黃 波陳維余史 斌易 飛劉義剛鄒 劍

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司; 2.中海石油(中國)有限公司天津分公司)

海上油田W/O/W型活化稠油堵劑研究與應(yīng)用*

黃 波1陳維余1史 斌1易 飛1劉義剛2鄒 劍2

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司; 2.中海石油(中國)有限公司天津分公司)

研發(fā)了一種W/O/W型活化稠油堵劑,有效改善了堵劑的親水性能,大幅度降低了堵劑體系注入粘度,可優(yōu)先進(jìn)入高含水層,在地層條件下自動破乳并釋放出高粘W/O型乳化液堵劑,從而實現(xiàn)對高含水水流通道的封堵,室內(nèi)實驗水相封堵率大于97%。該堵劑體系在渤海南堡35-2油田A18井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用,累計降水46000m3,累計增油1300m3,累計增氣8700m3。與傳統(tǒng)的活化稠油堵水技術(shù)相比,該堵劑體系粘度低、選擇性好、封堵可靠,可滿足無須加熱、低壓力注入工藝要求,更適合海上平臺施工作業(yè)。

海上油田;活化稠油堵水;W/O/W型堵劑;室內(nèi)實驗;現(xiàn)場應(yīng)用

選擇性堵水劑的開發(fā)主要依據(jù)堵劑在地層條件下與油、水發(fā)生不同的作用,從而產(chǎn)生對油水滲流的不同阻礙,達(dá)到控水的目的[1-2]。W/O型活化稠油堵水是油井選擇性堵水的重要手段之一。傳統(tǒng)的活化稠油堵水方式是采用地面鍋爐加熱稠油、拌入W/O型特種乳化劑,向目標(biāo)井中注入加有適量油包水乳化劑的高粘度稠油(即活性稠油),進(jìn)入水流孔道的活性稠油與滲流的地層水或注入水混合而形成油包水乳狀液(其粘度大幅度上升),通過物理堵塞、賈敏效應(yīng)及潤濕反轉(zhuǎn)等機(jī)理產(chǎn)生堵水作用,從而降低油井含水;而進(jìn)入油流孔道的活性稠油將溶于地層原油從油井采出,不會堵塞油層而影響產(chǎn)油量[3-4]。

海上油田由于受平臺空間和裝備的限制[5],難以滿足傳統(tǒng)的鍋爐加熱、混注活性稠油的條件。為此,針對海上平臺特點研發(fā)了一種無須加熱處理、可實現(xiàn)低粘注入的W/O/W型活化稠油堵劑,并在渤海南堡35-2油田進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用,取得了良好的降水增油效果。

1 W/O/W型活化稠油堵劑選擇性封堵機(jī)理

在稠油中加入0.5%～5%的W/O型乳化劑,加水配制成含水10%～50%的W/O型乳狀液,該乳狀液粘度較原稠油提高20～30倍;以此為核心,外加質(zhì)量百分比30%～50%、含1%～3%O/W型陽離子乳化劑配制水,攪拌成均一的W/O/W型活化稠油體系。

W/O/W型乳狀液水分散、體系粘度低,可實現(xiàn)低壓注入,優(yōu)先進(jìn)入高含水通道并有效封堵水流通道。由于O/W型乳化劑在地層吸附、粘土礦物電負(fù)性影響下不能保持穩(wěn)定,注入到地層的W/O/W型乳狀液最終破乳釋放出能夠在地層條件下長期保持穩(wěn)定的高粘W/O型乳狀液,實現(xiàn)對水層有效封堵,從而降低油井含水。由于O/W型乳化劑的存在,進(jìn)入油層的W/O/W型乳狀液能使油層中的原油乳化降粘,不會堵塞油流通道和傷害油層。其活化配制過程見圖1～4。

圖1 W/O/W型活化稠油堵劑配制用原油

圖2 配制成W/O型乳狀液

圖3 配制成W/O/W型乳狀液

圖4 破乳后形成W/O型乳狀液

2 室內(nèi)實驗

2.1 試劑及儀器

實驗用原油的基本特性:粘度330 mPa·s,含蠟量1.7%,含膠質(zhì)17.85%,含瀝青質(zhì)9.37%。

實驗試劑:ODE-8油溶性乳化劑、SRC水溶性乳化劑(陽離子型)、南堡35-2CEP外輸原油。

實驗儀器:原油乳化機(jī)、多功能化學(xué)驅(qū)物理模擬實驗裝置。

2.2 實驗內(nèi)容及方法

1)W/O型乳狀液體系配方選擇。配制幾種W/O型乳狀液體系,通過改變油水體積比、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù),以研究W/O型乳狀液的穩(wěn)定性及增粘能力。

2)W/O/W型乳狀液體系配方選擇。配制W/ O/W型乳狀液體系,通過改變油水體積比、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù),以研究W/O/W型乳狀液穩(wěn)定性。

3)W/O/W型乳狀液體系選擇性評價。制作不同含油飽和度的并聯(lián)人造填砂巖心管,注入W/ O/W堵劑,計量、分析不同巖心管的產(chǎn)液情況,評價堵劑對高、低含水層的選擇性進(jìn)入能力。

4)W/O/W型乳狀液體系封堵性評價。在填砂管中注入堵劑0.5 PV,放置48 h后,進(jìn)行反向水驅(qū)2 PV,測定前后滲透率變化,考察堵劑對巖心的封堵率;繼續(xù)水驅(qū)至12 PV,評價堵劑耐沖刷性能。

2.3 實驗結(jié)果與討論

2.3.1W/O型乳狀液體系配方選擇

綜合考慮所配制的不同乳狀液體系的粘度、長期穩(wěn)定性,確定W/O型乳狀液體系基礎(chǔ)配方,實驗結(jié)果見圖5、表1。由圖5、表1可以看出:不同油水體積比、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下,體系粘度、穩(wěn)定程度差別較大;在同一油水體積比條件下,隨著乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,W/O型乳狀液體系粘度、穩(wěn)定性增加。根據(jù)實驗結(jié)果,推薦W/O型乳狀液體系配方為:油水體積比5∶5,ODE-8質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～6%。在該條件下,W/O型乳液體系粘度可達(dá)41 000～43 000 mPa·s,為配制用油初始粘度的20倍。

圖5 不同油水體積比、ODE-8質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下W/O型乳狀液體系粘度

表1 不同油水體積比、ODE-8質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下W/O型乳狀液體系穩(wěn)定時間

2.3.2W/O/W型乳狀液體系配方選擇

確定W/O型乳狀液體系配方后,以O(shè)DE-8質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、油水體積比5∶5乳狀液體系為母劑,加入不同比例水、不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)水溶性乳化劑SRC,優(yōu)選W/O/W型乳狀液體系配方,實驗結(jié)果見表2。由表2可以看出:經(jīng)過水溶性乳化劑SRC乳化后,乳狀液由W/O型轉(zhuǎn)化為W/O/W型,外相為水相;乳狀液體系粘度大幅降低,能夠滿足現(xiàn)場不加熱低壓力注入要求。綜合考慮乳狀液水化后粘度及穩(wěn)定時間,確定W/O/W型乳狀液體系配方為:油水體積比7∶3,SRC質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%。

表2 不同油水體積比、SRC質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下W/O/W型乳狀液體系性能

2.3.3W/O/W型乳狀液體系選擇性評價

并聯(lián)不同含油飽和度的填砂管,注入W/O/W型堵劑,記錄各管產(chǎn)出液量,考察堵劑注入選擇性,實驗結(jié)果見表3。由表3可以看出:隨著含油飽和度的降低,進(jìn)入填砂管的乳化稠油堵劑的流量增加。這是因為W/O/W是水基堵劑,它優(yōu)先進(jìn)入高含水層,并在其中產(chǎn)生堵塞。

2.3.4W/O/W型乳狀液體系封堵性評價

在填砂管中注入堵劑0.5 PV,放置48 h后進(jìn)行反向水驅(qū),測定前后滲透率,以考察堵劑對巖心的封堵強(qiáng)度和封堵率,實驗結(jié)果見表4。分析認(rèn)為,新研發(fā)的W/O/W型乳狀液堵水體系注入巖心后,體系中的水溶性表面活性劑在巖石顆粒表面被吸附,使油水界面吸附量隨之減少,所以乳液進(jìn)入巖心一定距離后即破乳并釋放高粘度W/O型乳狀液,從而實現(xiàn)對水層的有效封堵[6-9]。該體系水相封堵率大于97%,能夠滿足堵水工藝要求。

后續(xù)水驅(qū)至12 PV,記錄注入過程中壓力數(shù)據(jù),評價堵劑耐沖刷性能,實驗結(jié)果見圖6。由圖6可以看出,經(jīng)過大量水沖刷后,堵劑仍能夠保持較高的封堵強(qiáng)度,這表明堵劑具有良好的耐沖刷性能。

表3 W/O/W型乳狀液體系選擇性評價

表4 W/O/W型乳狀液體系封堵性評價

圖6 W/O/W型乳狀液堵劑體系耐沖刷性能評價

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

2009年2月在南堡35-2油田A18井對本文研發(fā)的W/O/W型活化稠油堵劑進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。南堡35-2油田油層埋藏淺、儲量大、流體性質(zhì)復(fù)雜,油層溫度53℃左右,地層水總礦化度1218～6668mg/L。該油田地面原油為稠油,具有高密度、高粘度、高膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量、低含硫、低凝固點的特點,為典型稠油油藏[10]。

A18井于2005年9月30日投產(chǎn),采用Y型合采管柱,電潛泵額定排量50 m3/d。初期日產(chǎn)液20 m3左右,含水3%;后期日產(chǎn)液、含水快速上升;措施前該井日產(chǎn)液80 m3,日產(chǎn)油9 m3,含水88%。分析認(rèn)為,該井主力油組Nm0油組9#小層與油水界面垂直距離3.4 m,判斷邊水推進(jìn)至9#小層而造成含水快速上升。

2009年2月26日至3月2日,對A18井進(jìn)行了W/O/W型活性稠油堵水施工作業(yè)。施工期間,正擠活性稠油堵劑620 m3(其中外輸原油260 m3,生產(chǎn)污水360 m3),施工排量15 m3/h,施工壓力小于8.0MPa,實現(xiàn)了無須加熱、低壓力注入工藝要求。措施實施后該井關(guān)井3 d,反向破乳,開井后,日產(chǎn)液大幅下降,含水率明顯下降,日產(chǎn)油有所上升(圖7)。截至2013年12月,措施累計降水4.6萬m3,累計增油1300m3,累計增氣8700m3,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖7 南堡35-2油田A18井W/O/W型活化稠油堵劑堵水效果

4 結(jié)論

1)研發(fā)的W/O/W型活化稠油堵劑體系親水性強(qiáng)、表觀粘度低,能夠優(yōu)先進(jìn)入高含水層,進(jìn)入地層后在地層巖石礦物作用下自動破乳并釋放高粘W/O型乳狀液體系,實現(xiàn)對高滲水流通道的封堵,室內(nèi)實驗水相封堵率大于97%。

2)南堡35-2油田A18井礦場應(yīng)用結(jié)果表明,所研制的W/O/W型活化稠油堵劑選擇性堵水技術(shù)對海上稠油油藏堵水是有效的,能夠滿足無須加熱、低壓力注入工藝要求。

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(編輯:張喜林)

A research and application of W/O/W emulsification plugging agent in an offshore oilfield

Huang Bo1Chen Weiyu1Shi Bin1Yi Fei1Liu Yigang2Zou Jian2

(1.CNOOC Energy Technology&Sevices-Drilling& Production Co.,Tianjin,300452;2.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin,300452)

A kind of W/O/W emulsification plugging agent has been researched and developed.This agent may preferentially enter into the layers with high water-cut,due to effectively improving its hydrophilicity and significantly reducing its injection viscosity,then spontaneously demulsify and release high-viscosity W/ O emulsion plugging agent under the formation conditions,and finally block the water-flow channels,with its water plugging rate over 97%in laboratory experiments.Its field application in Well A18 of NB35-2 oilfield,Bohai Sea,has resulted in 46000m3of cumulative water-production depletion,1300m3of cumulative oil-production increment and 8700m3of cumulative gas-production increment.Compared with the conventional emulsification plugging agent,this agent is lower in viscosity,better in selectivity and more reliable in plugging capacity,can meet the technological requirements of no heating and low-pressure injection,and is more suitable for the offshore platform operation.

offshore oilfield;emulsification water shutoff;W/O/W plugging agent;laboratory experiment;field application

2014-01-23改回日期:2014-03-19

*中國海油技術(shù)發(fā)展項目“海上油田乳化稠油堵劑體系研究與應(yīng)用(編號:C/KJF JDCJF 007-2010)”部分研究成果。

黃波,男,高級工程師,1997年畢業(yè)于原江漢石油學(xué)院采油工程專業(yè),現(xiàn)主要從事三次采油及增產(chǎn)增注技術(shù)方面的研究和管理工作。地址:天津市塘沽區(qū)渤海石油路688號501信箱工程技術(shù)分公司(郵編:300452)。電話:022-66907201。E-mail:huangbo@cnooc.com.cn。