CN1093589C - 泡沫复合驱油方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泡沫复合驱油方法，该方法包括：向地下含油层注人一种聚合物水溶液作为前置段塞；周期性地同时或交替注人一种非凝析气体和一种包括碱、表面活性剂以及聚合物的起泡组合物水溶液以在地下形成复合泡沫或周期性地注入该气体与所述的水溶液在地面预先形成的复合泡沫；注入一种聚合物水溶液作为保护段塞，然后进行后续水驱。

Description

泡沫复合驱油方法
发明领域
本发明涉及一种提高原油采收率的方法，特别涉及一种泡沫复合驱油方法。
发明背景
目前国内外的许多油田都采用注水开发的方式开采原油，但由于储层的非均质性以及不利的油水流度比，水驱后仍有大量的剩余油残留在地下。为了开采这些剩余油，除了采用加密井等措施以外，各种提高原油采收率的新方法(EOR)已逐步由室内研究过渡到矿场实践，并在世界上许多油田得到广泛应用。在三次采油新技术中，化学驱仍然是具有很大发展前途的方法之一。在化学驱中，复合驱的应用日趋广泛，并由砂岩储层扩大到碳酸盐岩储层。在操作和质量控制方面正在不断地加以完善。此外，为提高化学驱的效果及降低生产费用，开发研究了各种化学复合驱方法，如：碱-聚合物驱，表面活性剂-碱驱，表面活性剂-聚合物驱等二元复合驱，以及碱-表面活性剂-聚合物的三元复合驱。通过各种化学剂的协同作用，不仅可以降低化学剂的用量，而且比单一化学驱或二元复合驱具有更高的原油采收率。对于这种三元复合驱油方法，不仅进行了广泛的室内机理研究，而且在矿场进行了先导性试验，已经取得较为明显的效果，其驱油机理主要为：一方面三元复合体系中聚合物的存在可使驱替相的粘度增加，从而降低了油水之间的流度比，扩大了波及体积；另一方面，碱与表面活性剂二者的协同效应可使油水之间形成超低界面张力，使原油更容易从岩石矿物表面剥离，从而提高了驱油效率，最终使采收率得到大幅度提高，这方面的文献可参见SPE24144，SPE21028，SPE17538。
为了提高封堵高渗透层或贼层的能力，人们经过了大量研究发现，泡沫要比聚合物或胶具有更好的进入并降低高渗透层渗透性的性质，其中泡沫一般又可分为普通泡沫和增强泡沫两类。普通泡沫一般是在注入的气体中加入表面活性剂，使之在地面或地下生成泡沫。如USP5363915提供了一种应用非离子表面活性剂、非凝析气和水形成的泡沫来提高原油采收率的技术，该泡沫性质稳定，可在地下形成或在地面预先形成，对含轻质油的碳酸盐地层应用最佳，此外，USP5074358中介绍了其它形式的稳定泡沫。另一类泡沫为增强泡沫，是指除表面活性剂外，还存在一种使粘度增加的化学剂组分，例如：USP5307878利用聚合物增强泡沫来提高泡沫的稳定性和减少气体锥进(指进)，该聚合物增强泡沫就是由聚合物、水性溶剂，表面活性剂和气体组成。USP5129457是利用聚合物增强泡沫处理裂缝性地层来提高液态烃类的采收率。所述的泡沫也是由聚合物、表面活性剂、水性溶剂和气体组成。泡沫将优先进入地层中存在的裂缝，但是，上述泡沫提高原油采收率方法都是以提高驱替剂的波及系数为目的，泡沫中的化学剂组分并不能象三元体系那样与原油形成超低界面张力，因此，使最终的原油采收率一般在50～60％之间，而三元复合驱油方法中，聚合物的调剖能力比泡沫差很多，从而限制了波及效率的提高，驱替液仍然较容易地在高渗透层突破和窜流，最终原油采收率一般仍在60％左右。因此，有必要研究一种充分发挥泡沫驱和三元复合驱协同优势的驱油方法，进一步提高地下含油层的原油采收率，将残留在含油饱和度较高的低渗透层的原油和注入水波及到而未能采出的原油一起采出至地面。
发明目的
本发明目的是针对三元复合驱油方法中波及系数不高及泡沫驱中洗油效率较低的缺点，充分发挥三元复合驱油方法的高洗油效率和泡沫驱油方法中高波及效率的优势，采用气体与三元复合系同时或交替注入方式在地面或地下形起泡沫，来提高地下含油层的原油采收率。
发明概述
本发明涉及一种提高地下含油层原油采收率的方法，特别涉及一种泡沫复合驱油方法，其包括：
(1)向地下含油层注入一种聚合物水溶液作为前置段塞，其注入量占地层中总孔隙体积的2％-8％；
(2)周期性地或交替注入一种非凝析气体和一种起泡组合物水溶液以在地下形成复合泡沫或周期性地注入该气体与所述的水溶液在地面预先形成的复合泡沫，所述的起泡组合物水溶液包括碱、表面活性剂以聚合物，其注入量占地层中总孔隙体积的10-50％，所述的起泡水溶液为超低界面张力体系，其与所驱替的地下原油之间的界面张力值达到10-3mN/m数量级；
(3)注入一种聚合物水溶液作为保护段塞，其注入量占地层中总孔隙体积的10-45％。
发明的详细描述
本发明涉及一种提高地下含油层原油采收率的方法，特别涉及一种泡沫复合驱油方法，该方法包括：
(1)向地下含油层注入一种聚合物水溶液作为前置段塞；
(2)周期性地同时或交替注入一种非凝析气体和一种起泡组合物水溶液以在地下形成复合泡沫或周期性地注入该气体与所述的水溶液在地面预先形成的复合泡沫，所述的起泡组合物水溶液包括碱、表面活性剂以及聚合物；
(3)注入一种聚合物水溶液作为保护段塞。
在现有技术中，不管是二元驱油，或是三元复合驱油，由于高渗透层和/或贼层的存在，都不同程度地会发生锥进(指进)现象。本发明的发明人经过大量的研究后发现，在将复合驱油体系加入到含油层中以进行驱油之前，加入一种聚合物水溶液作为前置段塞，一方面，该聚合物水溶液将优先进入地层中的高渗透层和/或贼层，使其渗透率降低，从而防止随后加入的泡沫中的气体沿高渗透通道发生气窜；另一方面，聚合物分子在岩石表面吸附滞留，可有效减少后续泡沫中的各种有效物质在岩石表面吸附而造成的损失。
按照本发明的方法，其中，作为前置段塞的聚合物为分子量为300-30,000道尔顿的水溶性生物聚合物和/或合成聚合物。作为生物聚合物，包括黄原胶、瓜耳胶(guar)；作为合成聚合物，包括聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺在内的聚合物。
按照本发明的方法，在向地下油层中加入作为前置段塞的聚合物水溶液后，周期性地同时或交替注入一种非凝析气体和一种包括碱、表面活性剂以及聚合物的起泡组合物水溶液以在地下形成复合泡沫；或是周期性地注入该气体与所述的水溶液在地面预先形成的复合泡沫。由于事先注入了作为前置段塞的聚合物水溶液，因此，同时或交替注入非凝析性气体和起泡溶液而在地下形成的泡沫或直接注入非凝析性气体和起泡溶液在地面形成的泡沫在地层中的渗透比较均匀，不会发生锥进(指进)现象。本发明方法中所使用的非凝析气体包括氮气、天然气、甲烷气、空气或其混合物。
按照本发明的方法，其中所使用的起泡组合物水溶液包括碱、表面活性剂和聚合物。所述的起泡组合物水溶液具有的最显著的特点是可与原油形成超低界面张力并具有较高的粘度，聚合物的加入可使驱替相粘度增加，降低了流度比，扩大波及系数。碱与表面活性剂的协同作用可使该体系与原油形成超低界面张力，其油水界面张力值达到10-3mN/m数量级，为超低界面张力体系。因此可以提高洗油效率，使最终原油采收率大幅度提高。按照本发明的泡沫复合驱油方法，一般可使最终原油采收率提高25～30％。
按照本发明，所述的起泡组合物水溶液中，以组合物水溶液的总重量为基准计，包括0.5-1.5％(重量)的碱，0.05-0.5％(重量)的表面活性剂和0.05-0.5％(重量)的聚合物。其中所述的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠和/或碳酸氢钠，优选为氢氧化钠和碳酸钠；其中所述的表面活性剂包括离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂，所述的离子型表面活性剂包括α-烯基磺酸盐，C11-16烷基硫酸钠，C14-18烷基苯磺酸钠，所述的非离子型表面活性剂包括三乙醇胺；其中所述的聚合物为分子量为300-30,000道尔顿的水溶性生物聚合物和/或合成聚合物，所述的生物聚合物包括黄原胶、瓜耳胶，所述的合成聚合物包括聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺。
按照本发明方法，其中所使用的起泡组合物中，所述的离子型或非离子型表面活性剂与碱产生协同作用，因而能与原油形成10-3mN/m数量级的超低界面张力，并具有很强的发泡能力。
本发明方法的第三个步骤是注入聚合物保护段塞，随后进行水驱。注入保护段塞的目的是对形成的泡沫进行有效的保护，减少后续水驱对泡沫的稀释破坏作用。实践证明，按照本发明方法注入所述的聚合物保护段塞能充分地发挥泡沫的作用。
按照本发明方法，作为保护段塞的聚合物为分子量为300-30,000道尔顿的水溶性生物聚合物和/或合成聚合物，其中所述的生物聚合物包括黄原胶、瓜耳胶，所述的合成聚合物包括聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺。
按照本发明方法，进一步包括在注入所述的作为保护段塞的聚合物水溶液后，进行后续水驱的步骤。
本发明泡沫复合驱油方法的机理为：一方面，所形成的泡沫优先进入并封堵地层中的高渗透孔隙，使驱替流体(包括泡沫)转向并进入低渗透层带，扩大波及系数；另一方面，所注入的三元复合体系与原油可形成超低界面张力，使原油更容易从岩石表面剥离，提高了洗油效率并具有一定的稳泡作用，同时利用气体的上浮作用，提高上部中低渗透层原油动用程度，从而使烃类，即原油的采收率得到大幅度提高。
本发明方法所使用的三元复合体系中的聚合物对由所述的三元复合体系所形成的泡沫具有稳定作用。作为本发明的一个实施例，采用ORS-41作为表面活性剂，采用NaOH作为碱，以不同用量的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)作为聚合物配制三元复合体系并测定了由这些三元复合体系产生的泡沫的半衰期。结果如下表1所示：
表1  聚合物对泡沫的稳定性的影响
HPAM(mg/L)     0   300   500   800   1000   1200   1500
t1/2(分钟)     5.2   8.5   10.6   11.5   14.0   16.4   18.5
如表1所示，聚合物的加入使由组合物产生的泡沫的半衰期延长。聚合物的加入量越大，则泡沫的半衰期越长，即泡沫的稳定性越好。
在按照本发明的方法使用本发明的泡沫复合驱油体系进行采油时，将根据采油区的油藏条件如非均质、化学剂的损耗情况以及经济成本等来确定各种组分的加入量。一般来说，气体占整个体系的孔隙的体积(地下条件)一般不低于50％，液体用量为占整个体系的孔隙的体积的10～50％，聚合物前置段塞和保护段塞的用量为分别占整个体系的孔隙的体积2％～8％和10％～45％。
根据油藏地质特点和井网情况，可以减少聚合物前置段塞和保护段塞的用量，甚至可以取消这两个段塞或其中的某一个段塞。
本发明可有效提高地下含油层的原油采收率，在水驱基础上，一般可提高采收率25～30％ OOIP(原始地质储量)。
以下结合实施例对本发明进行进一步的说明。但应该理解的是，本发明并不限于这些实施例。
实施例
在二维人造岩心(I)上进行了驱油实验，岩心几何尺寸为4.5cm×4.5cm×30cm，岩心是石英砂经环氧树脂胶结而成，平均渗透率为1μm2左右，共分三层，正韵律分布，渗透率变异系数为0.72，原始含水矿化度为6778mg/L，原油采用矿场脱气脱水原油，驱替水矿化度为3700mg/L。
实施例1
制备组成如下的起泡组合物：
    组分     用量(％(重量))
    烷基芳烃磺酸盐1     0.3
    水解聚丙烯酰胺2     0.12
    NaOH     1.0
    水3     余量
1商品名为ORS-41的表面活性剂，美国ICT公司产品。2商品名为1275A的聚合物，分子量为1700万，水解度为25％，英国联合胶体公司产品。3水的矿化度为918.34mg/L。
采用如上所述的人造岩心(I)进行驱油实验。岩心用水饱和后进行油驱水，使岩心的原始含油达到饱和，然后水驱油至岩心出口含水98％时，开始在岩心出口压力为8.0MPa的情况下注入上述的起泡组合物水溶液和甲烷气体所形成的泡沫，其中，起泡组合物水溶液的注入量为0.3PV，气相为0.36PV，然后注入0.283PV的浓度为600mg/L的聚合物(1275A)水溶液保护段塞，最后水驱至岩心出口含水98％为止，实验结果如表2所示：
               表2  泡沫驱实验结果
岩心渗透率(kw μm2) 孔隙度(φ)(％) 原始含油饱和度(％) 水驱采收率(％) 泡沫驱采收率(％)   总采收率(％)   气液比
    0.725   20.1   66.5   39.5   29.5    69.0    1.20
从表2结果可见，泡沫复合驱油方法可在水驱基础上提高采收率30％左右，总采收率约70％。
实施例2
与实例1的实验过程基本一致，有两个条件不同，一是岩心出口压力为常压；二是气体与复合体系分11个段塞注入，气液比保持在1.0。实验结果如表3所示：
                  表3  气液交替注入实验结果
岩心渗透率(kw μm2) 孔隙度(φ)(％) 原始含油饱和度(％) 水驱采收率(％) 泡沫驱采收率(％) 总采收率(％) 气液比
    0.75   22.8     67.1   40.1   33.5   73.6   1.00
从表3结果可见，液气交替注入方式仍能在水驱基础上提高采收率33.5％，总采收率达到73.6％，说明在甲烷与起泡组合物水溶液交替注入的情况下，能在岩心中形成结构和性质都很好的复合泡沫，与在岩心前发泡具有相似的作用。
下面的实施例所采用的模型为两维纵向非均质复合韵律物理模型(II)。模型(II)的几何尺寸为4.5cm×4.5cm×30cm，模型是石英砂经环氧树脂胶结而成，平均渗透率为1μm2左右，共分五层，中间无不渗透性隔层，渗透率变异系数为0.61，从上至下各层的渗透率分别为190×10-3μm2、650×10-3μm2、390×10-3μm2、2700×10-3μm2、1100×10-3μm2。饱和模型用水为人工合成模拟盐水，矿化度为6778mg/L，实验用油采用矿场脱气脱水原油，配制起泡组合物用水及驱替水为人工合成盐水，矿化度为3700mg/L。配制聚合物水溶液盐水为人工合成盐水，矿化度为918.34mg/L。实验温度为45℃。
实施例3
采用组成与实施例1所述相同的起泡组合物，在如上所述的人造岩心模型(II)进行驱油实验。岩心用水饱和后进行油驱水，使岩心的原始含油达到饱和，然后用水以1m/d的速度驱油至模型出口含水98％，计算水驱采收率。然后在岩心出口压力为8.0MPa的情况下以约1m/d的速度注入上述的起泡组合物水溶液和天然气所形成的泡沫，其中，起泡组合物水溶液的注入量为0.3PV，气相为0.36PV，然后注入0.283PV的浓度为600mg/L的聚合物(1275A)水溶液保护段塞，最后水驱至岩心出口含水98％为止，实验结果如下表4所示：
                 表4  泡沫驱实验结果
岩心渗透率(kw μm2) 孔隙度(φ)(％)  原始含油饱和度(％)  水驱采收率(％)  泡沫驱采收率(％)   总采收率(％)   气液比
  0.725   23.7     73.5    38.8    27.0    65.8   2.50
上述实验结果说明，本发明尤其适合于正韵律地层。
实施例4
采用组成与实施例1所述相同的起泡组合物，在如上所述的人造岩心模型(II)进行驱油实验。岩心用水饱和后进行油驱水，使岩心的原始含油达到饱和，然后用水以1m/d的速度驱油至模型出口含水98％，计算水驱采收率。然后在岩心出口压力为8.0MPa的情况下，交替注入所述的起泡组合物和所述的天然气：(1)注入0.1PV的起泡组合物和0.05PV的天然气；(2)注入0.05PV的起泡组合物和0.05PV的天然气；(3)注入0.05PV的起泡组合物和0.05PV的天然气；(4)注入0.05PV的起泡组合物和0.05PV的天然气；(5)注入0.05PV的起泡组合物和0.1PV的天然气。然后注入0.283PV的浓度为600mg/L的聚合物(1275A)水溶液保护段塞，最后水驱至岩心出口含水98％为止，实验结果如下表所示：
                表5  泡沫驱实验结果
岩心渗透率(kw μm2)    孔隙度(φ)  (％) 原始含油饱和度(％) 水驱采收率(％) 泡沫驱采收率(％)    总采收率(％) 气液比
0.725     21.6   67.7   49.5    24.4     73.9   1.00
如上所述，采用本发明的方法可使原油的采收率可提高25-30％，是适合于在非均质性油藏地质条件下提高原油采收率的一种非常有效的方法。
以上通过实施例对本发明进行了解释和说明，但本发明并不限于这些实施例。应该理解的是，在不偏离本发明的精神和发明实质的前提下，本领域的普通技术人员可以对本发明进行各种各样的修改和补充。

Claims (16)

1、一种泡沫复合驱油方法，其包括：
(1)向地下含油层注入一种聚合物水溶液作为前置段塞，其注入量占地层中总孔隙体积的2％-8％；
(2)周期性地或交替注入一种非凝析气体和一种起泡组合物水溶液在地面预先形成的复合泡沫，所述的起泡组合物水溶液包括碱、表面活性剂以及聚合物，其注入量占地层中总孔隙体积的10-50％，所述的起泡水溶液为超低界面张力体系，其与所驱替的地下原油之间的界面张力值达到10-3mN/m数量级；
(3)注入一种聚合物水溶液作为保护段塞，其注入量占地层中总孔隙体积的10-45％。
2、按照权利要求1所述的方法，进一步包括后续水驱的步骤。
3、按照权利要求1所述的方法，其中所述的作为前置段塞的聚合为分子量为300-30,000道尔顿的水溶性生物聚合物和/或合成聚合物。
4、按照权利要求3所述的方法，其中所述的生物聚合物包括黄原胶、瓜耳胶。
5、按照权利要求3所述的方法，其中所述的合成聚合物包括聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺。
6、按照权利要求1所述的方法，其中所述的非凝析气体包括氮气、天然气、甲烷气、空气或其混合物。
7、按照权利要求1所述的方法，其中所述的起泡组合物水溶液包括0.5-1.5％(重量)的碱，0.05-0.5％(重量)的表面活性剂和0.05-0.5％(重量)的聚合物，所述的百分比以组合物的总重量为基准计。
8、按照权利要求7所述的方法，其中所述的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠和/或碳酸氢钠。
9、按照权利要求7所述的方法，其中所述的表面活性剂包括离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂。
10、按照权利要求7所述的方法，其中所述的聚合物为分子量为300-30,000道尔顿的水溶性生物聚合物和/或合成聚合物。
11、按照权利要求10所述的方法，其中所述的生物聚合物包括黄原胶、瓜耳胶。
12、按照权利要求10所述的方法，其中所述的合成聚合物包括聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺。
13、按照权利要求1所述的方法，其中所述的作为保护段塞的聚合物为分子时为300-30,000道尔顿的水溶性生物聚合物和/或合成聚合物。
14、按权利要求13所述的方法，其中所述的生物聚合物包括黄原胶、瓜耳胶。
15、按照权利要求13所述的方法，其中所述的合成聚合物包括聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺。
16、按照权利要求1所述的方法，其中所述的气体至少占孔隙体积的50％。
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