泡沫體系改善早期聚合物驅效果實驗研究

周鳳軍，王欣然，李金宜，江 聰，楊 明

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300459）

目前，水驅廣泛地應用于油田開發(fā)，并顯著地改善了油田的開發(fā)效果，但是水驅過后，油藏仍有大量的剩余油存在。氣驅［1-4］、化學驅［5-7］和泡沫驅［8-9］等被認為是水驅后能較為有效地提高原油采收率的技術。聚合物驅在中國老油田已開展了工業(yè)化應用，取得了十分顯著的效果，在水驅的高含水率階段可以提高采收率10%［10］。然而，即使聚合物驅后，油藏中仍有大量的剩余油未被采出，采收率仍有進一步提高的潛力。泡沫驅是一種利用氣體與起泡劑混合形成的氣泡作為驅替介質的技術，泡沫驅具有選擇性、封堵性［11］，泡沫遇到原油會破，因此氣泡僅在低含油飽和度區(qū)域建立有效阻力，進一步擴大波及體積，因此可以進一步提高采收率；然而單純的泡沫驅的缺點也十分明顯，油相的存在使得泡沫的穩(wěn)定性變差［12］。研究表明，原油組分對其穩(wěn)定性具有顯著的影響［13］，此外，鹽溶液、表面活性劑的類型及氣液比也影響了泡沫自身的強度，泡沫的穩(wěn)定性是影響泡沫驅效果的主要因素［14］，有研究指出，納米顆粒可以增強泡沫在多孔介質中的穩(wěn)定性［15-19］。目前見到少量的礦場井組試驗成功的報道［20-22］，并沒有形成規(guī)?；瘧?。

研究指出，加入聚合物能夠增強泡沫體系的穩(wěn)定性［23］，聚合物驅與泡沫驅技術組合的應用，從原理上講是一種較為優(yōu)化的手段，可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，因此被認為是繼聚合物驅后的一項有效的進一步提高采收率的技術。聚合物驅后，聚合物波及區(qū)域含油飽和度較低，泡沫進入聚合物驅后的低含油飽和度區(qū)域，能夠建立有效的阻力，后續(xù)的水驅或者聚合物驅能夠進一步擴大波及體積，而吸附在巖石表面的聚合物也能夠降低泡沫液的吸附，增強泡沫體系的強度和穩(wěn)定性，使得泡沫體系的性能得以充分發(fā)揮。在此理念指導下，開展了注入泡沫體系改善早期聚合物驅效果的實驗研究。

圖1 注泡沫體系聚合物驅實驗流程Fig.1 Experimental sketch of polymer flooding followed by foamflooding

1 實驗器材與方法

1.1 實驗器材

實驗儀器主要包括：Teledyne Isco高壓高精度柱塞泵、壓力傳感器、六通閥、手搖泵、回壓閥、泡沫發(fā)生器和中間容器等組成（圖1）。

實驗材料包括：起泡劑溶液為十二醇和甜菜堿；聚合物體系質量濃度為1 200 mg/L；泡沫體系質量濃度為1 200 mg/L+起泡劑溶液；實驗用巖心為人造巖心，高滲透率巖心和低滲透率巖心滲透率級差為4，其他物性參數(shù)見表1。

表1 實驗人造巖心物性參數(shù)Table1 Physical parameters of artificial core

1.2 實驗方案

水驅方案 純水驅至采出端含水率為98%。

早期注聚合物驅方案 水驅至高滲透率巖心見水，實施聚合物驅至含水率為98%。

泡沫體系-聚合物驅方案1 水驅至高滲透率巖心見水，實施聚合物驅至含水率為85%，注入0.3 PV泡沫體系后繼續(xù)聚合物驅至含水率為98%。

泡沫體系-聚合物驅方案2 水驅至高滲透率巖心見水，實施聚合物驅至含水率為85%，注入0.5 PV泡沫體系后繼續(xù)聚合物驅至含水率為98%。

泡沫體系-聚合物驅方案3 水驅至高滲透率巖心見水，實施聚合物驅至含水率為98%，注入0.3 PV泡沫體系后繼續(xù)聚合物驅至含水率為98%。

1.3 實驗步驟

實驗步驟主要包括：①將巖心烘干后稱干重；抽真空飽和地層水，稱濕重；確定巖心的孔隙體積，計算孔隙度。②選取合適的飽和地層水的高、低滲透率巖心放入巖心夾持器中，加1.5 MPa的圍壓，并置于65℃下恒溫2 h以上，分別測定其水相滲透率。③以低流速（0.1 mL/min）油驅巖心至巖心出口端不出水為止，然后提高油驅速度，油驅體積達到巖心10 PV以上，計量油驅出水的體積，并計算束縛水飽和度，老化24 h（2塊巖心分別進行飽和油操作）。④將巖心并聯(lián)，出口端回壓設定為2 MPa。以恒定速度為0.5 mL/min按實驗方案進行水驅、聚合物驅及泡沫體系-聚合物驅的巖心實驗（氣液比為1∶1），記錄驅替過程中的壓力變化、累積產油量和累積產水量，并計算注入壓力、高、低滲透率巖心采收率及含水率隨注入量的變化。

2 實驗結果與分析

2.1 不同開發(fā)方式結果對比及分析

實驗中對比水驅、聚合物驅和泡沫體系聚合物驅3種開發(fā)方式（圖2）。從圖2a中可以看出，與水驅相比，早期聚合物驅能夠大幅度提高整體采收率，采收率增幅為9.9%，而泡沫體系聚合物驅能夠在聚合物驅基礎上進一步提高采收率，采收率增幅為9.4%，可見泡沫體系對于改善聚合物驅具有顯著效果。從圖2b中可以看出，與聚合物驅相比，泡沫體系聚合物驅能大幅度降低含水率，含水率最大降幅為28%，含水率漏斗的寬度也比純聚合物驅含水率漏斗寬，表明泡沫體系聚合物驅的有效作用時間更長。此外，在注入泡沫體系的初始階段，含水率仍會上升近9%，其原因為低滲透率巖心中的剩余油含量較高，而泡沫體系具有遇油消泡的特點，所以開始時很難形成穩(wěn)定的泡沫體系，低滲透率巖心的動用程度減弱，導致產油量減少，含水率上升；而當泡沫體系進入高滲透率巖心，并產生封堵效果，使其注入壓力增加，從而使后續(xù)驅替流體更多地進入低滲透率巖心進行驅油，最終低滲透率巖心的驅替效果得以改善。從圖2c中可以看出，與水驅相比，聚合物驅提高采收率的主要貢獻來自低滲透率巖心產出狀況的改善，低滲透率巖心提高采收率為13.7%，而高滲透率巖心提高7.9%，充分說明聚合物驅流度的控制對于層間差異的改善作用；泡沫體系聚合物驅能夠進一步改善層間差異，低滲透率巖心采收率又提高13.9%。

在實施注入泡沫體系的聚合物驅過程中，觀察到高滲透率巖心有輕微氣竄的現(xiàn)象，主要是由于在含水率為85%時轉注泡沫體系聚合物驅，高滲透率巖心中剩余油含量相對較高，增加了對泡沫的消泡作用，因此在一定程度上限制了泡沫體系封堵高滲透率巖心的作用。

2.2 不同注入量泡沫體系聚合物驅結果對比及分析

注泡沫體系聚合物驅條件下，分析含水率為85%時，注入0.3和0.5 PV泡沫體系的實驗結果（圖3）。從圖3a中可以看出，隨著泡沫體系注入量的不斷增加，采收率將進一步提高，注入0.5 PV泡沫體系聚合物驅與注入0.3 PV泡沫體系聚合物驅相比，最終采收率提高6.9%，相比純聚合物驅可提高16.3%。圖3b為不同泡沫體系注入量的組合驅產出端含水率對比，注入0.5 PV泡沫體系聚合物驅含水率下降幅度比注入0.3 PV泡沫體系聚合物驅要低得多，且含水率漏斗的寬度更寬，表明泡沫體系聚合物驅有效作用時間越長。從圖3c中可以看出，泡沫體系聚合物驅提高采收率的主要貢獻來自低滲透率層產出狀況的改善，注入0.5 PV泡沫體系的組合驅低滲透率層與注入0.3 PV泡沫體系的組合驅相比，采收率提高10.7%。

2.3 不同注入時機泡沫體系結果對比及分析

注泡沫體系聚合物驅條件下，分析采出端在含水率分別為85%和98%時的實驗結果（圖4）。從圖4a中可以看出，與采出端含水率為85%時的注入泡沫體系聚合物驅相比，含水率為98%時注入泡沫體系仍能進一步提高采收率9.9%，其中低滲透率巖心的提高采收率幅度達18.4%（圖4c）。從圖4b中可以看出，與采出端含水率為85%時注入泡沫體系聚合物驅相比，在采出端含水率為98%時，注入泡沫體系聚合物驅，含水率漏斗越寬，表明泡沫體系聚合物驅有效作用時間越長。實驗對比表明，采出端含水率水平對于泡沫體系聚合物驅的穩(wěn)定性具有重要的影響，泡沫體系注入時機越晚，泡沫進入高滲透巖心后受到原油消泡作用越弱，泡沫體系越穩(wěn)定且強度越大，注入泡沫體系聚合物驅建立阻力的有效時間長，因此能夠進一步提高采收率。

圖3 泡沫體系聚合物驅不同注入量下含水率及采收率對比Fig.3 Comparison of recovery and water cut for polymer flooding followed by different slug size foamflooding

圖4 泡沫體系聚合物驅不同注入時機下含水率及采收率對比Fig.4 Comparison of recovery and water cut for polymer flooding followed by different foam injection timing

3 結論

泡沫體系對于改善聚合物驅具有顯著的效果，隨著泡沫體系注入量的增加，泡沫體系聚合物驅的采收率進一步提高；不同含水率階段注入泡沫體系實驗表明，含水率越高，注入泡沫體系聚合物驅效果越好。泡沫體系的穩(wěn)定性和泡沫強度受含水率的影響，泡沫體系注入時機越晚，泡沫體系進入高滲透巖心后受原油消泡作用越弱，泡沫體系越穩(wěn)定且強度越大，泡沫體系聚合物驅建立阻力的有效時間越長，因此能夠進一步提高采收率。