泡沫驅(qū)油發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望

王 其 偉

（中石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營(yíng) 257015）

我國(guó)東部老油田多數(shù)已進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期，開(kāi)發(fā)矛盾日漸突出，目前聚合物驅(qū)及二元驅(qū)是較為成熟的三次采油技術(shù)［1］，但是面臨著優(yōu)質(zhì)三采資源匱乏的問(wèn)題，泡沫驅(qū)油由于其良好的封堵性能及對(duì)油水的選擇性，被認(rèn)為是一項(xiàng)很有發(fā)展前途的三次采油方式［2-4］。泡沫流體在油田的應(yīng)用研究已有50 多年的歷史，現(xiàn)已成為油氣田開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要發(fā)展方向。近年來(lái)，雖然我國(guó)石油工業(yè)在泡沫流體應(yīng)用技術(shù)方面已積累了一些經(jīng)驗(yàn)，但還不十分成熟。

1 泡沫驅(qū)提高原油采收率原理

提高原油采收率主要的機(jī)理主要有提高驅(qū)油波及面積（波及系數(shù)）和提高驅(qū)油效率兩個(gè)方面。泡沫流體同時(shí)具有這兩種特性。泡沫驅(qū)是利用各種氣體（包括N2氣、天然氣或其他氣體）與泡沫劑混合形成泡沫作為驅(qū)替介質(zhì)的驅(qū)替方法，泡沫具有選擇性封堵、堵水不堵油、堵高不堵低的特性，泡沫的這些特點(diǎn)已經(jīng)被從事泡沫驅(qū)研究的技術(shù)人員及管理者普遍認(rèn)可。泡沫的特點(diǎn)使泡沫驅(qū)油技術(shù)在油田開(kāi)發(fā)中擁有巨大的發(fā)展前景。

泡沫作為驅(qū)替過(guò)程的流度控制液，能改善流度比，防止水驅(qū)中的竄流、指進(jìn)或水的錐進(jìn)，擴(kuò)大水驅(qū)和氣驅(qū)波及程度，提高采收率；作為蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)的調(diào)剖液，能封堵蒸汽汽竄通道，防止氣藏漏氣及注氣中的串槽和指進(jìn)，調(diào)整油層吸汽剖面，提高蒸汽波及系數(shù)；作為選擇性封堵劑，能選擇性封堵高滲通道，降低高滲區(qū)的載流量而不破壞低滲區(qū)。

1.1 提高波及系數(shù)

氣體及泡沫劑溶液形成的泡沫視黏度比組成它的單純泡沫劑溶液及氣體的黏度高得多，泡沫在非均質(zhì)多孔介質(zhì)運(yùn)移時(shí)，首先進(jìn)入滲透率大的孔道，根據(jù)賈敏效應(yīng)的疊加原理，隨泡沫注入量增多，流動(dòng)阻力逐步增大，注入壓力增高，迫使泡沫進(jìn)入更多低滲透小孔道中驅(qū)油，由于泡沫的視黏度具有剪切變小的性質(zhì)，在高滲條帶的黏度大于低滲條帶，且由于油藏的低滲區(qū)殘余油飽和度較高，泡沫易破滅，封堵能力低，因此，泡沫在油藏中能較為均勻的向前推進(jìn)，最終導(dǎo)致泡沫波及效率擴(kuò)大。泡沫驅(qū)相對(duì)水驅(qū)，大大改善了油層非均質(zhì)的影響，可克服注水易舌進(jìn)、指進(jìn)的問(wèn)題，使驅(qū)動(dòng)趨于均勻，從而提高了波及系數(shù)。

1.2 提高洗油效率

在油層中油與巖石表面的黏附功，可用下式表示

泡沫含有表面活性物質(zhì)，它具有降低油水界面張力γos、增大原油與巖石表面潤(rùn)濕角θ 的作用，因此注入泡沫后，黏附功將大大降低，油易被驅(qū)走，洗油效率提高。

2 泡沫驅(qū)國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史

文獻(xiàn)記載1956 年Fried 首次對(duì)泡沫驅(qū)油開(kāi)展了研究，1958 年，Bond 等人發(fā)表了世界上第1 份泡沫驅(qū)油的專利，第1 個(gè)文獻(xiàn)記載的泡沫礦場(chǎng)試驗(yàn)案例是1964 年10 月至1967 年3 月美國(guó)聯(lián)合石油公司在伊利諾斯州Siggins 油田進(jìn)行的，取得了良好的效果，泡沫試驗(yàn)區(qū)的水油比從15%降到12%。水的流度降低了約70%，注入井的吸水剖面得到了顯著的改善。

1994 年，英國(guó)和挪威在北海油田的3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)對(duì)泡沫進(jìn)行了為期4 年的試驗(yàn)研究，研究了泡沫對(duì)高GOR 生產(chǎn)井錐進(jìn)和指進(jìn)的改善作用。泡沫試驗(yàn)區(qū)的試驗(yàn)表明，泡沫能有效地延遲氣體錐進(jìn)并成功減少油井的產(chǎn)氣量［5］。

近幾年國(guó)外泡沫驅(qū)的研究受石油價(jià)格波動(dòng)及國(guó)家政策的影響，主要集中在室內(nèi)機(jī)理及相關(guān)因素研究，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道較少。相比較而言，國(guó)內(nèi)泡沫驅(qū)研究從室內(nèi)到現(xiàn)場(chǎng)更加豐富，并且取得了較好的效果，但由于泡沫驅(qū)的復(fù)雜性，盡管室內(nèi)研究報(bào)道，驅(qū)油機(jī)理清楚，物模效果好，多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也取得了較好的試驗(yàn)效果，由于成本及其他因素的影響，總體效益并不理想，截止到目前，除了高溫泡沫劑在稠油蒸汽吞吐及蒸汽驅(qū)過(guò)程中作為流度控制劑已經(jīng)工業(yè)化外，世界范圍內(nèi)還沒(méi)有真正意義上的泡沫驅(qū)推廣生產(chǎn)。

我國(guó)1965 年在玉門老君廟油田開(kāi)展了國(guó)內(nèi)第1個(gè)泡沫驅(qū)試驗(yàn)。注泡沫后見(jiàn)到了一定效果，但生產(chǎn)狀況不理想。克拉瑪依油田于1971 年5 月進(jìn)行泡沫驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。注入泡沫后，一方面吸水剖面得到了調(diào)整，另一方面，改善了平面指進(jìn)狀況。試驗(yàn)有效期達(dá)27 月之久，產(chǎn)油量上升了一半，綜合含水下降了一半，取得了良好的試驗(yàn)效果。

百色油田于1996 年在砂巖油藏上進(jìn)行了空氣泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，收到了良好的控水增油和提高采收率的效果，試驗(yàn)區(qū)塊含水率下降，產(chǎn)液量、產(chǎn)油量明顯上升，累計(jì)增油1 945 t，投入產(chǎn)出比為1 ∶3.89［6］。

1997 年，大慶油田在薩北油田北二區(qū)東部的南端進(jìn)行泡沫復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)面積0.125 km2，滲透率335 mD，地質(zhì)儲(chǔ)量12.02×104t，注采井距176 m，之前曾進(jìn)行過(guò)注氣試驗(yàn)，到注泡沫復(fù)合體系時(shí)，綜合含水為97.2%，累計(jì)采出程度高達(dá)43.8%。

大慶油田的泡沫復(fù)合驅(qū)由堿、表面活性劑、聚合物組成，注入氣體為天然氣。試驗(yàn)后，注入井注入壓力上升，吸水指數(shù)下降。注入壓力由水驅(qū)時(shí)的7.0 MPa，上升到注液14.0 MPa，注氣18.8 MPa。受效高峰時(shí)，中心井北2-丁6-70 井含水由見(jiàn)效前的96.2%下降到最低時(shí)的50.7%，累計(jì)增油10 508 t，階段采出程度18.6%，累計(jì)采出程度62.4%；中心井北2-丁6-71 井含水由見(jiàn)效前的98.3%下降到最低時(shí)的45.1%。累計(jì)增油13 561 t，階段采出程度24.1%，累計(jì)采出程度67.9%。試驗(yàn)區(qū)綜合含水下降10.3%，日增產(chǎn)原油40 t，日產(chǎn)液下降222 t，吸液剖面和產(chǎn)液剖面明顯改善，中心井采收率提高23%［7］。

1999 年遼河油田在錦90 斷塊興1 組開(kāi)展了氮?dú)?熱水+發(fā)泡劑非混相驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得較好的效果，試驗(yàn)位于錦90 斷塊中部，地層溫度50 ℃，地質(zhì)儲(chǔ)量259×104t，9口注水井，46口采油井。設(shè)計(jì)注入0.2 PV 非混相段塞，氮?dú)馀c化學(xué)劑混注段塞為注10 d 停10 d 的小段塞方式。水連續(xù)注入，化學(xué)劑濃度0.3%，平均注入流體速度180 m3/d， 2005 年7 月，擴(kuò)大試驗(yàn)區(qū)擴(kuò)大到注入井13口，氣液比0.8，化學(xué)劑濃度1.5%，累注水142×104m3，累注氮?dú)? 798×104m3，累注化學(xué)劑11 208 t；開(kāi)井67 口，日產(chǎn)油157 t，綜合含水87.7%，注入壓力由6 MPa，上升到9～10 MPa。累產(chǎn)油31×104t（原9 井組產(chǎn)油27×104t），階段采出程度7.31%（原9 井組為10.5%），累計(jì)采出程度51.93%（原9 井組52.7%）［8］。

勝利油田于2003 年5 月在孤島中28-8 井注入強(qiáng)化泡沫進(jìn)行驅(qū)油試驗(yàn)，設(shè)計(jì)注入周期為180 d，分為前置段塞及主段塞2 部分。注入泡沫段塞后，44層的相對(duì)吸水量由6.08%提高到41.13%，而42 層的相對(duì)吸水量由92.56%下降到58.14%，層間吸水狀況得到有效改善，竄聚現(xiàn)象得到有效控制，29-3 井含水下降50%。整個(gè)井區(qū)綜合含下降4.4%，日產(chǎn)油量增加67 t，強(qiáng)化泡沫驅(qū)試驗(yàn)取得了較好的效果。

3 泡沫驅(qū)存在的問(wèn)題

目前泡沫驅(qū)油技術(shù)受到廣泛的關(guān)注，近幾年國(guó)內(nèi)多個(gè)油田及研究院所相繼開(kāi)展泡沫驅(qū)研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，從國(guó)家層面上，通過(guò)重大專項(xiàng)及863 課題進(jìn)行支持，對(duì)于泡沫驅(qū)在油田的應(yīng)用持肯定的態(tài)度，對(duì)于泡沫選擇性封堵及大幅度提高水驅(qū)后剩余油采收率形成了較為統(tǒng)一的觀點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也取得了較好的效果，普遍見(jiàn)到降低生產(chǎn)井含水、提高原油產(chǎn)量的效果，采收率也有較大幅度的提高。但從已經(jīng)報(bào)道取得較好現(xiàn)場(chǎng)效果的油田的后續(xù)推廣來(lái)看，都不盡人意，推廣的力度較小，還沒(méi)有形成規(guī)模性推廣，分析原因主要有以下幾點(diǎn)。

（1）泡沫驅(qū)的適用條件確定：目前尚未建立起泡沫驅(qū)的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。泡沫驅(qū)注入?yún)?shù)，例如：注入方式、注入速度、表面活性劑的濃度等重要的施工參數(shù)還未形成一套行之有效的標(biāo)準(zhǔn)，注入方式、注入段塞大小等參數(shù)還有進(jìn)一步研究的空間。

（2）目前相關(guān)的室內(nèi)及礦場(chǎng)試驗(yàn)報(bào)道，主要報(bào)道了泡沫驅(qū)有利的數(shù)據(jù)，對(duì)于泡沫驅(qū)存在的弱點(diǎn)及問(wèn)題，研究不多，甚至采取回避的方法，致使在實(shí)施過(guò)程中暴露出許多問(wèn)題，影響了泡沫驅(qū)的效果及推廣。

（3）雖然泡沫驅(qū)具有選擇性封堵，堵水不堵油的優(yōu)點(diǎn)，但是泡沫的穩(wěn)定性差、遇油消泡、有效期短、注氮成本高、注氮設(shè)備復(fù)雜、驅(qū)油效率低于聚合物、產(chǎn)出液乳化較為嚴(yán)重的特性沒(méi)有受到足夠的重視及研究出好的措施加以解決。

（4）設(shè)計(jì)的泡沫注入量偏小，注入方式?jīng)]有特色。泡沫調(diào)驅(qū)礦場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，考慮到投資和回收期的問(wèn)題，實(shí)際設(shè)計(jì)的泡沫注入量偏小，并且多數(shù)是按照聚合物驅(qū)及其他的方式設(shè)計(jì)，還沒(méi)有形成針對(duì)泡沫驅(qū)特點(diǎn)的注入段塞、注入方式設(shè)計(jì)，導(dǎo)致調(diào)驅(qū)效果不明顯、有效期短等問(wèn)題。

（5）泡沫的穩(wěn)定性：泡沫調(diào)驅(qū)礦場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中幾乎都存在氣竄的問(wèn)題，導(dǎo)致波及系數(shù)降低，驅(qū)替效率下降；泡沫體系一個(gè)很大的缺點(diǎn)即為穩(wěn)定性差，施工后有效期短。泡沫復(fù)合驅(qū)及強(qiáng)化泡沫驅(qū)在一定程度上解決了該問(wèn)題，但是聚合物以及堿的加入，雖然提高了泡沫的穩(wěn)定性及驅(qū)油效率，但并沒(méi)有從根本上解決泡沫的穩(wěn)定性問(wèn)題，并且聚合物的引入，使泡沫驅(qū)的使用范圍大大縮小，高溫高鹽油藏不能使用，并且氮?dú)饧翱諝庵械难鯇?duì)聚合物的性能具有致命性的破壞作用，配置水也有嚴(yán)格的限制；堿的引入同時(shí)引起設(shè)備腐蝕，井筒結(jié)垢及產(chǎn)出液嚴(yán)重乳化的后續(xù)問(wèn)題，因此，研究更穩(wěn)定的泡沫劑是泡沫驅(qū)研究的重要出路，目前還沒(méi)有突破性的進(jìn)展，還需要在化學(xué)劑的合成領(lǐng)域做更深入的研究。

（6）表面活性劑的吸附：泡沫驅(qū)的注入過(guò)程中，表面活性劑被大量吸附在巖石表面，降低了液相的表面活性劑濃度，嚴(yán)重影響了地層中泡沫的生成，增加了泡沫驅(qū)的作業(yè)成本，研制高性能、低吸附量的泡沫劑也是泡沫驅(qū)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)［9］。

（7）采出液的處理問(wèn)題：泡沫驅(qū)尤其是泡沫復(fù)合驅(qū)采出液的乳化問(wèn)題，是泡沫驅(qū)面臨的問(wèn)題之一。堿的加入及氣體的影響大大加重了產(chǎn)出液的乳化，致使油井產(chǎn)能大幅度下降，泵效降低。產(chǎn)出液乳化在大慶油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中造成不利影響，也是影響大慶油田泡沫復(fù)合驅(qū)推廣的關(guān)鍵因素之一，因此，要研究高效的產(chǎn)出液處理方法，同時(shí)在化學(xué)劑的選擇及配方設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮產(chǎn)出液乳化及處理問(wèn)題。

4 泡沫驅(qū)的發(fā)展方向

（1）將泡沫作為封堵調(diào)剖的手段間歇式注入，是一項(xiàng)有效并有前途的提高老油田采收率的手段。在水驅(qū)或聚合物驅(qū)的區(qū)塊，選擇注入壓力低，注入流體竄流較為嚴(yán)重，油藏儲(chǔ)量豐富，見(jiàn)效較差的井或小井組。采用車載式氮?dú)廛嚰芭菽瓌┤芤鹤⑷氡迷诰诨旌鲜阶⑷氲獨(dú)饧芭菽瓌┤芤?，連續(xù)注入10～30 d，恢復(fù)注水或注聚合物。間隔1～3 個(gè)月后，再次注入泡沫段塞，依次注入多個(gè)泡沫段塞。若小井組試驗(yàn)，可以采用氮?dú)廛囋诙嗫谒h(huán)注入的方式注入，提高水井注入壓力，增加波及面積。

優(yōu)點(diǎn)：間歇式注入投入少，在試驗(yàn)階段，氮?dú)廛嚳勺赓U，不需要建站及鋪設(shè)管線；可以大幅度降低注氮及注入泡沫劑的費(fèi)用，若試驗(yàn)成功采用空氣、煙道氣或生產(chǎn)井產(chǎn)出氣的回注，可以大幅度降低注氣成本；氣體不容易形成氣竄，注入的泡沫段塞可充分發(fā)揮作用；間歇式注入，整個(gè)注入周期可延長(zhǎng)，克服泡沫回注水后有效期短的缺點(diǎn)，后續(xù)段塞可以修補(bǔ)前面泡沫段塞被沖開(kāi)、調(diào)剖效果變差的問(wèn)題；泡沫段塞與水或聚合物段塞間隔開(kāi)，避免泡沫氣體中殘余的氧組分對(duì)聚合物黏度的破壞；單井或小井組試驗(yàn)，涉及面小，方案靈活，見(jiàn)效快，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)調(diào)整，若取得理想效果，可以進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模及推廣。并且一套設(shè)備可以服務(wù)多個(gè)井組。

（2）低張力泡沫體系的研制。殘余油的存在是影響泡沫在油藏條件下穩(wěn)定性的重要因素，通過(guò)增加驅(qū)油體系的洗油能力，降低殘余油飽和度是提高泡沫在油藏環(huán)境條件下穩(wěn)定性的重要措施，采用的方式主要有將泡沫段塞與具有良好降低油水界面張力、良好洗油及降低殘余油飽和度的段塞交替注入，洗油與調(diào)剖交替進(jìn)行，或者研制新型的泡沫穩(wěn)定性、耐油性強(qiáng)，同時(shí)具有良好泡沫性能及界面性能的泡沫劑及張力泡沫體系，這也是泡沫驅(qū)研究的重要方向，這項(xiàng)工作，通過(guò)國(guó)家863 及重大專項(xiàng)的支持，研究已經(jīng)取得重要進(jìn)展，室內(nèi)試驗(yàn)研究證明是可行的。

（3）將泡沫體系與其他提高采收率的體系復(fù)合使用也是泡沫驅(qū)研究的重要方向，將泡沫體系與注聚、注水、注二元及三元復(fù)合驅(qū)結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮泡沫的強(qiáng)調(diào)及選擇性封堵的作用，使注聚及復(fù)合驅(qū)充分發(fā)揮，形成新型的復(fù)合驅(qū)油方式也是提高老油田采收率的新的方法，能夠起到意想不到的效果，目前此類研究工作在一些油田及研究單位已經(jīng)開(kāi)展研究。

（4）空氣及煙道氣作為發(fā)泡氣體的泡沫驅(qū)油體系，注氣成本在泡沫驅(qū)總成本中占有相當(dāng)?shù)谋壤?，因此，空氣泡沫由于低的成本一直是科技工作者追求的目?biāo)，但空氣的不安全性及腐蝕性是制約其使用的關(guān)鍵因素［10-13］。近期的研究證明，在油藏的低溫氧化作用可大大降低空氣中的氧含量。但低溫氧化作用與地層溫度有關(guān)，當(dāng)?shù)貙訙囟鹊陀?0 ℃時(shí)，氧化作用減弱，不安全性增強(qiáng)。因此，空氣泡沫驅(qū)的使用范圍及作用機(jī)理需要進(jìn)一步研究，電廠煙道氣的應(yīng)用是一個(gè)重要的研究方向，不但可以降低成本，并且對(duì)于節(jié)能減排也有重要意義，此方面的研究已取得重要進(jìn)展，其性能與氮?dú)馀菽?qū)性能近似。

5 泡沫驅(qū)發(fā)展前景

雖然泡沫驅(qū)目前還存在著許多的問(wèn)題，并且現(xiàn)場(chǎng)的效果也沒(méi)有預(yù)期的好，但是泡沫驅(qū)具有選擇性封堵特性以及高封堵調(diào)剖作用和強(qiáng)洗油能力，目前還沒(méi)有其他流體同時(shí)具有這多方面的特性?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果證明，泡沫驅(qū)是可行的，并且取得了較好的效果，因此說(shuō)，泡沫驅(qū)是一種很有前途的三次采油新技術(shù)，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的深化研究和攻關(guān)，以及化學(xué)劑和注氣成本的降低，可以使之得以推廣和應(yīng)用。這種新技術(shù)將對(duì)中度稠油水驅(qū)開(kāi)發(fā)及高含水油田高效合理開(kāi)發(fā)具有重要意義。是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛，很有發(fā)展前途的方法，必將在油田的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮重要作用。

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