泡沫調(diào)驅(qū)體系性能評(píng)價(jià)

潘俊良，袁 英

（東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163318）

泡沫調(diào)驅(qū)體系性能評(píng)價(jià)

潘俊良，袁 英

（東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163318）

目前，調(diào)驅(qū)體系性能評(píng)價(jià)主要是研究發(fā)泡劑所產(chǎn)生的泡沫在地層中的實(shí)際作用能力。既然是被應(yīng)用于注蒸汽開發(fā)用的調(diào)驅(qū)劑，不僅要滿足耐高溫的條件，而且應(yīng)該具備能夠產(chǎn)生大量泡沫的能力，生成的泡沫應(yīng)該具有較高的黏度，流動(dòng)性應(yīng)較差，這樣的泡沫對(duì)注入到地層的高溫蒸汽具有良好的封堵能力，從而提高蒸汽驅(qū)的驅(qū)油效率。通常情況下，采用室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)泡沫調(diào)驅(qū)體系進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，包括靜態(tài)性能評(píng)價(jià)和動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)。其中，靜態(tài)性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)是指在室溫條件下對(duì)樣品的界面張力的測定、樣品的衰減規(guī)律曲線的繪制以及樣品在高溫條件下的起泡體積以及泡沫穩(wěn)定時(shí)間的測定；動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)包括溫度、調(diào)驅(qū)劑濃度、氣液比、滲透率、壓力等對(duì)泡沫在高溫地層內(nèi)實(shí)際作用情況的影響[1]。

調(diào)驅(qū)體系；封堵能力；動(dòng)態(tài)性能

1 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)步驟

動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備包含以下八部分：ISCO泵、恒速恒壓泵、泡沫發(fā)生裝置、恒溫箱、加熱裝置、壓敏傳感器、回壓閥、數(shù)據(jù)采集儀器。泡沫蒸汽驅(qū)油模擬實(shí)驗(yàn)流程示意圖如下圖1所示。

圖1 泡沫蒸汽驅(qū)模擬實(shí)驗(yàn)流程示意圖

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求以及實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)條件，選用人造的填砂巖心模型，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的填砂巖心是由一根長度為600mm，直徑為25mm的填砂管組成的，在填砂管的內(nèi)部裝有40～220目的石英砂，則填砂巖心的滲透率可根據(jù)填砂管內(nèi)部的填充的石英砂的種類和粒徑進(jìn)行調(diào)控。然后，將選用的發(fā)泡劑溶液用恒速恒壓泵按照預(yù)先設(shè)置好的壓力和流速進(jìn)行注入，通過ISCO泵將實(shí)驗(yàn)用水注入中間容器，產(chǎn)生的壓力推著空氣進(jìn)入巖心夾持器，將注入的空氣與流體在通過巖心夾持器但在進(jìn)入巖心之前匯合，然后再進(jìn)入巖心，在巖心夾持器的兩端安裝壓力傳感器，通過收集壓力參數(shù)，計(jì)算巖心兩端的壓差變化[1-2]。

根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)要求的實(shí)驗(yàn)方案，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室自身的技術(shù)能力，現(xiàn)編制泡沫調(diào)驅(qū)體系性能評(píng)價(jià)的基本實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案里要求的孔隙度和滲透率的條件，選用顆粒直徑在40～250目的石英砂（人造）填充填砂管以制作填砂巖心模型；

2）制作好填砂巖心模型之后，將填砂巖心抽真空，飽和水，記錄飽和水量，計(jì)算填砂巖心的孔隙度，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算做準(zhǔn)備，然后將飽和水之后的填砂巖心在恒溫箱（實(shí)驗(yàn)要求溫度）內(nèi)放置12h，模擬地層老化；

3）按照實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范連接好試驗(yàn)管線以及各個(gè)中間容器，進(jìn)行飽和油，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)用0.3mL/min的速度驅(qū)填砂巖心中的水，驅(qū)5PV；然后換速度為0.5mL/min，驅(qū)至填砂巖心出口端水量不再增加（只出油），計(jì)算此時(shí)填砂巖心模型的含油飽和度，在恒溫箱內(nèi)放置12h，模擬地層老化；

4）基礎(chǔ)壓差的測定：在滿足實(shí)驗(yàn)要求的溫度條件下，使飽和蒸氣壓高于預(yù)先設(shè)置的回壓，按照實(shí)驗(yàn)方案中計(jì)算好的氣液比，輸入水泵、氣泵的注入速度，然后打開旁通閥，使蒸汽和空氣的混合物流經(jīng)旁通閥，緊接著關(guān)閉旁通閥，然后觀察巖心夾持器入口端的壓力變化，當(dāng)壓力低于飽和蒸汽壓時(shí)，同時(shí)打開巖心夾持器入口端和出口端的閥門，模擬流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)，當(dāng)巖心夾持器兩端的壓差不再變化時(shí)，錄下此時(shí)兩端的壓差；

5）工作壓差的測定：將中間容器里的實(shí)驗(yàn)污水換成配制好的調(diào)驅(qū)劑溶液，在滿足實(shí)驗(yàn)要求的溫度條件下，然后重復(fù)4）中的步驟，當(dāng)巖心夾持器兩端的壓力不再變化時(shí)，錄下此時(shí)兩端的壓差。

通過閱讀有關(guān)泡沫調(diào)驅(qū)方面的文獻(xiàn)資料，我們知道阻力因子是調(diào)驅(qū)劑的起泡性能以及調(diào)驅(qū)劑在地層內(nèi)的作用情況的衡量標(biāo)準(zhǔn)，從文獻(xiàn)中查閱到行業(yè)內(nèi)把工作壓差與基礎(chǔ)壓差的比定義為阻力因子。

2 溫度對(duì)調(diào)驅(qū)劑阻力因子的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案要求，通過室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)探究不同溫度（150℃、200℃、250℃、300℃、350℃）下的調(diào)驅(qū)劑的阻力因子變化情況，為滿足礦場試驗(yàn)的要求，將調(diào)驅(qū)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)配為0.3%，實(shí)驗(yàn)時(shí)的回壓設(shè)定在4MPa，按照實(shí)驗(yàn)要求的氣液比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（測定基礎(chǔ)壓差和工作壓差），記錄好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，處理、繪制成圖表如下：

由圖2、圖3曲線走勢(shì)我們可以直觀地發(fā)現(xiàn)：在五種實(shí)驗(yàn)溫度下，隨溫度的升高，工作壓差呈現(xiàn)大幅度下降的狀態(tài)，因此阻力因子也出現(xiàn)較為明顯的下降情況。由此我們可知，溫度對(duì)調(diào)驅(qū)劑的工作壓差以及人造填砂巖心的阻力因子的影響是十分巨大的。

圖2 基礎(chǔ)壓差和工作壓差隨溫度的變化

圖3 阻力因子隨溫度的變化

3 調(diào)驅(qū)劑濃度對(duì)其阻力因子的影響

調(diào)驅(qū)劑有兩個(gè)基本組成部分：驅(qū)油劑和發(fā)泡劑。關(guān)于驅(qū)油劑的實(shí)驗(yàn)濃度，從我們的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)編制方案里查閱以及結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的基本情況和實(shí)驗(yàn)的合理性，本次模擬實(shí)驗(yàn)采用的濃度為：0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%。另一方面，查閱相關(guān)的發(fā)泡劑濃度的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，初步選定本次實(shí)驗(yàn)固定發(fā)泡劑的濃度為0.5%。然后，將候選的驅(qū)油劑濃度與發(fā)泡劑濃度進(jìn)行一一組合，得到五組調(diào)驅(qū)劑的比例濃度，進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)溫度對(duì)阻力因子的影響情況，設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度為300℃，注入氣液比為1∶1，回壓4MPa，注入速度3.5mL/min。將本項(xiàng)模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入電腦、匯總、處理，如表1、圖4和圖5所示。

表1 不同調(diào)驅(qū)劑比例濃度對(duì)阻力因子的影響

圖4 不同驅(qū)油劑濃度下的基礎(chǔ)壓差變化曲線

圖5 不同驅(qū)油劑濃度下的阻力因子關(guān)系曲線

表1是實(shí)驗(yàn)過程中記錄的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理成如圖4、圖5所示，可以很直觀的看出，固定發(fā)泡劑的濃度不變，隨著驅(qū)油劑的濃度增大，工作壓差和阻力因子呈現(xiàn)先增大（驅(qū)油劑濃度在0.25%～0.35%）而后趨于很小幅度增加或平穩(wěn)狀態(tài)（驅(qū)油劑濃度在0.35～0.45），基于此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)我們將調(diào)驅(qū)劑的合理的比例濃度設(shè)為0.35%驅(qū)油劑+0.5%發(fā)泡劑。

4 氣液比對(duì)調(diào)驅(qū)劑的阻力因子的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)置五種氣液比（0∶1、0.5∶1、1∶1、1.5∶1、2∶1），通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究這五種氣液比的條件下的阻力因子的變化情況。設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度為300℃，回壓為4MPa，注入速度為3.5mL/min。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，匯總處理如下：

表2 阻力因子隨氣液比的曲線變化圖

由表2所列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表我們可以很直觀的知道，氣液比的確對(duì)調(diào)驅(qū)劑的阻力因子存在著影響，如表所示，氣液比為0.5∶1、1∶1、2∶1時(shí)，阻力因子相對(duì)較大，因此對(duì)于泡沫在地層中的流動(dòng)能力的作用情況也相對(duì)較好；氣液比為0∶1、1.5∶1時(shí)，阻力因子相對(duì)較小，對(duì)于泡沫在地層中的流動(dòng)能力的作用情況也相對(duì)較差。綜上，在礦上實(shí)驗(yàn)中，推薦將氣液比設(shè)置在0.5∶1、1∶1、2∶1左右。

5 滲透率對(duì)調(diào)驅(qū)劑的阻力因子的影響

制作人造填砂巖心時(shí)，調(diào)整填充在填砂管內(nèi)的不同目數(shù)砂巖的比例，制作三種不同滲透率的人造填砂巖心，設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度300℃，氣液比為1∶1，回壓為4MPa，注入速度為3.5mL/ min，然后分別進(jìn)行物理模擬實(shí)驗(yàn)，探究巖心滲透率和調(diào)驅(qū)劑的阻力因子之間的關(guān)系。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，匯總?cè)缦卤?所示。

表3 不同滲透率條件下測得的阻力因子數(shù)據(jù)表

由表3可知：隨著滲透率的增加，調(diào)驅(qū)劑的阻力因子也相應(yīng)的增加，表明發(fā)泡劑在滲透率較高的地層或者孔道內(nèi)發(fā)泡性能以及封隔高溫蒸汽的能力較滲透率小的地層或孔道要好。

6 壓力對(duì)調(diào)驅(qū)劑的阻力因子的影響

為了探究壓力對(duì)調(diào)驅(qū)劑的阻力因子的影響情況，實(shí)驗(yàn)選取4.5MPa、8MPa、12MPa三種回壓，分別進(jìn)行室內(nèi)驅(qū)油模擬實(shí)驗(yàn)，設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度為300℃，氣液比為1：1，注入速度為3.5mL/ min，測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理之后如下圖6所示。

圖6 調(diào)驅(qū)劑的阻力因子隨回壓的變化曲線圖

由圖6所示，可以得出如下結(jié)論：隨著回壓的增加，調(diào)驅(qū)劑的阻力因子也會(huì)相應(yīng)的增加，說明壓力的增加對(duì)于發(fā)泡劑的起泡性能有著正面的輔助作用，再者，隨著壓力的增加，泡沫之間的吸附量也會(huì)增加，分子獨(dú)立占用體積就會(huì)降低，會(huì)引起表面黏度增加，則泡沫的穩(wěn)定性就會(huì)增加。

7 結(jié)論

本文通過室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)泡沫調(diào)驅(qū)體系進(jìn)行了動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)，通過給出阻力因子的定義，把阻力因子作為本次實(shí)驗(yàn)探究的參照因數(shù)，分別研究溫度、調(diào)驅(qū)劑濃度、氣液比、滲透率以及壓力對(duì)調(diào)驅(qū)劑阻力因子的影響，通過實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)、繪制圖表，分析這些因素與調(diào)驅(qū)劑阻力因子之間的關(guān)系。

[1] 張廣卿，劉偉，李敬，等.泡沫封堵能力影響因素實(shí)驗(yàn)研究[J].油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（2）：44-46.

[2] 楊公鵬.齊40塊蒸汽驅(qū)油藏深部調(diào)驅(qū)機(jī)理與實(shí)用技術(shù)研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2009.

P e r f o r ma n c e E v a l u a t i o n o f F o a m P r o f i l e C o n t r o l a n d F l o o d i n g S y s t e m

Pan Jun-liang，Yuan Ying

At present，the performance evaluation of prof i le control and displacement system mainly focuses on the practical role of foam produced by blowing agents in formation.Since it is being applied to steam injection development for fl ooding agent，not only to meet the high temperature conditions，but also should have the ability to produce a large number of bubbles，bubble generation should have a higher viscosity，liquidity should be poor，so the foam has good sealing ability of the high temperature steam is injected into the formation，thus to improve the oil displacement eff i ciency of steam fl ooding.Normally，we evaluate the performance of foam displacement control system by physical simulation experiments，including static performance evaluation and dynamic performance evaluation.The experimental evaluation of static performance refers to the determination of interfacial tension of samples was measured and the sample attenuation curve drawing and sample under high temperature foaming volume at room temperature and foam stability time；dynamic performance evaluation including temperature，flooding effect agent concentration，gas-liquid ratio，permeability，pressure and so on the actual effect of bubble formation at high temperature.

displacement system；sealing ability；dynamic performance

TE357

A

1003-6490（2017）08-0051-02

2017-06-10

潘俊良（1993—），男，河南商丘人，碩士在讀，主要研究方向?yàn)樘岣卟墒章省?/p>