氣體泡沫驅(qū)油研究進(jìn)展

劉榮全，楊雙春，潘 一，張金輝，劉 爍

（遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

氣體泡沫驅(qū)油研究進(jìn)展

劉榮全，楊雙春，潘 一，張金輝，劉 爍

（遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

氣體泡沫驅(qū)油是在水驅(qū)油、化學(xué)驅(qū)油后再次進(jìn)行驅(qū)油的主要手段。主要介紹了近年來(lái)研究較多的氣體泡沫驅(qū)油的研究進(jìn)展，包括氮?dú)馀菽?qū)油、空氣泡沫驅(qū)油、二氧化碳泡沫驅(qū)油、甲烷泡沫驅(qū)油四種驅(qū)油方式，對(duì)上述四種方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)和比較，并對(duì)今后的研究方向提出建議。

泡沫驅(qū)油；氮?dú)?；空氣；二氧化碳；甲?/p>

《21世紀(jì)中國(guó)石油發(fā)展戰(zhàn)略:中國(guó)石油論壇報(bào)告文集（第一輯）》中指出：我國(guó)石油供需缺口逐年增大, 對(duì)外國(guó)油氣資源的依賴(lài)程度不斷增加，如何以較小的經(jīng)濟(jì)代價(jià)實(shí)現(xiàn)石油長(zhǎng)期的穩(wěn)定供應(yīng)以成為保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的主要問(wèn)題[1]。第八屆科博會(huì)中國(guó)能源戰(zhàn)略高層論壇中明確指出：建立穩(wěn)定的石油儲(chǔ)備和供應(yīng)體系,依靠科技創(chuàng)新提高石油利用效率,以滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展對(duì)石油的需求[2]。氣體泡沫驅(qū)油是利用空氣加起泡劑經(jīng)氣液接觸后產(chǎn)生泡沫的原理，借助泡沫可有效封堵大孔道，防止氣竄現(xiàn)象的發(fā)生，顯著提升波及效率從而促使原油產(chǎn)出[3]。它是一種在水驅(qū)油以及聚合物驅(qū)油后提升采收率的重要方式，在很多油田廣泛使用。本文介紹了氮?dú)馀菽?qū)油、空氣泡沫驅(qū)油、二氧化碳泡沫驅(qū)油、甲烷泡沫驅(qū)油近年來(lái)的發(fā)展?fàn)顩r，并對(duì)今后的發(fā)展方向提出建議。

1 泡沫驅(qū)油

氣體驅(qū)油法是在注水過(guò)程中按一定比例添加氣體和泡沫劑，利用水、氣體、泡沫劑之間產(chǎn)生的相互作用，促使采油率提高的方法。

1.1 氮?dú)馀菽?qū)油

由于氮?dú)饷芏缺瘸Ｒ?jiàn)的油藏注入氣體密度小，因此開(kāi)發(fā)中有很大的優(yōu)勢(shì)。鄭繼龍[4]等將氮?dú)庾鳛榻橘|(zhì)，以礦化度為9 907.98 mPa/L的模擬油田地層水，礦化度為6 656 mPa/L的注入水、濃度為99.9%的氮?dú)夂完庪x子表面活性劑為實(shí)驗(yàn)材料，通過(guò)模擬實(shí)際地層環(huán)境進(jìn)行了靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)、熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)、驅(qū)油性能實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，氮?dú)馀菽?qū)油具有半衰期長(zhǎng)、配伍性能良好等優(yōu)勢(shì)，體系穩(wěn)定性、吸附性能均適用于Z36-1油田，且地層吸附對(duì)泡沫體系吸附性能影響較小，耐油性能佳，采收率提高了21.1%。中油遼河油田公司[5]對(duì)注采比高、單井取液速度低的錦16油田進(jìn)行水驅(qū)轉(zhuǎn)氮?dú)馀菽?qū)油試驗(yàn)，對(duì)兩口注水井進(jìn)行配注，單井產(chǎn)液45 t，注采比1.05，氣液比1∶1，錦2-丙7-238注水125 m3，氮?dú)怏w積13 750 m3，藥劑量為2.5 t,錦2-8-08注水110 m3，氮?dú)怏w積12 210 m3，藥劑量2.3 t。日產(chǎn)油由轉(zhuǎn)驅(qū)前的27.1 t/d提升到轉(zhuǎn)驅(qū)后的45 t/d，采收率由轉(zhuǎn)驅(qū)前的45%提升到轉(zhuǎn)驅(qū)后的52%。陳平[6]等為解決海油開(kāi)發(fā)難度大的問(wèn)題，在高溫高壓可視砂管中以QHD32-6的地層水（礦化度4 500 mg/L）、注入水（礦化度2 497 mg/L）、陰離子起泡劑等材料做靜態(tài)實(shí)驗(yàn)及動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)中隨壓力增大，N2泡沫與原油形成的混合區(qū)域顏色變淺，即 N2泡沫在驅(qū)替完上層的原油且封堵上部滲流通道后，可有效的驅(qū)替下部的原油；動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中隨壓力升高后更多的N2溶于原油，使原油黏度大幅下降，原油采收率有明顯提高。

BZ25-1[7]油田埋藏深、溫度高、壓力大，宋志學(xué)等人為克服采油問(wèn)題，以BZ25-1油田地層水（礦化度為8 907 mg/L），注入水（礦化度為6 556 mg/L），BZ25-5油田原油（黏度為6 mPa·s）及陰離子型起泡劑為材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。配伍實(shí)驗(yàn)得出該氮?dú)馀菽?qū)油體系有良好的配伍性。在靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中起泡體積和穩(wěn)泡時(shí)間僅有略微減少，即底層吸附對(duì)該氮?dú)馀菽?qū)油體系影響很小。在該氮?dú)馀菽?qū)油效果實(shí)驗(yàn)中，水驅(qū)后轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)采收率由43.6%提升到58.1%。

趙金省[8]等采用并聯(lián)巖心模擬不同滲透率級(jí)差和驅(qū)替歷史的非均質(zhì)儲(chǔ)層泡沫流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，分析滲透率級(jí)差與余油分布對(duì)泡沫流動(dòng)影響，進(jìn)行氮?dú)怛?qū)油特性及效果實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)用油在45 ℃時(shí)密度為0.865 cm3，黏度為10 mPa·s，3種不同礦化度的合成鹽水（濃度分別為6 778，3 700，918 mg/L），發(fā)泡劑主要成分為部分水解聚丙烯酰胺。實(shí)驗(yàn)中在滲透率級(jí)差從 5.3增加至 20時(shí)，氮?dú)馀菽?qū)采收率提高5.2%～12.9%。呂廣忠[9]等進(jìn)行氮?dú)馀菽瓱崴?qū)油室內(nèi)研究，進(jìn)行了高溫一維模型驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)以及雙管模型提高采收率實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)結(jié)果分析，得出了隨著含油飽和度的下降，泡沫逐漸增多，提升采油率效果逐漸明顯，且在改善波及效率及提升出油率的同時(shí)，還能增加出油速度。Kuiqian Ma[10]針對(duì)滲透率高、非均質(zhì)性嚴(yán)重的 SZ油田進(jìn)行研究，由于注水過(guò)程中油水粘度比大，含水率高，進(jìn)行氮?dú)馀菽?qū)油可行性實(shí)驗(yàn)。注入氣液比為1∶1～3∶1，濃度為 3 000～5 000 mg/L的發(fā)泡劑，穩(wěn)泡劑濃度為700～1 000 mg/L，以混合注入的方法注入，2011年生產(chǎn)結(jié)果顯示，含水率下降到3.2%～14.5%，石油產(chǎn)量增加30 283 m3，產(chǎn)量飛升0.5%，表明氮?dú)馀菽?qū)油在海上稠油油藏應(yīng)用前景良好。

1.2 空氣泡沫驅(qū)油

空氣中的氧氣與原油會(huì)發(fā)生低溫氧化反應(yīng),消耗掉氧氣形成氮?dú)怛?qū)，同時(shí)產(chǎn)生大量熱量和 CO2?？諝馀菽?qū)油已引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。杜朝鋒等[11]針對(duì)長(zhǎng)慶油田低滲度的地層狀況進(jìn)行室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，用模擬油、模擬地層水和空氣為原料，濃度為0.5%的陰離子發(fā)泡劑，結(jié)果表明，低滲巖心驅(qū)油效率由18.93%提升到41.79%,高滲巖心由38.59%提升到57.34%，與單獨(dú)水驅(qū)相比驅(qū)油率提升 21.0%至27.85%。中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司[12]進(jìn)行試驗(yàn)，利用空氣泡沫驅(qū)油提升ZJ-53油區(qū)的采油率，該油區(qū)滲透性低且孔隙多，地層水(礦化度28.60 g/L)為CaCl2型。先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)注入發(fā)泡劑28 863 m3，空氣28 903 m3，壓力保持水平由96.8%提升到115.7%，吸水量由8.9 m3提升到16.3 m3，水層厚度由7.6 m提升到14.7 m，日產(chǎn)油由見(jiàn)效前的47.3 t提升到62.1 t。陳振亞[13]等針對(duì)明15塊油田進(jìn)行室內(nèi)空氣泡沫驅(qū)低溫氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型及影響因素分析，進(jìn)行低溫氧化特征反應(yīng)時(shí)，溫度升高，氧化速率增大，100 ℃到 110 ℃尤其明顯。在地層原油黏度為 2.2 mPa·s時(shí)采收率提升35.2%，粘度為21.5 mPa·s時(shí)采收率提升24.5%，原油黏度為50.8%時(shí)，采收率提升14.8%。其中正韻油提升效果最明顯，均值油提升效果最差。實(shí)驗(yàn)表明，水驅(qū)后進(jìn)行空氣泡沫驅(qū)可提升采收率10%～25%。許金良[14]等針對(duì)具有三低特性的甘谷驛油田采油開(kāi)發(fā)難的問(wèn)題進(jìn)行空氣泡沫驅(qū)油室內(nèi)評(píng)價(jià)。巖心驅(qū)油對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，巖心水驅(qū)油后進(jìn)行空氣泡沫驅(qū)油，原油采收率提高21.17%～31.10%。直接空氣泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中，原油采收率高達(dá)87.50%～88.04%。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)完成后進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)油試驗(yàn)，以唐-80井區(qū)（共計(jì)8口井）為實(shí)驗(yàn)井進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。叢 54-8井含水量由 50%降到10%，采收率提升幅度為115%。叢54-6井含水量由65%下降到1.65%，原油采收率也有提升。唐80試驗(yàn)井區(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中含水量下降最大幅度為52%，單井采油最大增幅為1.15倍。張永剛[15]等人為解決超低滲裂縫性油藏的紅河油田嚴(yán)重水淹問(wèn)題，進(jìn)行了空氣泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，以CaC12水型地層水(Ca的質(zhì)量濃度為5 486 mg/L)、礦化度為75 406 mg/L的原油為實(shí)驗(yàn)材料，進(jìn)行原油低溫靜態(tài)氧化實(shí)驗(yàn)、泡沫封堵性能實(shí)驗(yàn)以及泡沫輔助空氣驅(qū)提高采收性能研究。結(jié)果表明空氣泡沫具有較佳的封堵能力，且采收率較水驅(qū)提升 17%以上。陳弓啟[16]等針對(duì)具有超低滲特性的油藏進(jìn)行空氣泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，以五里灣長(zhǎng)6部分井為試驗(yàn)井組，平均油層厚度為15.7 m，孔隙度為11.62%，滲透率3.12×10-3μm2，含油飽和度 53.6%，地層水水型為CaCl2型，礦化度為78.43 g/L，注入氣液比由1∶1逐步增加至 2∶1。結(jié)果表明，空氣泡沫能有效提升剩余油的開(kāi)采效果，可使采收率增加至4.2%。

1.3 二氧化碳泡沫驅(qū)油

二氧化碳非混相驅(qū)油極易發(fā)生氣竄，劉向斌[17]為有效控制氣竄的發(fā)生，進(jìn)行二氧化碳泡沫驅(qū)油研究。以宋芳屯油田芳48斷塊進(jìn)行二氧化碳泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，累積注入二氧化碳268.8 t，二氧化碳注入壓力由初始的10.0 MPa提升至14.5 MPa。措施實(shí)施后，泡沫波及面積增大，達(dá)到了封堵氣竄通道的目的，18個(gè)月累積增產(chǎn)油467 t。Mo Di[18]等對(duì)二氧化碳泡沫驅(qū)油進(jìn)行研究，在室內(nèi)試驗(yàn)中，利用納米二氧化碳對(duì)剩余油進(jìn)行驅(qū)替。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，納米二氧化碳泡沫具有良好的提升采收率效果，可使采收率提升35.8%～48.7%,巫光勝[19]等針對(duì)水驅(qū)僅能采出地質(zhì)儲(chǔ)存量的40%的現(xiàn)況，進(jìn)行自生CO2泡沫驅(qū)油探索，以總礦化度為5 400 mg/L的地層水，體系注入量為0.5 PV的黃原膠（1 500×10-6），0.5 PV的自生泡沫復(fù)合體系（0.15%黃原膠、+0.15ASBG+3%的生氣劑）等材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在界面張力降低為 10-2mN/m數(shù)量級(jí)的條件下，濃度為3%與5%的自生CO2泡沫驅(qū)油采收率較單獨(dú)采用黃原膠體系采油率提高6.2%與8%，濃度越大，提升采收率越多。

1.4 甲烷泡沫驅(qū)油

潘廣明[20]等模擬冀東油田油藏油水條件，分別用CEA/FSA1與CEA/DHF-1為泡沫劑，CH4為發(fā)泡氣體，分別進(jìn)行了單管封堵實(shí)驗(yàn)，雙管驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明泡沫封堵性能良好，泡沫阻力因子為127，強(qiáng)化后泡沫的阻力因子為438，遠(yuǎn)大于單一泡沫，高低滲水管水驅(qū)采出程度分別為54.6%、4.1%，CH4泡沫驅(qū)后高低滲模型采出程度分別為 73.4%、31.1%,分別提高18.8%，27.0%。Wu Wenxiang[21]利用ASPF體系進(jìn)行天然氣泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，采油率隨著界面張力（IFT）降低而提高，ASPF體系天然氣泡沫驅(qū)油不僅擴(kuò)大了波及效率，而且也是采油率大幅提升30%。氣體泡沫驅(qū)油體積波及效率通常較差，為提升體積波及效率，Rasak Mayowa Sunmonu[22]進(jìn)行了天然氣泡沫驅(qū)油研究，以提升尼日利亞石油產(chǎn)量,以靜態(tài)模型為主體，以砂油油藏特有的填充物進(jìn)行填充進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中氣體注射采收率提升了35%，泡沫注射采收率提升了54%。

2 結(jié)束語(yǔ)

氣體泡沫驅(qū)油是二次采油以及三次采油的重要方式，本文對(duì)近年來(lái)氣體驅(qū)油的發(fā)展概況進(jìn)行了綜述，氮?dú)馀菽?qū)氣源廣，價(jià)格低，腐蝕輕等特點(diǎn)，大慶油田、勝利油田、新疆等諸多油田廣泛應(yīng)用；空氣泡沫驅(qū)成本低，安全性能好，增油效果顯著，百色油田、中原油田等已有應(yīng)用；CO2泡沫驅(qū)是公認(rèn)國(guó)內(nèi)發(fā)展最快提高采收率的技術(shù)，但是因國(guó)內(nèi)CO2氣體稀缺等問(wèn)題，目前各個(gè)油田應(yīng)用較少；天然氣泡沫驅(qū)可以提高波及系數(shù)及洗油效率的目的，但由于天然氣價(jià)格較昂貴，利用的油田較少[23]。筆者認(rèn)為，目前我國(guó)氣體泡沫驅(qū)油技術(shù)有待提高，與國(guó)際領(lǐng)先水平有一定差距，可針對(duì)中國(guó)大部分油田的特點(diǎn)，以及氣體來(lái)源的容易與否進(jìn)行理性分析，綜合考慮，從而確立主要的研究發(fā)展方向，早日在氣體泡沫驅(qū)油高端技術(shù)上與國(guó)際接軌。

［1］21世紀(jì)中國(guó)石油戰(zhàn)略高級(jí)研討會(huì)標(biāo)委會(huì),21世紀(jì)中國(guó)石油發(fā)展戰(zhàn)略[EB/OL].[2015年-10月-16日]. http://baike. sogou. com/v82561802. htm.

［2］中國(guó)網(wǎng)，我國(guó)石油發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)2020年石油供應(yīng)翻一番[EB/OL]. [2015年-10月-16日]. http://www.china.com.cn/chinese/2005/May/ 871628. htm.

［3］李楠,田敏.淺談中高滲油藏空氣泡沫驅(qū)油機(jī)理[J].科技創(chuàng)新月刊，2010(8):185-186.

［4］鄭繼龍,宋志學(xué),陳平,等.SZ36-1油田氮?dú)馀菽?qū)油體系的篩選與性能評(píng)價(jià)[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展,2013,14(4):34-37.

［5］趙娣.氮?dú)馀菽?qū)技術(shù)在錦 16興的研究與應(yīng)用[J].內(nèi)江科技,2013,34(8):46.

［6］陳平,宋志學(xué),鄭繼龍，等.QHD32-6油田N2泡沫驅(qū)高溫高壓可視化實(shí)驗(yàn)研究[J].應(yīng)用科技,2013,40(3):75-78.

［7］宋志學(xué),陳平,鄭繼龍，等.QW-2型氮?dú)馀菽?qū)起泡劑的研究及其性能評(píng)價(jià)[J].應(yīng)用科技,2013,40(5):75-77.

［8］趙金省,李天太,張明，等.聚合物驅(qū)后氮?dú)馀菽?qū)油特性及效果[J].深圳大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版),2010,27(3):361-366.

［9］呂廣忠,陸先亮，陳輝.氮?dú)馀菽瓱崴?qū)油機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究[J].西安石油學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003(4):49-52.

［10］Kuiqian Ma,Xiaofei Jia,Jing Yang,et al.Nitrogen Foam Flooding Text for controlling Water Cut and Enhance Oil Recovery in conventionai Oil Reservoirs of China Offshore Oilfield[C].SPE165808,2013.

［11］杜朝鋒,武平倉(cāng),劉蕾,等.長(zhǎng)慶油田特低滲油藏空氣泡沫驅(qū)室內(nèi)評(píng)價(jià)[J].工藝技術(shù)與試驗(yàn),2011(3):128-129,139.

［12］龐歲社,李花花,段文標(biāo)，等.靖安低滲透裂縫性油藏泡沫輔助空氣驅(qū)油試驗(yàn)效果分析[J].復(fù)雜油氣藏,2012,5(3):60-63.

［13］陳振亞, 于洪敏, 張帆，等. 明15塊空氣泡沫驅(qū)低溫氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型及影響因素分析[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程, 2012, 12(18): 4363- 4368.

［14］許金良, 鄧強(qiáng), 徐敬芳，等. 甘谷驛采油廠(chǎng)唐80井區(qū)空氣泡沫驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)研究 [J]. 石油化工應(yīng)用, 2013, 32(7): 30-33.

［15］張永剛, 羅懿, 劉岳龍，等. 超低滲裂縫性油藏泡沫輔助空氣驅(qū)油實(shí)驗(yàn)[J]. 大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā), 2014, 33(1): 135-140.

［16］陳弓啟,王曉輝,莫磊，等.空氣泡沫驅(qū)采油技術(shù)在特低滲透油藏的應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用,2003,32(8):22-26.

［17］劉向斌.控制二氧化碳?xì)飧Z泡沫配方體系的研制與應(yīng)用[J].油田地質(zhì)與采收率,2011,18(5):51-53.

［18］Mo Di，Yu Jianjia, Liu Ning, et al. The application of nanoparticlestabilized CO2foam for oril cecovery[C]. SPE164074,2013.

［19］巫光勝. 自生CO2泡沫驅(qū)油室內(nèi)研究[J]. 中外企業(yè)家, 2011(4): 86 -88.

［20］潘廣明,侯建,鄭家朋.冀東油田高淺北油藏天然氣泡沫驅(qū)泡沫體系優(yōu)選[J].油田化學(xué),2013,30(1)：37-42.

［21］Wu Wenxiang,Pan Jianhua,Guo Mingri.Mechanisms of oil displacement by ASP-foam and its influencing factors[C].Petroleum Science,2010(1): 100-105.

［22］Rasak Mayowa Sunmonu,Mike Onyekonwu.Enhanced Oil Recovery using Foam Injection; a Mechanistic Approach[C].SPE167589,2013.

［23］曲晗.氮?dú)馀菽?qū)機(jī)理研究及實(shí)驗(yàn)[D].大慶:東北石油大學(xué),2010.

Research Progress of Gas Foam Displacement Technology

LIU Rong-quan，YANG Shuang-chun，PAN Yi，ZHANG Jin-hui，LIU Shuo
（Liaoning Shihua Chemical University, Liaoning Fushun 113001, China）

The gas foam flooding is the main method after water flooding and chemical flooding. In this paper, development of the gas foam flooding technology in recent years was introduced, including evaluation and comparison of nitrogen foam flooding, air foam flooding, carbon dioxide foam flooding and methane foam flooding. The future research direction was proposed.

Foam displacement of reservoir oil; Nitrogen; Oxygen; Carbon dioxide; Natural gas

TE 357.9

A

1671-0460（2016）03-0627-03

遼寧省高等學(xué)校杰出青年學(xué)者成長(zhǎng)計(jì)劃：項(xiàng)目號(hào)LJQ2015063；遼寧省2015年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（省甲類(lèi)）:層層計(jì)較有限責(zé)任公司，項(xiàng)目號(hào)201510148036。

2015-10-17

劉榮全（1996-），男，黑龍江佳木斯人，研究方向：石油工程。E-mail：panhongxiang@126.com。

張金輝（1963-），男，遼寧撫順人，教授，研究方向：石油及化工產(chǎn)品的應(yīng)用研究。E-mail：yangchun_bj@126.com。