时为2000s -1。 浓度1、2的吞吐液按2∶8、3∶7、4∶6的水油体积比与三种稠油搅拌混合,分别测定不同温 度下的粘度。从表2给出的50℃60℃ 下所测粘度数据可以看出,化学吞吐液通过乳化作用降低 原油粘度,改善其流动性的效果良好。在50℃下,吞吐液的浓度为1,水油比为2∶8时,洼38块原油降粘幅度为97132,曙175块原油降粘幅度为 99.17;杜84块原油60℃ 降粘幅度为98.2。水油比增大或吞吐液浓度增大时降粘效果更佳。 213 洗油能力将直径25mm 的天然岩心柱切成厚5mm 的 薄片,蘸满加热的原油后浸泡在1和2浓度的吞吐液中并不断摇晃,15分钟后岩心片上的洼38块、曙175块原油均被洗掉。 1 43第14卷第4期李牧等化学吞吐开采稠油技术研究 214 微观驱油实验 将亲水型直毛管网络模型抽真空饱和自来水,维持恒温4550℃,用洼38块或曙175块 原油驱替至形成束缚水,然后注浓度1的吞吐液体系,观察记录实验现象。 在内壁亲水的孔隙内,注入的吞吐液前沿与油接触,发生部分乳化,而后沿孔道爬行并在壁面附近发生乳化,见图2中箭头所示。同时还观察到吞吐液体系沿孔道轴心突进,如图2中蝌蚪符号所示。当孔道中形成连续的水道之后,吞吐液可沿孔道壁和连通的水道向前渗透。孔道的非均质性及液流的剪切作用加强了乳化作用,随着吞吐液不断注入,乳化范围越来越大。乳状液的形成使原本难流动的原油开始启动, 在吞吐液中表面活性剂分子和水溶液渗流剪切力作用下被拉成多根长丝,油线被拉长、拉断、再拉长、再拉断,不断重复,直至原油被全部带走。如图3所示。 油丝不断摆动,促进了油丝附近和油丝两端流体的运行,使油丝相互搭桥,油通过桥梁运移而流动。如图4a 所示。部分油可发生乳化,形成条带状油,如图4b 所示。 图2 吞吐液在孔道中的运移 1箭头指处发生部分乳化;2箭头指处吞吐液突进;3箭头指处为断裂成的一颗颗小油珠 图3 吞吐液对原油的作用 1箭头指处为油水乳化带;2箭头指处为拉成的油丝 图4 原油在吞吐液作用下的运动 图a 中箭头指处为不断摆动的油丝;图b 中箭头指处为乳化形成的条状油带 油丝被拉长变形,最前端可断裂成为一颗颗小油珠,如图2所示。由于油珠在液流中阻力 较小,容易流动,可随吞吐液向前渗流。乳化而形成的条带状油也可随吞吐液一起渗流,并发生聚并2拉丝。还有一部分油顺孔壁渗流。这样,随着驱油过程的进行,模型中的油不断被采出,含油饱和度不断降低。215 稳定性实验 将杜84块稠油与浓度2的吞吐液按3∶7的水油比混合,先程序升温,测定不同温度下 243油 田 化 学1997年 的粘度,再程序降温,在各该温度下测定粘度,结果见表3。从表3数据可以看出,升温时和降温时测得的同一温度下的粘度值相差不大,说明在5080℃温度范围内所形成的原油乳状液是稳定的。 表3 稠油/吞吐液乳状液在升温、降温 过程中的粘度 3 温度 粘度mPa ・s 升温 降温 50℃60.059.060℃23.025.070℃20.521.580℃ 17.0 16.0 32000s -1下测定值。 表4 稠油/吞吐液乳状液在350℃加热4小时 前后的粘度 3 温度 粘度mPa ・s 加热前 加热后 50℃60.065.060℃23.030.070℃20.516.580℃ 17.0 9.0 32000s -1下测定值。 将1、2吞吐液分别按3∶7的水油比与杜84块稠油混合,在高温高压釜中加热到350℃并维持恒温4h ,取出后测定不同温度下的粘度,所得结果与高温处理前的粘度值一起列 于表4。从表4可以看出,吞吐液可以耐350℃的高温而不失效。216 驱替实验 图5 管式模型驱替效率曲线 曲线编号所代表的驱替流体见表5 采用装填20250目砂子的管式模型,孔隙度为33,渗透率为4.7μm 2,分别进行1120℃热水;2120℃吞吐液;3200℃热水;4200℃蒸汽;5200℃吞吐液;6200℃吞吐液蒸汽驱替实验,结果见表5和图5。从实验结果可以看出,吞吐液的驱替效果 比单纯的水或蒸汽要好或相当。在驱替温度为120℃时,吞吐液的驱油效率比水驱提高16.72,剩余油饱和度比水驱降低10.45。另外,120℃、200℃吞吐液及200℃吞吐液蒸汽的驱替效果分别与120℃水、200℃水、200℃蒸汽相比不断变差,其原因是温度对原油粘度的影响占主导地位。 表5 管式模型驱替实验数据3 序号 驱替温度℃驱替 流体 驱替液量 PV 驱油效率η℃ S or η升幅 S or 变化1 120热 水 5.4138.4939.98--21201吞吐液 5.2055.0129.5316.52-10.453200热 水 5.4752.9430.59--42001吞吐液 5.1355.2929.06 2.351.535200蒸 汽 4.7269.9219.55 --6 200吞吐液蒸汽 33 4.9070.4219.230.5 0.32 3实验用油为曙175块的稠油;原始油饱和度均为65;S or 剩余油饱和度。 33浓度0.5的吞吐液转变成的蒸汽。 3 模拟实验 利用核磁共振成像设备,在均质的圆管填砂模型中研究蒸汽吞吐、吞吐液吞吐过程中剩余 3 43第14卷第4期李牧等化学吞吐开采稠油技术研究 油的变化及移动情况和二维分布。模型直径40mm、长81.6mm,用洼38块4060目地层砂充填,模型参数见表6。实验用油为洼38块原油。 311 蒸汽吞吐与化学剂吞吐实验程序 将模型抽真空饱和含Mn2水,造成油水间足够的反差,便于核磁共振成像。然后将模型放入恒温箱加热至80℃,用油驱水建立束缚水。在模型Ⅰ正向注入蒸汽,等蒸汽突破后,出口端憋压至1MPa,30分钟后反向注入80℃含Mn2离子热水至锰离子水突破为止,完成一次蒸汽吞吐采油过程,共进行四次蒸汽吞吐采油过程。在模型Ⅱ正向注入浓度1的吞吐液0.7 PV,出口端憋压至1MPa,30分钟后反向注入80℃含Mn2热水0.7PV,完成一次化学剂吞吐采油过程,共进行四次化学剂吞吐过程。每次吞吐后,在核磁共振成像仪上获取纵向剖面的核磁共振图像,分析驱油特征,计算各该次吞吐过程的驱油效率。 312 实验结果与讨论 在蒸汽吞吐过程中,原油在岩心中反复运移并被反排液带出,反排液容易从岩心中部突破,剩余油主要分布在岩心中部的四周,前三次蒸汽吞吐后剩余油饱和度下降明显,此后变化幅度变小,见表6。第一次吞吐提高采收率28,第二次吞吐提高采收率12,第三次吞吐提高采收率16.2,第四次吞吐提高采收率6。 表6 模型参数和驱替实验数据3 模型孔隙度 渗透率 μm2 饱和度 原始油束缚水 第一吞吐周期 PVη 第二吞吐周期 PVη 第三吞吐周期 PVη 第四吞吐周期 PVη Ⅰ45 4.278220.6228.0 1.240.0 4.056.2 5.762.2 Ⅱ45 6.88614 1.426.0 2.841.0 4.352.2 5.758.0 3 PV累计注入量PV; η累计采收率。 在化学剂吞吐过程中,原油运移不象蒸汽吞吐那样剧烈,剩余油饱和度的变化则比较明显,吞吐采油效果持续较长,见表6。第一次吐提高采收率26,第二次吞吐提高采收率15,第三次吞吐提高采收率11.2,第四次吞吐提高采收率5.8。 4 现场试验 例1。冷492162井,位于冷东油田,是一口新井,在第一轮注汽中注入50m3浓度1的吞吐液,投产后自喷4050t/d,转抽后2025t/d,与同层的其它井相比,注汽效果明显提高。 例2。高352152井,位于高升油田高三区,层位为I6,井深1566m。该井经过多轮注汽,地下存水增多,注汽效果很差,注汽后不能正常生产。第五轮注汽后挤入60m3浓度2的吞吐液,投产初期产液3040m3/d,产油1015t/d,生产一直正常。 例3。洼39234井,位于洼38块,油层为S3,井深1340m。第二轮注汽后软卡,热油洗后仍不能正常生产。挤入60m3浓度2的吞吐液后生产变正常,2个月增产原油200多吨。 例4。观22井,位于高升油田,注汽后发生软卡,不能正常生产。挤入60m3浓度1.5的吞吐液后生产变正常,日产液30m3以上,油810t/d。 这几口井的现场试验进一步说明化学吞吐液在改善稠油在地层中的流动以及提高蒸汽吞吐效果方面确有独到之处。将化学吞吐与蒸汽开采相结合,为稠油开采提供了一个新的方法。 下转第360页。to be continued on p.360 443油 田 化 学1997年