凍膠泡沫體系調剖規(guī)律實驗研究

劉 巍，李松巖，張 東，李兆敏，李賓飛，林珊珊

(1.中國石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東 東營 257000; 2.中國石油大學(華東)石油工程學院，山東 青島 266580; 3.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452; 4.中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津 300450)

隨著油田開發(fā)的深入，許多注水開發(fā)油田進入了中高含水開發(fā)階段[1]，開發(fā)過程中面臨的主要問題：一是儲層縱向矛盾導致注入水不平衡推進[2-4]，含水上升速度快；二是縱向上單層突進；三是同一防砂段內注入水沿優(yōu)勢通道突進[5]。目前油田層間非均質性嚴重，導致注入水單層突進，含水上升速度快[6]。利用泡沫具有“堵高不堵低，堵水不堵油”的選擇性封堵特性，可以有效改善注入水不平衡推進。但是普通泡沫的穩(wěn)定性差，注入過程中易發(fā)生氣竄，導致普通泡沫調剖堵水封堵強度有限，封堵有效期較短[7-8]。凍膠泡沫體系是針對普通泡沫體系調剖封堵能力弱有效期短的缺點，而提出的一種調剖堵水的方法[9]。凍膠泡沫是由聚合物溶液通過交聯(lián)所構成的一種復合體系，該溶液添加有表面活性劑，通入氣體后能使該溶液發(fā)泡形成泡沫，該泡沫體系成凍后，能有效封堵高滲透層[10]，且體系中的表面活性劑能降低油水界面張力，提高驅油效率凍膠泡沫體系調剖堵水技術可以改善波及效率，也可以提高調剖堵水的封堵強度及有效期，是一種極具潛力的油田調剖堵水的新方法[11]。

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

100DX雙柱塞計量泵，美國A Teledyne Technologies Company；EV2000-4T1600G壓力變送器，美國EMERSON公司。

起泡劑DY-1(烷基聚氧乙烯醚硫酸鈉)，分析純；聚合物AP-P4，水解度25.3%，相對分子質量107，四川光亞科技股份有限公司；交聯(lián)劑YG107(乳酸鉻)，自制；氮氣(純度為99%)；地層水。

1.2 實驗方法

實驗裝置流程圖如圖1所示。

圖1 實驗裝置流程

根據(jù)實驗擬定滲透率條件，填制填砂管模型2個；將填砂巖心管分別抽真空4 h后，飽和地層水，計算孔隙度；水測滲透率；用地層水驅替巖心，流量設定為2 mL/min；地層水驅替并聯(lián)巖心穩(wěn)定后，注入起泡劑段塞0.2 PV；以2 mL/min的速率注入凍膠泡沫體系，該體系配方為AP-P4(0.3%)+YG107(0.3%)+DY-1(0.6%)，氣液比1∶1，在調剖能力對比實驗中，相同的滲透率級差條件下分別注入3種體系；將并聯(lián)巖心在70 ℃條件下候凝，成凍后以2 mL/min的速率進行后續(xù)水驅，實驗過程中記錄各階段巖心管兩端壓力變化及分流量變化情況[12-13]。

2 結果與討論

2.1 滲透率級差對凍膠泡沫體系調剖能力的影響

儲層層間非均質性差異是影響非均質油藏調剖堵水的重要因素，實驗評價了不同滲透率級差下凍膠泡沫體系的調剖能力，以確定合理的層系內滲透率級差。滲透率級差為7時，高低滲巖心分流量、壓差變化實驗結果如圖2所示。

圖2 滲透級差為7.00時的凍膠泡沫體系調剖能力

實驗考察不同滲透率級差對凍膠泡沫體系調剖能力的影響，結果如表1所示。

表1 滲透率級差對調剖效果的影響規(guī)律

注：分流量比值為后續(xù)水驅4 PV高低滲巖心累積分流量比值。

從表1可以看出：隨著滲透率級差的增加凍膠泡沫的調剖效果先增加后減小，當極差為7時調剖效果最好。其原因是：對于凍膠泡沫體系，滲透率級差較小時，會導致較多的凍膠泡沫體系進入低滲巖心，成凍后凍膠泡沫會增加后續(xù)水驅過程中低滲巖心的滲流阻力，導致非均質巖心的調剖效果變差；滲透率級差較高時，注入高滲巖心的凍膠泡沫容易發(fā)生氣竄，導致非均質巖心調剖效果變差。從表1還可以看出：滲透率級差為14.86時，累積分流量比值仍能達到2.70，說明凍膠泡沫體系對非均質性嚴重的地層仍然具有較好的調剖效果。

2.2 注入方式對凍膠泡沫體系調剖能力的影響

根據(jù)現(xiàn)場地面起泡、地下起泡、段塞注入等方式，實驗擬定的3種方式分別為氣液經過泡沫發(fā)生器后注入、氣液不經過泡沫發(fā)生器注入、氣液段塞式注入，其中段塞注入組合方式為0.25 PV液+0.25 PV氣+0.25 PV液+0.25 PV氣。其中，氣液經過泡沫發(fā)生器注入方式下高低滲巖心分流量、壓差變化實驗結果如圖3所示。從3種注入方式的實驗結果中可以得到不同注入方式對凍膠泡沫體系調剖能力的影響規(guī)律，其他注入方式的最終結果如表2所示。

圖3 凍膠泡沫體系調剖能力

注入方式高低滲巖心分流量比值最高壓力梯度/(MPa·m-1)氣液經過泡沫發(fā)生器后注入0.496.63氣液不經過泡沫發(fā)生器注入1.134.62氣液段塞式注入1.822.27

從表2可以看出：不同注入方式中氣液經過泡沫發(fā)生器后注入調剖效果最佳，后續(xù)水驅最高壓力梯度最大，說明氣液經過泡沫發(fā)生器后注入為最佳注入方式。這主要是后兩種驅替方式氣體與液體不能夠充分接觸形成穩(wěn)定的泡沫，多孔介質中的泡沫主要是通過液膜滯后、液膜分斷和氣泡縮頸分離等產生和運移的。這種機理的前提條件是需要氣體和液體不斷相互作用，但是由于后兩種方式氣體與液體不能夠充分混合，且氣體與液體的密度、黏度等性質存在較大差別，導致多孔介質中氣體與液體存在不同的流動通道，很難產生高質量的泡沫，因此，氣液經過泡沫發(fā)生器形成穩(wěn)定泡沫后，注入非均質巖心中才能達到最佳的調剖效果。

2.3 段塞大小對凍膠泡沫體系調剖能力的影響

實驗擬定不同注入段塞大小，從而優(yōu)選出近井地帶堵水時合適的段塞大小，其中實驗巖心的孔隙體積代表近井地帶需要堵水的孔隙體積。實驗評價了段塞體積分別為0.5， 1.0，2.0 PV條件下凍膠泡沫體系的調剖能力，其中段塞體積為0.5 PV時的高低滲巖心分流量、壓差變化實驗結果如圖4所示。段塞體積對調剖效果的影響結果如表3所示。

圖4 注入段塞為0.5 PV時的凍膠泡沫體系調剖能力

泡沫段塞體積/PV高低滲巖心分流量比值最高壓力梯度/(MPa·m-1)0.51.195.831.00.496.632.01.166.37

從表3可以看出：不同段塞大小條件下注入段塞1 PV非均質巖心調剖效果最佳，高低滲巖心能夠達到吸液剖面反轉。凍膠泡沫注入段塞較小時，高滲巖心凍膠泡沫注入量少，封堵效果有限，影響后續(xù)水驅調剖效果；膠泡沫注入段塞較大時，較多的凍膠泡沫在高滲巖心中形成較強的封堵，使得一部分凍膠泡沫進入低滲巖心，成凍后低滲巖心中的凍膠泡沫額外增加了低滲巖心中的滲流阻力，從而降低了后續(xù)水驅調剖效果。因此凍膠泡沫注入段塞1 PV最佳。

2.4 不同調驅方式調剖能力對比

實驗對比分析了水基泡沫調驅(0.6%發(fā)泡劑DY-1+N2，氣液比1∶1)、強化泡沫調驅(0.6%起泡劑DY-1+N2+0.30%AP-P4，氣液比1∶1)、凍膠調驅(0.30%AP-P4+0.30%YG107)、凍膠泡沫調驅(0.60%起泡劑DY-1+N2+0.30%AP-P4+0.30%YG107，氣液比1∶1) 4種不同的調驅方式的調剖能力，前4種調驅方式的高低滲巖心分流量、壓差變化實驗結果如圖5～圖7所示。

圖5 水基泡沫體系調剖性能隨注入量變化曲線

圖6 強化泡沫體系調剖性能隨注入量變化曲線

圖7 凍膠體系調剖性能隨注入量變化曲線

從4種調驅方式的實驗結果中對比分析不同調驅方式的調剖能力，結果如表4所示。

表4 不同驅替方式對調剖效果的影響規(guī)律

從表4可以看出:凍膠泡沫調驅后續(xù)水驅高低滲巖心分流量比值最低，高低滲巖心發(fā)生吸液剖面反轉，后續(xù)水驅最高壓力梯度值最大，說明強凍膠泡沫體系調驅方式最佳，具有一定的耐沖刷性能。強凍膠泡沫調驅結合了凍膠穩(wěn)定時間長及泡沫選擇性調驅的特點，因此后續(xù)水驅調剖效果最好。凍膠調驅不具有泡沫的選擇性調驅的特點[14]，而強化泡沫調驅和水基泡沫調驅封堵能力弱，耐沖刷性能較低，調剖效果及耐沖刷性能不如強凍膠泡沫調驅方式。

3 結 論

a.隨著滲透率級差的增加凍膠泡沫的調剖效果先增加后減小，當級差為7時調剖效果最好。

b.實驗比較了氣液經過泡沫發(fā)生器后注入、氣液不經過泡沫發(fā)生器注入、氣液段塞式注入3種注入方式的調剖效果，結果表明：氣液經過泡沫發(fā)生器形成穩(wěn)定泡沫后注入非均質巖心中，調剖效果最佳。

c.不同段塞大小條件下注入段塞1 PV非均質巖心調剖效果最佳，注入段塞過大或過小都會降低凍膠泡沫體系的調剖效果。

d.在水基泡沫調驅、凍膠泡沫調驅、強化泡沫調驅、凍膠調驅4種調驅方式中，凍膠泡沫調驅后續(xù)水驅高低滲巖心分流量比值最低，高低滲巖心發(fā)生吸液剖面反轉，后續(xù)水驅最高壓力梯度值最大，說明強凍膠泡沫體系調驅方式最佳。

參 考 文 獻

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