泡沫驅(qū)油技術(shù)室內(nèi)實驗及參數(shù)優(yōu)化研究

昌潤珍，佘文昌，楊力生，張麗慶（中石化 河南油田勘探開發(fā)研究院，河南 南陽 473132）

泡沫驅(qū)油技術(shù)室內(nèi)實驗及參數(shù)優(yōu)化研究

昌潤珍，佘文昌，楊力生，張麗慶
（中石化 河南油田勘探開發(fā)研究院，河南 南陽 473132）

本研究針對河南油田雙河北塊IV1-3層系開展泡沫驅(qū)油技術(shù)室內(nèi)實驗及參數(shù)優(yōu)化研究。通過泡沫劑性能評價，篩選出性能較好的泡沫劑ZK-1，發(fā)泡體積251mL，泡沫消泡半衰期41min，界面張力5.7×10-3mN·m。確定了最佳泡沫劑濃度0.4%，最佳氣液比1∶1，注入速度0.5mL·min-1，注入段塞尺寸等關(guān)鍵參數(shù)。在六倍滲透率級差的非均質(zhì)物理模擬巖心驅(qū)油實驗中，聚合物驅(qū)后再進(jìn)行泡沫驅(qū)油可進(jìn)一步提高采收率8.5%。優(yōu)良的泡沫劑能有效降低油水界面張力，大幅度提高洗油效率。

泡沫驅(qū)；發(fā)泡體積；半衰期；界面張力；采收率

雙河油田Ⅳ1-3層系含油面積8.82km2，地質(zhì)儲量1127.45×104t，油層溫度79.6℃，地層水為NaHCO3型，總礦化度7530mg·L-1，平均滲透率0.63μm2，變異系數(shù)0.72～0.86，突進(jìn)系數(shù)5.23～12.59，級差3～285，大部分在100以上，屬砂礫巖正韻律油藏，是河南油田Ⅱ類儲量聚合物驅(qū)工業(yè)化應(yīng)用最大的單元。2013年10月該區(qū)塊結(jié)束聚合物驅(qū)轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)階段。研究表明，仍有近一半以上的原油未被采出[1]，急需攻關(guān)聚合物驅(qū)后油藏進(jìn)一步提高采收率新技術(shù)，實現(xiàn)化學(xué)驅(qū)儲量的有序接替。

低張力泡沫驅(qū)技術(shù)能夠滿足聚合物驅(qū)后油藏大幅度提高采收率的需要。泡沫驅(qū)技術(shù)與聚合物驅(qū)油技術(shù)相比能夠進(jìn)一步改善流度比，增大高滲層流動阻力，發(fā)揮低滲層作用，泡沫劑作為優(yōu)良的活性劑，能降低油水界面張力，提高洗油效率[2]。

1　泡沫劑的篩選評價

泡沫劑性能一般從溶液的起泡能力、泡沫的穩(wěn)定性、泡沫大小分布、攜液量等方面進(jìn)行研究，其中最重要的兩項指標(biāo)是溶液的起泡能力（即發(fā)泡體積）和泡沫的穩(wěn)定性（即消泡半衰期）被稱為泡沫綜合指數(shù)。泡沫綜合指數(shù)越大，表示泡沫性能越好；反之泡沫綜合指數(shù)越小，泡沫性能越差[3，4]。

1.1泡沫劑基本性能評價

實驗采用泡沫掃描儀在溫度80℃，泡沫劑質(zhì)量濃度0.4%時，對8種泡沫劑性能進(jìn)行評價。表1評價結(jié)果表明，HN-F1、HN-F2、HN-F4發(fā)泡體積均小于220mL，半衰期低于30min，說明起泡性能和泡沫穩(wěn)定性較弱；HN-F8、HN-F10、HN-F12雖然發(fā)泡體積接近250mL，但半衰期都低于30 min，表明泡沫穩(wěn)定性較差。泡沫劑HN-F7發(fā)泡體積245mL，消泡半衰期42min；ZK-1發(fā)泡體積251mL，消泡半衰期41min，表現(xiàn)出較好的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性，因此，針對泡沫劑HN-F、ZK-1進(jìn)行性能比對。

表1　泡沫劑起泡體積和半衰期評價Tab.1　Foaming volume and half-life period of foam agent

1.2泡沫劑性能比對

實驗針對泡沫性能較好的HN-F7、ZK-1進(jìn)行影響因素考察。結(jié)果見表2。

表2　HN-F7與ZK-1的性能比對Tab.2　Performance comparison between ZK-1 and HN-F7

表2評價結(jié)果表明，兩種泡沫劑抗鹽、抗鈣鎂、長期熱穩(wěn)定性、耐壓及抗吸附性能基本一致；ZK-1界面張力5×10-3mN·m-1，達(dá)到10-3超低數(shù)量級，明顯優(yōu)于HN-F7；具有更強(qiáng)的洗油、改變巖石表面潤濕性及乳化原油能力，能起到提高油藏整體驅(qū)油效率的作用。因此選擇ZK-1開展下一步參數(shù)優(yōu)化實驗。

1.3最佳泡沫劑質(zhì)量濃度確定

實驗通過考察泡沫劑ZK-1不同濃度發(fā)泡體積和消泡半衰期的變化，確定泡沫劑最佳質(zhì)量濃度。結(jié)果見表3。

表3評價結(jié)果表明，泡沫劑質(zhì)量濃度從0.05%增加到0.4%時，泡沫綜合指數(shù)逐漸增加，繼續(xù)增加泡沫劑濃度至1.0%時，泡沫綜合指數(shù)出現(xiàn)不同程度的降低。在泡沫劑濃度0.4%時，發(fā)泡體積251mL，消泡半衰期41min，泡沫綜合指數(shù)達(dá)到臨界值。這種現(xiàn)象主要是由于泡沫劑濃度較低時，無法提供充足的表面活性物質(zhì)來形成穩(wěn)定的泡沫，因而泡沫體積量受到限制；隨著濃度的增加，相應(yīng)泡沫體積隨之增加，泡沫穩(wěn)定性變好，同時攜液量增加，因此，泡沫綜合指數(shù)逐漸增加；當(dāng)泡沫劑濃度過高時，使得表面活性物質(zhì)達(dá)到飽和后，泡沫攜液量過大，排液速度加快，多余的表活劑只能進(jìn)入液膜中，由于進(jìn)入液膜的表活劑會影響泡沫穩(wěn)定性，產(chǎn)生的泡沫有一部分迅速破裂，泡沫質(zhì)量和泡沫半衰期均降低，導(dǎo)致泡沫綜合指數(shù)較低，泡沫劑性能減弱。因此泡沫劑ZK-1優(yōu)化質(zhì)量濃度為0.4%。

表3　ZK-1不同質(zhì)量濃度對泡沫性能影響Tab.3　Effect of ZK-1 mass concentration on the properties of foam

1.4最佳氣液比的確定

國內(nèi)外礦場試驗證明，泡沫作為一種特殊的流體，在多孔介質(zhì)中流動受多種因素影響，并不是以連續(xù)相遷移，滲流時泡沫不斷破滅與再生，泡沫的兩相以不同的速率在孔隙介質(zhì)中移動。同時N2注入量直接影響泡沫驅(qū)油效果，注入量不足，會造成氣泡的密度低，大小分布不均勻，泡沫穩(wěn)定性差等問題，合適的氣液比是保持泡沫穩(wěn)定流動的關(guān)鍵。實驗采用阻力因子隨氣液比變化的方法，優(yōu)化合理的氣液比。滲透率選取0.63μm2左右的人造膠結(jié)巖心（2.5×8.0cm），溫度80℃，回壓6MPa，注入速度0.5mL·min-1，泡沫劑ZK-1濃度0.4%。

表4　阻力因子隨氣液比的變化Tab.4　Variation of drag factor with gas/liquid ratio

從表4結(jié)果可以看出，氣液比在1∶1時，可達(dá)到最大阻力因子174。氣液比過大或過小都不利于泡沫最大量地穩(wěn)定產(chǎn)生。氣液比過小，產(chǎn)生的泡沫不夠充足，流動阻力增加不夠大，泡沫性能發(fā)揮受限；氣液比過大，產(chǎn)生的泡沫氣泡過大，流動阻力太強(qiáng)，甚至不能起泡，直接出現(xiàn)接近連續(xù)的氣體驅(qū)替現(xiàn)象。因此合理氣液比選擇1∶1。

1.5最佳注入速度確定

實驗考察泡沫劑ZK-1不同注入速度隨驅(qū)油效率的變化情況。由于雙河IV1-3層系經(jīng)聚合物驅(qū)后進(jìn)入后續(xù)水驅(qū)，為模擬油藏條件，先進(jìn)行0.5PV，濃度1800mg·L-1，粘度68.3mPa·s的聚合物驅(qū)油，再注入0.5PV，濃度0.4%的泡沫劑ZK-1。選用滲透率0.63μm2左右的人造膠結(jié)巖心（2.5×8.0cm），溫度80℃。

表5　不同注入速度驅(qū)油實驗結(jié)果Tab.5　Experimental results of oil displacement with different injection velocity

表5實驗結(jié)果表明，聚合物驅(qū)后開展泡沫劑驅(qū)油，提高采收率幅度隨著泡沫注入速度的增加而增加。當(dāng)注入速度在0.25mL·min-1時，低注入速度時，形成泡沫的速度及泡沫尺寸相對較小，累積滲流阻力較小，導(dǎo)致中低滲區(qū)的原油無法有效驅(qū)出，提高采收率較低；當(dāng)注入速度在0.5mL·min-1時，泡沫驅(qū)提高采收率達(dá)到8.9%，繼續(xù)增加注入速度1.5mL·min-1時，提高采收率10.1%，增幅明顯變小。因此，優(yōu)化注入速度0.5mL·min-1。

1.6泡沫劑注入方式優(yōu)化

在多孔介質(zhì)中，泡沫一般由以下3種機(jī)理產(chǎn)生和運移，即液膜滯后、氣泡縮頸分離和液膜分?jǐn)?。這些機(jī)理的前提條件需要氣體和液體在多孔介質(zhì)中不斷地相互作用。氣液共注方式是氣液交替注入的一種特殊形式，即氣體和液體同時進(jìn)入多孔介質(zhì)混合相互作用，由以上3種機(jī)理能夠產(chǎn)生較豐富的泡沫。交替方式注入，泡沫在多孔介質(zhì)中形成的好壞與交替段塞密切相關(guān)，交替次數(shù)越多，即交替段塞越小，氣液接觸越充分產(chǎn)生的泡沫越豐富；交替段塞越大，泡沫驅(qū)效果越差[5]。

表6　不同注入方式驅(qū)油效率評價Tab.6　Evaluation of oil displacement efficiency by different injection methods

表6實驗考察泡沫劑不同注入方式對泡沫驅(qū)油效率的影響。物理模擬實驗采用填砂管模型（2.5×30cm），溫度80℃，回壓6MPa，注入速度0.5mL·min-1，水驅(qū)至產(chǎn)出液不含油后，再注入0.5PV，濃度1800mg·L-1，粘度68.3mPa·s的聚合物，經(jīng)后水驅(qū)至無油，采取氣液共注和氣液交替注入兩種方式，繼續(xù)注入0.5PV泡沫劑ZK-1，濃度0.4%，氣液比1∶1，后續(xù)水驅(qū)98%以上。實驗結(jié)果表明，聚合物驅(qū)后采用氣液共注方式，泡沫驅(qū)提高采收率10.3%；氣液交替注入方式提高采收率8.1%。說明氣液共注是更有效的注入方式。

1.7注入段塞量優(yōu)化

實驗考察不同注入段塞尺寸對泡沫劑驅(qū)油效果的影響。選取滲透率0.63μm2左右的人造膠結(jié)巖心（2.5×8.0cm），溫度80℃，先進(jìn)行0.5PV，濃度1800mg·L-1，粘度68.3mPa.s的聚合物驅(qū)油，再注入0.5PV，濃度0.4%的泡沫劑ZK-1，氣液比1∶1。

表7　不同段塞尺寸驅(qū)油實驗結(jié)果Tab.7　Experimental results of oil displacement in different segment plug size

表7和圖3結(jié)果表明，注入段塞量由0.1PV升至0.5PV時，泡沫驅(qū)提高采收率從3.3%增加到8.9%；繼續(xù)增加段塞量至1.0PV，泡沫驅(qū)提高采收率10.2%，提高采收率幅明顯趨緩。綜合考慮礦場注入成本等因素，優(yōu)化段塞量為0.5PV。

2　聚合物驅(qū)后油藏泡沫劑驅(qū)油效率評價

實驗采用物理模擬巖心實驗考察泡沫劑對聚合物驅(qū)后非均質(zhì)油層驅(qū)油效果的影響。填砂管巖心模型（2.5×30cm），高低滲透率分別為1.247和0.213μm2，滲透率極差近6倍，分別測氣相滲透率、飽和水、飽和油（模擬油粘度7.61mPa·s）；并聯(lián)接入物模流程，溫度80℃，回壓6MPa，注入速度0.5mL·min-1，水驅(qū)至產(chǎn)出液不含油；再模擬油藏狀況，先注入0.5PV，濃度1800mg·L-1，粘度68.3mPa·s的聚合物，經(jīng)后水驅(qū)至無油；再采取氣液共注的注入方式，繼續(xù)注入0.5PV泡沫劑ZK-1，濃度0.4%，氣液比1∶1，注入速度0.5mL·min-1，后水驅(qū)至無油，計算泡沫劑提高采收率。

表8　非均質(zhì)巖心驅(qū)油效率評價Tab.8　Evaluation of oil displacement efficiency in heterogeneous cores

表8結(jié)果表明，水驅(qū)后高滲巖心水驅(qū)采出程度高達(dá)57.6%，殘余油飽和度相對較低，泡沫驅(qū)提高采收率僅比聚合物驅(qū)提高5.1%。低滲巖心水驅(qū)采出程度只有7.7%，大量殘余油未被驅(qū)出，注泡沫劑比注聚合物提高采收率13.3%，聚合物驅(qū)后再開展泡沫驅(qū)綜合提高采收率8.5%。說明聚合物驅(qū)油后開展泡沫驅(qū)能夠進(jìn)一步啟動低滲透層的殘余油，具有改善油層非均質(zhì)性的能力。

3　結(jié)論

（1）通過泡沫劑性能評價，優(yōu)化出性能較好的泡沫劑ZK-1。確定了最佳泡沫劑濃度、氣液比、段塞注入量、注入速度、注入方式等關(guān)鍵參數(shù)，為今后礦場試驗提供理論依據(jù)。

（2）針對聚合物驅(qū)后油藏開展泡沫驅(qū)提高采收率技術(shù)是適用于河南油田雙河北塊IV1-3層系的一種有效的三次采油方法。

［1］王德民，程杰成，吳軍政，等.聚合物驅(qū)油技術(shù)在大慶油田的應(yīng)用［J］.石油學(xué)報，2005，26（1）:74-78.

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Research on foam flooding technology experiment and parameter optimization

CHANG Run-zhen，CHE Wen-chang，YANG Li-sheng，ZHANG Li-qing
（Exploration and Development Research Institute of Henan petroleum Exploration Bureau，Sionopee Nanyang 473132，China）

This study is mainly on the foam flooding technology experiment，and parameter optimization research of Layer IV1-3，Shuanghe North Block，Henan Oilfield.Through foam agent performance evaluation，the code name of the foam agent，which is ZK-1 has been determined.The results show that，this foam agent has a good performance，the volume is 251mL，the half-life is 41min，and the interfacial tension is 5.7×10-3mN·m.Meanwhile，other crucial parameters also have been figured out，such as，the optimum foam concentration is 0.4%，the best gas liquid ratio is 1∶1，and the injection rate is 0.5mL·min.In the heterogeneous physical simulation of core displacement oil experiment with six times permeability ratio，foam flooding can further improve the recovery rate of 8.5%after polymer flooding.Excellent foaming agent is not only effectively reduce the interfacial tension，but also greatly improve oil-displacement efficiency.

foam flooding；foaming volume；half-life period；interfacial tension；oil recovery

TE357.46

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160843

2016-03-31

昌潤珍（1964-），女，工程師，1984年畢業(yè)于茂名石油學(xué)校地質(zhì)專業(yè)，長期從事三次采油新技術(shù)研究工作，在油田化學(xué)驅(qū)提高采收率技術(shù)方面具有豐富經(jīng)驗。