泡沫调剖调驱井下发泡技术研究

泡沫调剖调驱井下发泡技术研究

王学宏 1 秦世群 2 马宏伟 3 马海 3 崔本敬 2 郑壮 2

1 中石化河南油田分公司工程技术管理部 ，河南 南阳 473132 2 中石化河南油田分公司采油一厂 ，河南 桐柏 474780 3 中石化河南油田分公司工程技术研究院 ，河南 南阳 473132

摘要：针对河南油田常规氮气泡沫调剖调驱采用段塞注入和地面发泡注入工艺存在的缺陷，研究一种新的氮气泡沫调剖调驱注入方式。研制了井下泡沫发生器，其核心部件为涡轮和叶轮，气液两相经涡轮和叶轮的搅拌混合，产生连续、高质量的泡沫，配套了泡沫调剖调驱井下管柱，实现氮气和起泡剂分别从油管和油套环空注入，在井下泡沫发生器内经过充分混合发泡，注入地层，同时通过室内实验优选了起泡剂，对起泡剂浓度和气液比进行了优化。

关键词：调剖调驱;泡沫发生器;井下工具;工艺优化

前言

泡沫视粘度远远大于组成它的气体及液体的粘度，可改善流度比，在非均质多孔介质运移时，首先进入渗透率大的孔道，根据贾敏效应的叠加原理，随着注入量增多，流动阻力逐步增大，迫使泡沫进入更多低渗透的小孔道中驱油，直到泡沫进入整个岩石孔隙；泡沫具有“遇水稳定、遇油破灭”的特性，泡沫渗流阻力随着含油饱和度的升高而降低，泡沫调驱能提高波及系数和洗油效率^[1]。

目前河南油田氮气泡沫调剖现场施工中氮气泡沫调剖主要采用段塞注入和地面发泡注入工艺^[2]，段塞调剖注入工艺只能气液交替轮换注入，从实验数据看其效果只有气液混注的65%，地面发泡注入工艺，注入压力高，注入速度慢。因此研究了一种新的井下泡沫发生器及泡沫调剖调驱管柱，形成氮气泡沫调剖调驱井下发泡技术，满足氮气泡沫调剖调驱现场生产要求。

1井下泡沫发生器的研制

1.1井下泡沫发生器结构

结构原理：如图1，井下泡沫发泡器主要由注入混合阀、成泡器两部分组成。注入混合阀主要由上接头、单向进液阀、中心管、弹簧等组成，作用是实现氮气和起泡剂分道注入，氮气从油管注入，进入混合阀上接头，起泡剂从油套空间从单向进液阀注入。成泡器主要由混合器、轴套、涡轮、外壳、轴、叶轮、底部轴承及轴承座、下接头等组成。

注入阀

成泡器

图1：井下发泡器结构图

1.2井下泡沫发生器工作原理

氮气由中心管内小孔横向混合起泡剂，氮气和起泡剂在混合器内经过充分混合后，在泡沫叶轮管内螺旋混合，注入地层。泡沫发生器的作用就是使氮气和起泡剂分别从油管和油套环空内进入混合器，然后通过涡轮搅拌产生旋流，再经过旋转叶轮使二者充分混合，产生连续、稳定的高质量的泡沫。

2、井下发泡工艺管柱

2.1井下发泡工艺管柱结构

井下发泡工艺管柱由注入阀、水力锚定器、Y221-114封隔器、成泡器、筛管和丝堵组成。

氮气

发泡剂

图2： 井下发泡工艺管柱图

2.2井下发泡工艺管柱原理

起泡剂经由油套环空从注入阀进入，同时氮气由油管注入，经水力锚定器、Y221封隔器在成泡器混合室混合，再经过成泡器涡轮室和旋转室充分混合发泡，由筛管进入措施地层。

3、井下发泡泡沫调剖调驱工艺优化

目前国内外应用较多的泡沫体系主要有氮气泡沫、CO₂泡沫、空气泡沫等^[3]。由于氮气不腐蚀设备、井下管柱和工具，与油气混合不会发生爆炸，占空气体积约 78%，采用先进的膜分离技术易于现场制取^[8]，成本低，因此采用氮气泡沫。

3.1泡沫剂优选

采用Ross-Mile法对常见的GF-37、GCF-1、SDS起泡剂测定泡沫的起泡体积和半衰期，起泡体积和半衰期的乘积定义为泡沫综合值，对其发泡性能和稳定性对比评价，从而筛选泡沫体系配方。GCF-1，GF-37，SDS的起泡性能测定结果如图3、图4、图5所示。

图3：起泡剂浓度对泡沫高度的影响

图4：起泡剂浓度对泡沫半衰期的影响

图5：起泡剂浓度对泡沫综合值的影响

综合上图，可以看出GCF-1的起泡性能最好，起泡剂浓度为0.2%~0.3%时，泡沫综合值达到最大，但在现场应用时，考虑起泡剂在地层被稀释、吸附及其它消耗，起泡剂浓度往往要高一些，达到0.5%左右为宜。

3.2 氮气泡沫参数优化

3.2.1.气液比的优化

通过岩心实验对氮气泡沫体系的气液比进行优选。采用一维单管模型，室内实验时以岩心水驱替的压差作为气液比条件下的工作压差，工作压差与基础压差的比值即为阻力因子。由图6可以看出，气液比1.5:1时，阻力系数最大，地层封堵效果好。

图 6：气液比对泡沫阻力系数的影响

3.2.2.起泡剂浓度的优化

图 7：起泡剂浓度对泡沫阻力系数的影响

模拟地层水配制不同浓度泡沫剂溶液进行实验。结果表明起泡剂浓度为0.5%时，阻力系数已达到最大值，再增加起泡剂浓度阻力系数贡献不大。

4、结论

1、研制的井下泡沫发生器，能够实现在井下产生连续、稳定的高质量的泡沫来封堵含水层，满足现场施工要求。

2、泡沫调剖地面分注井下混合发泡技术与段塞注入、地面发泡注入构成了氮气调剖多种注入方式技术体系。

3、优选了起泡性能好的GCF-1起泡剂，并对氮气泡沫参数进行了优化，气液比1.5:1时，起泡剂浓度为0.5%时阻力系数最大，地层封堵效果好。

参考文献

[1]李宾飞.氮气泡沫调驱技术及其适应性研究[D].中国石油大学,2007.

[2]胡鹏,彭航兵,田红燕.稀油油藏氮气泡沫抑制边水技术研究[J].石油矿场机械,2015,(8):90-92.

[3]朱丽,王军红,罗丹.氮气泡沫调剖工艺在西区采油厂应用的探讨[J].中国化工贸易,2014,27(6):27-33.

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