專利名稱：泡沫復(fù)合驅(qū)油方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高原油采收率的方法，特別涉及一種泡沫復(fù)合驅(qū)油方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外地許多油田都采用注水開發(fā)的方式開采原油，但由于儲層的非均質(zhì)性以及不利的油水流度比，水驅(qū)后仍有大量的剩余油殘留在地下。為了開采這些剩余油，除了采用加密井等措施以外，各種提高原油采收率的新方法(EOR)已逐步由室內(nèi)研究過渡到礦場實踐，并在世界上許多油田得到廣泛應(yīng)用。在三次采油新技術(shù)中，化學(xué)驅(qū)仍然是具有很大發(fā)展前途的方法之一。在化學(xué)驅(qū)中，復(fù)合驅(qū)的應(yīng)用日趨廣泛，并由砂巖儲層擴大到碳酸鹽巖儲層。在操作和質(zhì)量控制方面正在不斷地加以完善。此外，為提高化學(xué)驅(qū)的效果及降低生產(chǎn)費用，開發(fā)研究了各種化學(xué)復(fù)合驅(qū)方法，如堿-聚合物驅(qū)，表面活性劑-堿驅(qū)，表面活性劑-聚合物驅(qū)等二元復(fù)合驅(qū)，以及堿-表面活性劑-聚合物的三元復(fù)合驅(qū)。通過各種化學(xué)劑的協(xié)同作用，不僅可以降低化學(xué)劑的用量，而且比單一化學(xué)驅(qū)或二元復(fù)合驅(qū)具有更高的原油采收率。對于這種三元復(fù)合驅(qū)油方法，不僅進行了廣泛的室內(nèi)機理研究，而且在礦場進行了先導(dǎo)性試驗，已經(jīng)取得較為明顯的效果，其驅(qū)油機理主要為一方面三元復(fù)合體系中聚合物的存在可使驅(qū)替相的粘度增加，從而降低了油水之間的流度比，擴大了波及體積；另一方面，堿與表面活性劑二者的協(xié)同效應(yīng)可使油水之間形成超低界面張力，使原油更容易從巖石礦物表面剝離，從而提高了驅(qū)油效率，最終使采收率得到大幅度提高，這方面的文獻可參見SPE24144，SPE21028，SPE17538。
為了提高封堵高滲透層或賊層的能力，人們經(jīng)過了大量研究發(fā)現(xiàn)，泡沫要比聚合物或膠具有更好的進入并降低高滲透層滲透性的性質(zhì)，其中泡沫一般又可分為普通泡沫和增強泡沫兩類。普通泡沫一般是在注入的氣體中加入表面活性劑，使之在地面或地下生成泡沫。如USP5363915提供了一種應(yīng)用非離子表面活性劑、非凝析氣和水形成的泡沫來提高原油采收率的技術(shù)，該泡沫性質(zhì)穩(wěn)定，可在地下形成或在地面預(yù)先形成，對含輕質(zhì)油的碳酸鹽地層應(yīng)用最佳，此外，USP5074358中介紹了其它形式的穩(wěn)定泡沫。另一類泡沫為增強泡沫，是指除表面活性劑外，還存在一種使粘度增加的化學(xué)劑組分，例如USP5307878利用聚合物增強泡沫來提高泡沫的穩(wěn)定性和減少氣體錐進(指進)，該聚合物增強泡沫就是由聚合物、水性溶劑，表面活性劑和氣體組成。USP5129457是利用聚合物增強泡沫處理裂縫性地層來提高液態(tài)烴類的采收率。所述的泡沫也是由聚合物、表面活性劑、水性溶劑和氣體組成。泡沫將優(yōu)先進入地層中存在的裂縫，但是，上述泡沫提高原油采收率方法都是以提高驅(qū)替劑的波及系數(shù)為目的，泡沫中的化學(xué)劑組分并不能象三元體系那樣與原油形成超低界面張力，因此，使最終的原油采收率一般在50～60％之間，而三元復(fù)合驅(qū)油方法中，聚合物的調(diào)剖能力比泡沫差很多，從而限制了波及效率的提高，驅(qū)替液仍然較容易地在高滲透層突破和竄流，最終原油采收率一般仍在60％左右。因此，有必要研究一種充分發(fā)揮泡沫驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)協(xié)同優(yōu)勢的驅(qū)油方法，進一步提高地下含油層的原油采收率，將殘留在含油飽和度較高的低滲透層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。發(fā)明目的
本發(fā)明目的是針對三元復(fù)合驅(qū)油方法中波及系數(shù)不高及泡沫驅(qū)中洗油效率較低的缺點，充分發(fā)揮三元復(fù)合驅(qū)油方法的高洗油效率和泡沫驅(qū)油方法中高波及效率的優(yōu)勢，采用氣體與三元復(fù)合系同時或交替注入方式在地面或地下形起泡沫，來提高地下含油層的原油采收率。發(fā)明概述
本發(fā)明涉及一種提高地下含油層原油采收率的方法，特別涉及一種泡沫復(fù)合驅(qū)油方法，其包括
(1)向地下含油層注入一種聚合物水溶液作為前置段塞，其注入量占地層中總孔隙體積的2％-8％；
(2)周期性地或交替注入一種非凝析氣體和一種起泡組合物水溶液以在地下形成復(fù)合泡沫或周期性地注入該氣體與所述的水溶液在地面預(yù)先形成的復(fù)合泡沫，所述的起泡組合物水溶液包括堿、表面活性劑以聚合物，其注入量占地層中總孔隙體積的10-50％，所述的起泡水溶液為超低界面張力體系，其與所驅(qū)替的地下原油之間的界面張力值達到10-3mN/m數(shù)量級；
(3)注入一種聚合物水溶液作為保護段塞，其注入量占地層中總孔隙體積的10-45％。
發(fā)明的詳細(xì)描述
本發(fā)明涉及一種提高地下含油層原油采收率的方法，特別涉及一種泡沫復(fù)合驅(qū)油方法，該方法包括
(1)向地下含油層注入一種聚合物水溶液作為前置段塞；
(2)周期性地同時或交替注入一種非凝析氣體和一種起泡組合物水溶液以在地下形成復(fù)合泡沫或周期性地注入該氣體與所述的水溶液在地面預(yù)先形成的復(fù)合泡沫，所述的起泡組合物水溶液包括堿、表面活性劑以及聚合物；
(3)注入一種聚合物水溶液作為保護段塞。
在現(xiàn)有技術(shù)中，不管是二元驅(qū)油，或是三元復(fù)合驅(qū)油，由于高滲透層和/或賊層的存在，都不同程度地會發(fā)生錐進(指進)現(xiàn)象。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量的研究后發(fā)現(xiàn)，在將復(fù)合驅(qū)油體系加入到含油層中以進行驅(qū)油之前，加入一種聚合物水溶液作為前置段塞，一方面，該聚合物水溶液將優(yōu)先進入地層中的高滲透層和/或賊層，使其滲透率降低，從而防止隨后加入的泡沫中的氣體沿高滲透通道發(fā)生氣竄；另一方面，聚合物分子在巖石表面吸附滯留，可有效減少后續(xù)泡沫中的各種有效物質(zhì)在巖石表面吸附而造成的損失。
按照本發(fā)明的方法，其中，作為前置段塞的聚合物為分子量為300-30,000道爾頓的水溶性生物聚合物和/或合成聚合物。作為生物聚合物，包括黃原膠、瓜耳膠(guar)；作為合成聚合物，包括聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺在內(nèi)的聚合物。
按照本發(fā)明的方法，在向地下油層中加入作為前置段塞的聚合物水溶液后，周期性地同時或交替注入一種非凝析氣體和一種包括堿、表面活性劑以及聚合物的起泡組合物水溶液以在地下形成復(fù)合泡沫；或是周期性地注入該氣體與所述的水溶液在地面預(yù)先形成的復(fù)合泡沫。由于事先注入了作為前置段塞的聚合物水溶液，因此，同時或交替注入非凝析性氣體和起泡溶液而在地下形成的泡沫或直接注入非凝析性氣體和起泡溶液在地面形成的泡沫在地層中的滲透比較均勻，不會發(fā)生錐進(指進)現(xiàn)象。本發(fā)明方法中所使用的非凝析氣體包括氮氣、天然氣、甲烷氣、空氣或其混合物。
按照本發(fā)明的方法，其中所使用的起泡組合物水溶液包括堿、表面活性劑和聚合物。所述的起泡組合物水溶液具有的最顯著的特點是可與原油形成超低界面張力并具有較高的粘度，聚合物的加入可使驅(qū)替相粘度增加，降低了流度比，擴大波及系數(shù)。堿與表面活性劑的協(xié)同作用可使該體系與原油形成超低界面張力，其油水界面張力值達到10-3mN/m數(shù)量級，為超低界面張力體系。因此可以提高洗油效率，使最終原油采收率大幅度提高。按照本發(fā)明的泡沫復(fù)合驅(qū)油方法，一般可使最終原油采收率提高25～30％。
按照本發(fā)明，所述的起泡組合物水溶液中，以組合物水溶液的總重量為基準(zhǔn)計，包括0.5-1.5％(重量)的堿，0.05-0.5％(重量)的表面活性劑和0.05-0.5％(重量)的聚合物。其中所述的堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉和/或碳酸氫鈉，優(yōu)選為氫氧化鈉和碳酸鈉；其中所述的表面活性劑包括離子型表面活性劑或非離子型表面活性劑，所述的離子型表面活性劑包括α-烯基磺酸鹽，C11-16烷基硫酸鈉，C14-18烷基苯磺酸鈉，所述的非離子型表面活性劑包括三乙醇胺；其中所述的聚合物為分子量為300-30,000道爾頓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黃原膠、瓜耳膠，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。
按照本發(fā)明方法，其中所使用的起泡組合物中，所述的離子型或非離子型表面活性劑與堿產(chǎn)生協(xié)同作用，因而能與原油形成10-3mN/m數(shù)量級的超低界面張力，并具有很強的發(fā)泡能力。
本發(fā)明方法的第三個步驟是注入聚合物保護段塞，隨后進行水驅(qū)。注入保護段塞的目的是對形成的泡沫進行有效的保護，減少后續(xù)水驅(qū)對泡沫的稀釋破壞作用。實踐證明，按照本發(fā)明方法注入所述的聚合物保護段塞能充分地發(fā)揮泡沫的作用。
按照本發(fā)明方法，作為保護段塞的聚合物為分子量為300-30,000道爾頓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黃原膠、瓜耳膠，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。
按照本發(fā)明方法，進一步包括在注入所述的作為保護段塞的聚合物水溶液后，進行后續(xù)水驅(qū)的步驟。
本發(fā)明泡沫復(fù)合驅(qū)油方法的機理為一方面，所形成的泡沫優(yōu)先進入并封堵地層中的高滲透孔隙，使驅(qū)替流體(包括泡沫)轉(zhuǎn)向并進入低滲透層帶，擴大波及系數(shù)；另一方面，所注入的三元復(fù)合體系與原油可形成超低界面張力，使原油更容易從巖石表面剝離，提高了洗油效率并具有一定的穩(wěn)泡作用，同時利用氣體的上浮作用，提高上部中低滲透層原油動用程度，從而使烴類，即原油的采收率得到大幅度提高。
本發(fā)明方法所使用的三元復(fù)合體系中的聚合物對由所述的三元復(fù)合體系所形成的泡沫具有穩(wěn)定作用。作為本發(fā)明的一個實施例，采用ORS-41作為表面活性劑，采用NaOH作為堿，以不同用量的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)作為聚合物配制三元復(fù)合體系并測定了由這些三元復(fù)合體系產(chǎn)生的泡沫的半衰期。結(jié)果如下表1所示
表1 聚合物對泡沫的穩(wěn)定性的影響
如表1所示，聚合物的加入使由組合物產(chǎn)生的泡沫的半衰期延長。聚合物的加入量越大，則泡沫的半衰期越長，即泡沫的穩(wěn)定性越好。
在按照本發(fā)明的方法使用本發(fā)明的泡沫復(fù)合驅(qū)油體系進行采油時，將根據(jù)采油區(qū)的油藏條件如非均質(zhì)、化學(xué)劑的損耗情況以及經(jīng)濟成本等來確定各種組分的加入量。一般來說，氣體占整個體系的孔隙的體積(地下條件)一般不低于50％，液體用量為占整個體系的孔隙的體積的10～50％，聚合物前置段塞和保護段塞的用量為分別占整個體系的孔隙的體積2％～8％和10％～45％。
根據(jù)油藏地質(zhì)特點和井網(wǎng)情況，可以減少聚合物前置段塞和保護段塞的用量，甚至可以取消這兩個段塞或其中的某一個段塞。
本發(fā)明可有效提高地下含油層的原油采收率，在水驅(qū)基礎(chǔ)上，一般可提高采收率25～30％ OOIP(原始地質(zhì)儲量)。
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步的說明。但應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限于這些實施例。
實施例
在二維人造巖心(I)上進行了驅(qū)油實驗，巖心幾何尺寸為4.5cm×4.5cm×30cm，巖心是石英砂經(jīng)環(huán)氧樹脂膠結(jié)而成，平均滲透率為1μm2左右，共分三層，正韻律分布，滲透率變異系數(shù)為0.72，原始含水礦化度為6778mg/L，原油采用礦場脫氣脫水原油，驅(qū)替水礦化度為3700mg/L。實施例1
制備組成如下的起泡組合物1商品名為ORS-41的表面活性劑，美國ICT公司產(chǎn)品。2商品名為1275A的聚合物，分子量為1700萬，水解度為25％，英國聯(lián)合膠體公司產(chǎn)品。3水的礦化度為918.34mg/L。
采用如上所述的人造巖心(I)進行驅(qū)油實驗。巖心用水飽和后進行油驅(qū)水，使巖心的原始含油達到飽和，然后水驅(qū)油至巖心出口含水98％時，開始在巖心出口壓力為8.0MPa的情況下注入上述的起泡組合物水溶液和甲烷氣體所形成的泡沫，其中，起泡組合物水溶液的注入量為0.3PV，氣相為0.36PV，然后注入0.283PV的濃度為600mg/L的聚合物(1275A)水溶液保護段塞，最后水驅(qū)至巖心出口含水98％為止，實驗結(jié)果如表2所示
表2 泡沫驅(qū)實驗結(jié)果
從表2結(jié)果可見，泡沫復(fù)合驅(qū)油方法可在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率30％左右，總采收率約70％。
實施例2
與實例1的實驗過程基本一致，有兩個條件不同，一是巖心出口壓力為常壓；二是氣體與復(fù)合體系分11個段塞注入，氣液比保持在1.0。實驗結(jié)果如表3所示
表3 氣液交替注入實驗結(jié)果
從表3結(jié)果可見，液氣交替注入方式仍能在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率33.5％，總采收率達到73.6％，說明在甲烷與起泡組合物水溶液交替注入的情況下，能在巖心中形成結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都很好的復(fù)合泡沫，與在巖心前發(fā)泡具有相似的作用。
下面的實施例所采用的模型為兩維縱向非均質(zhì)復(fù)合韻律物理模型(II)。模型(II)的幾何尺寸為4.5cm×4.5cm×30cm，模型是石英砂經(jīng)環(huán)氧樹脂膠結(jié)而成，平均滲透率為1μm2左右，共分五層，中間無不滲透性隔層，滲透率變異系數(shù)為0.61，從上至下各層的滲透率分別為190×10-3μm2、650×10-3μm2、390×10-3μm2、2700×10-3μm2、1100×10-3μm2。飽和模型用水為人工合成模擬鹽水，礦化度為6778mg/L，實驗用油采用礦場脫氣脫水原油，配制起泡組合物用水及驅(qū)替水為人工合成鹽水，礦化度為3700mg/L。配制聚合物水溶液鹽水為人工合成鹽水，礦化度為918.34mg/L。實驗溫度為45℃。實施例3
采用組成與實施例1所述相同的起泡組合物，在如上所述的人造巖心模型(II)進行驅(qū)油實驗。巖心用水飽和后進行油驅(qū)水，使巖心的原始含油達到飽和，然后用水以1m/d的速度驅(qū)油至模型出口含水98％，計算水驅(qū)采收率。然后在巖心出口壓力為8.0MPa的情況下以約1m/d的速度注入上述的起泡組合物水溶液和天然氣所形成的泡沫，其中，起泡組合物水溶液的注入量為0.3PV，氣相為0.36PV，然后注入0.283PV的濃度為600mg/L的聚合物(1275A)水溶液保護段塞，最后水驅(qū)至巖心出口含水98％為止，實驗結(jié)果如下表4所示
表4 泡沫驅(qū)實驗結(jié)果
上述實驗結(jié)果說明，本發(fā)明尤其適合于正韻律地層。實施例4
采用組成與實施例1所述相同的起泡組合物，在如上所述的人造巖心模型(II)進行驅(qū)油實驗。巖心用水飽和后進行油驅(qū)水，使巖心的原始含油達到飽和，然后用水以1m/d的速度驅(qū)油至模型出口含水98％，計算水驅(qū)采收率。然后在巖心出口壓力為8.0MPa的情況下，交替注入所述的起泡組合物和所述的天然氣(1)注入0.1PV的起泡組合物和0.05PV的天然氣；(2)注入0.05PV的起泡組合物和0.05PV的天然氣；(3)注入0.05PV的起泡組合物和0.05PV的天然氣；(4)注入0.05PV的起泡組合物和0.05PV的天然氣；(5)注入0.05PV的起泡組合物和0.1PV的天然氣。然后注入0.283PV的濃度為600mg/L的聚合物(1275A)水溶液保護段塞，最后水驅(qū)至巖心出口含水98％為止，實驗結(jié)果如下表所示
表5 泡沫驅(qū)實驗結(jié)果
如上所述，采用本發(fā)明的方法可使原油的采收率可提高25-30％，是適合于在非均質(zhì)性油藏地質(zhì)條件下提高原油采收率的一種非常有效的方法。
以上通過實施例對本發(fā)明進行了解釋和說明，但本發(fā)明并不限于這些實施例。應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和發(fā)明實質(zhì)的前提下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種各樣的修改和補充。
權(quán)利要求
1、一種泡沫復(fù)合驅(qū)油方法，其包括
(1)向地下含油層注入一種聚合物水溶液作為前置段塞，其注入量占地層中總孔隙體積的2％-8％；
(2)周期性地或交替注入一種非凝析氣體和一種起泡組合物水溶液在地面預(yù)先形成的復(fù)合泡沫，所述的起泡組合物水溶液包括堿、表面活性劑以及聚合物，其注入量占地層中總孔隙體積的10-50％，所述的起泡水溶液為超低界面張力體系，其與所驅(qū)替的地下原油之間的界面張力值達到10-3mN/m數(shù)量級；
(3)注入一種聚合物水溶液作為保護段塞，其注入量占地層中總孔隙體積的10-45％。
2、按照權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括后續(xù)水驅(qū)的步驟。
3、按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的作為前置段塞的聚合為分子量為300-30,000道爾頓的水溶性生物聚合物和/或合成聚合物。
4、按照權(quán)利要求3所述的方法，其中所述的生物聚合物包括黃原膠、瓜耳膠。
5、按照權(quán)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、按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的非凝析氣體包括氮氣、天然氣、甲烷氣、空氣或其混合物。
7、按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的起泡組合物水溶液包括0.5-1.5％(重量)的堿，0.05-0.5％(重量)的表面活性劑和0.05-0.5％(重量)的聚合物，所述的百分比以組合物的總重量為基準(zhǔn)計。
8、按照權(quán)利要求7所述的方法，其中所述的堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉和/或碳酸氫鈉。
9、按照權(quán)利要求7所述的方法，其中所述的表面活性劑包括離子型表面活性劑或非離子型表面活性劑。
10、按照權(quán)利要求7所述的方法，其中所述的聚合物為分子量為300-30,000道爾頓的水溶性生物聚合物和/或合成聚合物。
11、按照權(quán)利要求10所述的方法，其中所述的生物聚合物包括黃原膠、瓜耳膠。
12、按照權(quán)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、按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的作為保護段塞的聚合物為分子時為300-30,000道爾頓的水溶性生物聚合物和/或合成聚合物。
14、按權(quán)利要求13所述的方法，其中所述的生物聚合物包括黃原膠、瓜耳膠。
15、按照權(quán)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、按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的氣體至少占孔隙體積的50％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泡沫復(fù)合驅(qū)油方法,該方法包括:向地下含油層注入一種聚合物水溶液作為前置段塞;周期性地同時或交替注入一種非凝析氣體和一種包括堿、表面活性劑以及聚合物的起泡組合物水溶液以在地下形成復(fù)合泡沫或周期性地注入該氣體與所述的水溶液在地面預(yù)先形成的復(fù)合泡沫;注入一種聚合物水溶液作為保護段塞,然后進行后續(xù)水驅(qū)。
文檔編號C09K8/94GK1291253SQ9881394
公開日2001年4月11日 申請日期1998年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月6日
發(fā)明者王德民 申請人:大慶石油管理局