人造泡沫油促发剂及蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法与流程

本发明属于油藏开采技术领域，涉及一种人造泡沫油促发剂及蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法。

背景技术：

国内已探明的稠油储量达13亿吨，约占国内总石油储量的25％-30％。稠油因其密度大、粘度高、流动性差，所以常规水驱开采方法开发效果差。稠油开采的关键是降粘、改善流变性。目前常用的稠油降粘方法有：加热降粘、乳化降粘、改质降粘、及掺稀降粘；蒸汽驱是加热降粘中较为常用的方式，但蒸汽驱属于非混相驱，驱替过程注入流体容易沿着裂缝或高渗条带窜进，造成蒸汽驱采收率偏低，因而针对蒸汽驱稠油油藏需考虑其他降粘方法；掺稀降粘一般仅用于井筒降粘且受稀油来源的限制；改质降粘目前尚不能在油藏中实现有效应用；乳化降粘因其使用范围宽(包括油层开采、井筒降粘、管道输送等领域)，且工艺简单等优势而备受关注。原油乳化降粘的主要机理如下：

(1)形成O/W型乳状液。O/W(水包油)型乳状液粘度与水的粘度成正比，而水在50℃的粘度仅为0.55mPa·s，远远低于原油的粘度，而且含水越高，原油乳状液粘度越小；(2)降低油水界面张力。表面活性剂在油水界面吸附，可以降低油水界面张力，从粘附功理论知油水界面张力越低，粘附功越小，即油越易从地层表面被洗下来，洗油效率越高；(3)改变原油中胶质、沥青质分子堆积方式。表面活性剂分子借助强的形成氢键的能力和渗透、分散作用进入胶质和沥青质片状分子之间，破坏了胶质、沥青质分子平面重叠的聚集体，使聚集结构变得疏松，因而降低原油粘度；(4)使地层发生润湿反转。驱油用的表面活性剂的亲水性大于亲油性，它们在地层表面吸附可使亲油的地层表面反转为亲水表面，减小了地层表面对原油的粘附功，提高洗油效率；(5)提高地层表面电荷密度，当驱油表面活性剂为阴离子型(或非离子-阴离子型)表面活性剂时，它们在油珠和岩石表面吸附，可提高表面的电荷密度，增加油珠与岩石表面之间的静电斥力，使油珠易为驱替介质带走，提高了洗油效率。

阴离子表面活性剂的价格稍低，但其耐盐性差，大多数不耐Ca²⁺、Mg²⁺等二价阳离子，而其它种类表面活性剂一般价格较高，不适宜进行大规模的驱替应用。

稠油泡沫油开发技术最早见于加拿大和委内瑞拉的以溶解气驱为驱动能量的稠油油藏中，其特征是低的生产气油比、高的采油速度和高于预期的一次采收率。泡沫油被认为是这种异常生产动态的原因之一，油相连续的含有大量气泡的原油称为泡沫油。现场开发实践表明泡沫油的形成可有效提高稠油油藏单井产能和采收率，是有效的稠油开发技术之一。

目前国内外学者就泡沫油的性质、形成过程、影响因素和机理作了大量研究，也已有学者提出将人为制造泡沫油，并应用于增加稠油在井筒中的流动性。

现有技术中有采用稠油油藏混气表面活性剂驱，通过在表面活性剂体系中引入少量气体，形成气体乳液状，以提高驱替体系的波及系数。然而气体在驱替过程中很难进入原油中，对原油流动性的改善很少，其驱替效率和波及效率都较低，尤其是在非均质性强的油藏其波及效率差。

现有技术中有采用泡沫油驱替，其采油机理为水驱油机理，然而泡沫油在溶解气驱过程中形成，对形成泡沫油的油藏要求具备一定的条件，而且气驱结束后，地层中仍存在大量剩余油。

现有技术中有向稠油生产井的井筒中加入起泡剂，来形成泡沫油改变原有粘度和流变性，然而该技术适用于井筒，对于地层而已，采用起泡剂耐温效果差，且高温下起泡剂的半衰期段，耐温耐盐起泡剂种类有限，起泡剂在原油存在的情况下气泡性能和半衰期均受到严重影响。

现有技术中有采用稠油衰竭冷采技术，该技术利用溶解气的弹性膨胀和地层弹性能作为驱油动力开发稠油油藏，其利用天然条件下形成泡沫油，使地层原油处于泡沫油状态，来降低原油粘度和提高流动性，然而，所能天然形成泡沫油的油藏和流体条件极为特殊，我国绝大部分稠油油藏都不具备形成天然泡沫油流的条件；对于水驱后的稠油油藏，由于其含水饱和度高，直接衰竭冷采很难形成泡沫油。

因此，但目前尚没有形成人造泡沫油开发蒸汽驱后油藏原油的有效技术。

技术实现要素：

针对现有技术中尚未形成人造泡沫油开发蒸汽驱后油藏原油的有效技术，本发明的目的在于提供一种人造泡沫油促发剂及蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法，利用蒸汽驱油藏的优势形成泡沫油驱，能够增加原油流动性、增强弹性能量，进一步提高单井产能和油藏采收率。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

本发明提供一种人造泡沫油促发剂，以总质量为100％计，其包括10％-40％的泡沫油促发A剂、20％-50％的泡沫油促发B剂和20％-50％的泡沫油促发C剂；

其中，泡沫油促发A剂包括重烷基苯磺酸钠、溶剂油和水，三者质量比为2:1:2；

泡沫油促发B剂可以包括十八烷基二甲基磺丙基甜菜碱，但不限于此。

泡沫油促发C剂包括木质素磺酸钠、烷基糖苷和水，三者质量比为1:1:2。

上述人造泡沫油促发剂中，所述烷基糖苷为盘锦市庆联油田工程技术服务有限公司生产的BHJ-211型烷基糖苷。

上述人造泡沫油促发剂中，优选地，所述溶剂油可以包括油墨溶剂油，但不限于此。

上述人造泡沫油促发剂中，所述油墨溶剂油为盘锦市庆联油田工程技术服务有限公司生产的BHJ-521型油墨溶剂油。

本发明还提供一种蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法，其是采用上述人造泡沫油促发剂作为驱油剂，包括以下步骤：

步骤一，选定目标油藏和目标井组；

步骤二，停止井组蒸汽注入和采油过程，向注入井中注入人造泡沫油促发剂段塞；

步骤三，向注入井中注入气体段塞，使其与人造泡沫油促发剂段塞充分接触，穿过并携带人造泡沫油促发剂向油藏深处运移，并与地层水和地层原油相互作用形成泡沫油；

步骤四，注入气体段塞的过程中，待地层压力上升至生产井井底静压达到设定值时，开井生产采油；

步骤五，注入气体段塞完毕后，恢复注入井蒸汽注入，并判断是否达到转注条件，若未达到转注条件，继续注入蒸汽，并保持采油；

步骤六，若达到转注条件，判断井组周期产油量是否达到经济下限，若仍高于经济下限，重复步骤二至步骤五；若达到或低于经济下限，停止上述步骤，关闭注入井和生产井或转入其他方式开采。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，所述转注条件为：单井日产油量低于油田制定的单井最低经济日产油量，不同油田的单井最低经济日产油量不同，为由本领域技术人员所公知的方法确定，优选为0.2-10t/d。以此转注条件来判断是否要继续注入蒸汽。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，井组周期产油量指注入人造泡沫油促发剂的一个注入周期内的井组产油量；经济下限指人造泡沫油促发剂的一个注入周期内能够抵消所有生产成本时的井组周期产油量。上述步骤二至步骤五为人造泡沫油促发剂的一个注入周期。以此经济下限来判断是否要继续下一个人造泡沫油促发剂的注入周期。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，优选地，目标油藏选定条件为：经过了蒸汽驱过程，且油层厚度＞2m，油层渗透率＞10×10^-3μm²，油层温度＜120℃，原油粘度＞50mPa·s，含油饱和度＞30％。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，优选地，目标井组选定条件为同时具备以下4条：

(1)井组正在进行蒸汽驱开发；

(2)井组具备较完善的注采井网；

(3)生产井含水率超过60％或见到明显的汽窜现象；

(4)井组地面注入设施完备，具有液体、气体的注入条件。

上述目标井组选定条件为同时具备以下4条中的第(4)条，“具有液体、气体的注入条件”指地面注气管汇满足气体注入时的压力、温度和流速的要求，即能够保证气体能够注入进去。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，优选地，单周期人造泡沫油促发剂段塞的注入总量为每米油层厚度注入10-100吨。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，优选地，人造泡沫油促发剂段塞的注入强度为每天每米油层厚度注入2-10吨。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，优选地，气体段塞的气体组分可以包括氮气、二氧化碳、烟道气、减氧空气和天然气等中的一种或多种的组合。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，优选地，气体段塞的气体组分为氮气。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，优选地，减氧空气中氧气浓度小于10％。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，优选地，单周期气体段塞的注入总量为每米油层厚度注入5000-10000Nm³。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，“单周期”指人造泡沫油促发剂的一个注入周期。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，优选地，气体段塞的注入强度为每天每米油层厚度注入50-500Nm³。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，优选地，在步骤四中，生产井井底静压达到设定值是通过以下实验测试得到的：

步骤1，在PVT实验装置中将目标区块的活油油样与人造泡沫油促发剂按照5:1的质量比混合均匀得到复配混合液；

步骤2，向复配混合液中注入气体，气体的组分与现场注入的气体组分一致；

步骤3，测定不同压力下气体在复配混合液中的溶解度，作出溶解度与压力变化关系曲线；

步骤4，该曲线显示出气体溶解度先随压力的增加而增加，然后出现拐点至溶解度不再增加，出现拐点时的压力为气体在复配混合液中的饱和压力；

步骤5，生产井井底静压的设定值为饱和压力的1/2。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，优选地，在步骤五中，恢复注入井蒸汽注入时，调整生产井采液采气速度，保证井组采注比为1.2:1。

本发明还提供上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法能够适应地层、井筒、地面条件范围广，可在地层埋藏深、非均质性强、地层原油粘度高以及地表水源匮乏、CO2或天然气资源匮乏的区域进行现场应用；优选的，能够应用于蒸汽驱稠油油藏、边底水发育的油藏和非均质性较严重的地层的驱替采油中。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，采油过程可辅助以有杆泵抽油机进行，期间可调整采油参数，最大限度地发挥泡沫油的作用。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，在步骤四中，开井生产采油过程中，生产井的采液、采气速度可以根据实际生产进行调整，只要保持井组注采平衡即可。

上述蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，在步骤五中，恢复注入井蒸汽注入后，其注气速度为注入人造泡沫油促发剂之前的蒸汽的注气速度。

本发明中的稠油指地层条件下粘度超过50Pa·s，相对密度大于0.920的原油；本发明中的蒸汽驱指由注入井连续不断地往油层中注入高干度的蒸汽，蒸汽不断地加热油层，从而降低地层原油的粘度，注入的蒸汽在地层中变为热的流体，将原油驱赶到生产井的周围，并被采到地面上来的一种采油技术。蒸汽驱稠油油藏内含有已形成的热水通道，油藏温度高，更有利于泡沫油驱的进行。

图1显示本发明蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中人造泡沫油促发剂驱开发技术流程图。首先针对目标油田，筛选出合适的区块与井位进行泡沫油驱替。驱替开始后首先向注入井注入一定量一定浓度的人造泡沫油促发剂和一定量的气体，人造泡沫油促发剂和气体可以同时注入也可以先后分多个段塞注入，后续说明以先后注入人造泡沫油促发剂和气体为例进行说明，然后生产井采油，中间可辅助以有杆泵采油技术增加单井产能。待单井产能达到经济下限时关井，重复以上步骤，直至达到经济下限为止。

图2显示本发明蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中注入人造泡沫油促发剂后地层流体分布示意图。随人造泡沫油促发剂的注入，地层原油开始乳化形成乳化区1，乳化区中含有地层乳化原油、地层水和人造泡沫油促发剂；由于注入量有限，地层乳化区域也有限，因此尚存在较大的未波及区2，未波及区中含有未乳化的地层原油和地层水。

图3显示本发明蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中注入氮气后地层流体分布示意图。当氮气注入到乳化区1后，一部分氮气将溶解于原油中，使其溶解气油比显著增加，而更大量的氮气将在人造泡沫油促发剂的作用下与油水乳状液形成氮气泡沫。由于含油饱和度高，为便于说明，本发明称该区域为富气原油区，即图中的区域3。氮气未波及到的区域仍然定义为未波及区2，不过此时的未波及区的大小因氮气的注入量而变化，若氮气的注入量足够大，则氮气可将近井地带的人造泡沫油促发剂推向地层深处，因而未波及区2将减少，富气原油区3将增加。

图4显示本发明蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法生产结束后地层流体分布示意图。地层原油在压力的驱动下流向井筒，在特定地层压力和压力梯度作用下，原油中溶解的氮气和烃类气体将会析出，析出气体和图3所述过程中分散到原油乳状液中的氮气微小气泡一起分散于原油乳状液中随之一起流动，微小气泡的加入可大幅降低原油表观粘度，改善其流变性，采油过程结束时的地层未波及区4已不再是注气结束时的未波及区2，其流体饱和度和压力已发生变化。

本发明提供的蒸汽驱后稠油油藏采用人造泡沫油促发剂驱替开采方法中的主要采油机理如下：

(1)该蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法可降低所波及到的地层的油水、气水界面张力，有利于形成水包油乳状液，同时氮气以微小气泡分散于乳状液中，并随之一起流动，形成油、气、水拟混相流，增加油藏流体整体流动性及弹性能量，提高单井产能和油藏采收率。泡沫油的形成是本发明的主要采油机理。对于蒸汽驱后的稠油油藏而言，直接衰竭开发很难形成泡沫油，需要人工诱导。在采油过程中，由于泡沫油中分散的大量微小气泡弹性能量大、流动性好、不易脱气，可有助于增加原油流动性。

(2)该蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中所注入的人造泡沫油促发剂和氮气更容易在蒸汽驱汽窜通道中形成乳化液，增加汽窜通道的渗流阻力，迫使后续注入的促发体系和氮气进入到蒸汽驱未波及到的区域，使更多油藏区域得到动用。

(3)该蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法是向地层引入人造泡沫油促发剂和气体。人造泡沫油促发剂可大幅降低油水、气水界面张力。因而该人造泡沫油促发剂的作用为：一方面可有效乳化原油，乳化后的原油粘度远远小于乳化前，其降粘幅度达到90％以上；另一方面可大幅增加气体泡沫向乳化的原油中的扩散，使气体以微小气泡的形式大量分散于原油乳化液中。另外乳化后原油的气体溶解度会显著增加，气体在原油中的溶解相当于向原油中引入了轻质组分，有利于降低原油粘度，也有利于增加原油弹性能。

(4)该蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法可利用氮气与人造泡沫油促发剂一起形成氮气泡沫。该氮气泡沫一方面可在回采中分散于原油之中与之形成拟混相流体一起流动，形成人造泡沫油流，降低原油粘度，改善流变性，减少回流阻力；另一方面氮气泡沫可补充地层弹性能量，为原油回采提供动力。氮气泡沫弹性能量大、流动性差、不易脱气，是补充地层能量，增加原油反排能力的极好助剂。所述氮气的注入可将近井地层的人造泡沫油促发剂推向地层深处，扩大所述人造泡沫油促发剂的作用范围。

(5)该蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中，在一定压力和压力梯度作用下，溶解于原油中的氮气和烃类气体将以小气泡的形式析出并分散于油水乳状液中，随之一起流动。一定的压力梯度等油藏条件及人造泡沫油促发剂可使微小气泡难以合并成大气泡而从原油中分离形成单独的气相。微小气泡和原油以拟单相流向井筒。回采时的生产参数可事先根据目标区块原油和地层性质进行实验确定，也可利用以往相近的成功案例的经验来确定。

(6)该蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法可以适用于蒸汽驱稠油油藏。氮气泡沫的封堵性能可有效抑制因长期蒸汽驱而形成的高含水饱和度通道。另外氮气的注入增加了地层含气饱和度，降低了含水饱和度，因此减小了水相的相对渗透率，降低了单井含水率。

(7)该蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法可以适用于边底水发育的油藏。氮气泡沫具有良好的堵水性能，可有效抑制边底水的突进。

(8)该蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法可以适用于非均质性较严重的地层。氮气泡沫可优先封堵高渗含水条带，迫使后续氮气将人造泡沫油促发剂驱向水驱时的未波及的中低渗透层，增加波及效率。

本发明的突出效果为：

本发明提供的蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法采用人造泡沫油促发剂，能够降低近井地层原油粘度和表面张力，增加气体溶解度，使气体以微小气泡分散于水包油乳状液中，形成拟单相流动状态，改善原油流变性，形成油、气和水拟混相流体，补充地层弹性能量，提高油藏中流体整体流动能力，增加原油流动性，增加单井产能和最终采收率；该方法对地面设备要求低，现场实施安全性、经济性高。

附图说明

图1为本发明蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中人造泡沫油促发剂驱开发技术流程图；

图2为本发明蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中注入人造泡沫油促发剂后地层流体分布示意图；

图3为本发明蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法中注入氮气后地层流体分布示意图；

图4为本发明蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法生产结束后地层流体分布示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例

本实施例提供一种本发明的蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法。

采用中国东部某稠油油藏，油藏埋深1550m，截止2013年6月底，已探明石油地质储量8750万吨，动用4812万吨，动用率55％。油藏厚度10m，地层渗透率为1500×10^-3μm²，地层埋深为700m，原始地层压力6.2MPa，原始地层温度为40℃，地层条件下原油粘度为500mPa·s，初始含油饱和度为65％。该油藏于2013年6月开始在蒸汽吞吐基础上应用蒸汽驱技术进行开发，截至2015年6月，部分井组含水率已达到60％以上。

本实施例的蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法具体步骤如下：

步骤一，优选上述井组中注采井网较完善、地面注入设施完备具有液体和气体注入条件的一个反九点井组作为人造泡沫油驱的试验井组。对该井组生产历史的深入研究发现，该井组蒸汽驱后累计采出程度为40％，当前地层平均含油饱和度为39％，其他条件均符合本发明的油藏条件。

步骤二，停止井组蒸汽注入和采油过程，向中心注入井中注入质量浓度为15％的人造泡沫油促发剂200吨，注入速度为50吨/天。

本实施例中人造泡沫油促发剂其是由泡沫油促发A剂、泡沫油促发B剂和泡沫油促发C剂组成，三者质量比为1:1:1；其中，泡沫油促发A剂是由重烷基苯磺酸钠、油墨溶剂油和水组成，三者质量比为2:1:2；泡沫油促发B剂为十八烷基二甲基磺丙基甜菜碱；泡沫油促发C剂是由木质素磺酸钠、烷基糖苷和水组成，三者质量比为1:1:2。其中，烷基糖苷为盘锦市庆联油田工程技术服务有限公司生产的BHJ-211型烷基糖苷；油墨溶剂油为盘锦市庆联油田工程技术服务有限公司生产的BHJ-521型油墨溶剂油；其余均为市售。

步骤三，接着向中心注入井中注入氮气100000Nm³，注入速度为5000Nm³/天，使其与人造泡沫油促发剂段塞充分接触，穿过并携带人造泡沫油促发剂向油藏深处运移，并与地层水和地层原油相互作用形成泡沫油。

步骤四，生产井井底静压达到设定值是通过以下实验测试得到的：

步骤1，在PVT实验装置中将该目标区块的活油油样与本实施例的人造泡沫油促发剂按照5:1的质量比混合均匀得到复配混合液；

步骤2，向复配混合液中注入气体，气体的组分与该目标区块现场注入的气体组分一致；

步骤3，测定不同压力下气体在复配混合液中的溶解度，作出溶解度与压力变化关系曲线；

步骤4，该曲线显示出气体溶解度先随压力的增加而增加，然后出现拐点至溶解度不再增加，出现拐点时的压力为气体在复配混合液中的饱和压力；

步骤5，生产井井底静压的设定值为饱和压力的1/2；

注入气体段塞的过程中，当累计注入量为60000Nm³时，达到上述测试的生产井井底静压的设定值，此时开井生产，随后打开角井开始生产。

步骤五，注入气体段塞完毕后，恢复注入井蒸汽注入，此时未达到本实施例油田制定的单井最低经济日产油量，继续以50吨/天的注入速度注入温度为250℃、干度为0.5的蒸汽，控制生产井日产液量，保持井组的采注比为1.2:1，并保持采油。

步骤六，生产180天后，边井井底温度上升至81℃，此时达到了本实施例油田制定的单井最低经济日产油量，考虑转注，本周期(人造泡沫油促发剂的一个注入周期)井组周期产油量为500吨，高于经济下限300吨，重复步骤二至步骤五，保持注入井连续注入，进入到第6周期时，第6周期井组周期产油量为280吨，低于经济下限，因此结束人造泡沫油促发剂驱的开发过程。综上，6个周期井组阶段累计产油量为3090吨。

综上所述，本发明提供的蒸汽驱后稠油油藏驱替开采方法采用人造泡沫油促发剂，能够降低近井地层原油粘度和表面张力，增加气体溶解度，使气体以微小气泡分散于水包油乳状液中，形成拟单向流动状态，改善原油流变性，形成油、气和水拟混相流体，补充地层弹性能量，提高油藏中流体整体流动能力，增加原油流动性，增加单井产能和最终采收率；该方法对地面设备要求低，现场实施安全性、经济性高。