具有稠油降黏作用的泡沫體系室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)*

陳 超，張新春，劉廣峰，徐 浩，王 鵬，廖建軍

（1.中國(guó)石油吐哈油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆鄯善 838202；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059）

0 前言

泡沫是不溶或微溶的氣體分散于液體中所形成的分散體系，具有黏度高、密度低、選擇性封堵等特性，被廣泛應(yīng)用于提高采收率、調(diào)剖堵水、鉆完井等方面［1-4］。泡沫驅(qū)提高采收率技術(shù)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展較為迅速，其優(yōu)勢(shì)在于既可以提高波及效率又可以提高驅(qū)油效率。稠油一般是指油層溫度下脫氣原油的黏度超過(guò)100 mPa·s、密度大于0.92 g/cm3的原油。稠油由于黏度高、流動(dòng)性差，給開(kāi)采和集輸帶來(lái)了很大困難［5-6］。稠油泡沫驅(qū)能大幅改善油層縱向吸水剖面，驅(qū)動(dòng)滲透率相對(duì)較低的油層，同時(shí)能控制泡沫體系滲流或流動(dòng)時(shí)的流度小于或等于稠油在油層中滲流或流動(dòng)時(shí)的流度，目前利用泡沫驅(qū)來(lái)提高稠油油藏的采收率是稠油開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要方向［7-13］。

魯克沁玉東區(qū)塊油藏屬于高溫（80 ℃）高鹽（礦化度約160 g/L）普通稠油油藏，因其原油黏度高，水驅(qū)過(guò)程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的竄流和指進(jìn)現(xiàn)象，加上層間非均質(zhì)性強(qiáng)，導(dǎo)致水驅(qū)波及效率低，采出程度較低?，F(xiàn)場(chǎng)使用的泡沫驅(qū)油XHY-4 體系雖然能在一定程度上降低水油流度比，且具有一定的封堵能力，但增油降水效果甚微。本文考察了一種具有稠油降黏作用的DY-2泡沫體系的降黏效果、泡沫穩(wěn)定性、抗油性能、封堵能力以及驅(qū)油效果，并與XHY-4泡沫體系進(jìn)行了對(duì)比，以此為該區(qū)塊進(jìn)一步提高采收率提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

陰離子復(fù)配表面活性劑XHY-4，有效含量30%，成都華陽(yáng)興華化工有限公司；陰離子復(fù)配表面活性劑DY-2，有效含量30%，由吐哈油田提供，實(shí)驗(yàn)用油為玉東區(qū)塊原油，脫氣后黏度為286 mPa·s（80 ℃），由吐哈油田提供。實(shí)驗(yàn)用水為玉東區(qū)塊模擬地層水，礦化度為160 599 mg/L，主要離子質(zhì)量濃度（單位mg/L）：Na++K+53 090、Ca2+7416、Mg2+1204、Cl-97 400、SO42-1224、HCO3-265。填砂管，尺寸為φ25 mm×1 000 mm，由粒徑為380～830 μm（20～40目）的石英砂填制而成。實(shí)驗(yàn)用氣為氮?dú)猓兌?9.99%。

Haake MARS 型高溫高壓流變儀，德國(guó)賽默飛公司；高溫高壓泡沫評(píng)價(jià)裝置，江蘇海安石油科研儀器有限公司；DHG-9101.2SA 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海云發(fā)科學(xué)儀器有限責(zé)任公司；六通閥，管線，壓力表，比色管，量筒，移液管，秒表等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）降黏實(shí)驗(yàn)

用模擬地層水分別配制50 mL的有效含量分別為0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%的起泡劑DY-2溶液，再倒入100 mL 的比色管中，然后加入50 mL的原油，并攪拌2 min；將比色管置于80 ℃的恒溫箱中，每隔2 h 攪拌一次，持續(xù)12 h 后取出比色管；分離油相，使用高溫高壓流變儀在溫度為80 ℃、剪切速率為7.34 s-1下測(cè)量油相的黏度。下文中若無(wú)特別說(shuō)明，實(shí)驗(yàn)溫度均為80 ℃，實(shí)驗(yàn)用水均為模擬地層水。

（2）泡沫性能評(píng)價(jià)

采用高溫高壓泡沫評(píng)價(jià)裝置評(píng)價(jià)泡沫DY-2 體系的泡沫性能，包括發(fā)泡體積、析液半衰期、泡沫半衰期，并計(jì)算泡沫綜合指數(shù)。DY-2有效含量分別為0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%，DY-2溶液體積為100 mL，壓力為5 MPa，磁力攪拌轉(zhuǎn)速為10 000 r/min，攪拌時(shí)間為2 min。

（3）抗油性實(shí)驗(yàn)

首先配制100 mL 的起泡劑有效含量為0.1%、不同含油量（分別為0%、1%、5%、10%、15%、20%）的起泡劑溶液，然后將配制好的溶液分別加入6 組比色管中，攪拌均勻之后倒入高溫高壓泡沫評(píng)價(jià)裝置中，在磁力攪拌轉(zhuǎn)速為10 000 r/min下攪拌2 min，觀察發(fā)泡體積、泡沫半衰期，并計(jì)算泡沫綜合指數(shù)。

（4）封堵實(shí)驗(yàn)

填制不同滲透率的填砂管（改變填砂次數(shù)及壓制壓力），飽和水并測(cè)定孔隙體積；以0.5 mL/min的注入速率進(jìn)行水驅(qū)至壓力穩(wěn)定，記錄壓差Δpwater并計(jì)算填砂管滲透率；水驅(qū)結(jié)束后以氣液交替的方式（氣液比為1∶1）、0.5 mL/min 的注入速率進(jìn)行泡沫驅(qū)（起泡劑溶液有效含量為0.1%，總注入量為0.5 PV），記錄壓差Δpfoam，由Δpfoam與Δpwater之比計(jì)算阻力因子［14］。

（5）驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

填制滲透率級(jí)差為5 左右的高低滲填砂管（改變加砂次數(shù)及壓制壓力），飽和水并計(jì)算孔隙度；以0.5 mL/min 的注入速率水驅(qū)至壓力穩(wěn)定，記錄壓差并計(jì)算滲透率；飽和原油并計(jì)算原始含油飽和度；以0.5 mL/min 的注入速率水驅(qū)至含水98%為止；以氣液交替的方式（氣液比為1∶1）、0.5 mL/min 的注入速率進(jìn)行泡沫驅(qū)實(shí)驗(yàn)（起泡劑溶液有效含量為0.1%，單次液量或氣量為0.05 PV，共0.3 PV）；后續(xù)水驅(qū)直至雙管綜合含水達(dá)98%以上。記錄整個(gè)驅(qū)油過(guò)程的壓力變化以及高滲管及低滲管的產(chǎn)油量、產(chǎn)水量、產(chǎn)液量，并計(jì)算最終采出程度。

2 結(jié)果與討論

2.1 起泡劑溶液的降黏性能

當(dāng)起泡劑達(dá)到一定濃度時(shí)，起泡劑中的表面活性分子能夠充分拆解稠油中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)，釋放輕質(zhì)組分，降低稠油黏度［15］。稠油與不同濃度的起泡劑溶液按體積比1∶1混合后的黏度變化情況如表1所示，測(cè)定溫度為80 ℃，剪切速率為170 s-1。由表1 可知，該區(qū)塊目前使用的起泡劑XHY-4 的降黏效果有限，在較高濃度（有效含量為0.2%）下，原油黏度僅由286 mPa·s 降至198.3 mPa·s。而起泡劑DY-2 有效含量為0.1%時(shí)，使稠油黏度降至50 mPa·s，降黏率達(dá)到了82.5%。起泡劑DY-2 濃度繼續(xù)增大時(shí)，稠油降黏增幅不大。

表1 不同濃度起泡劑XHY-4、DY-2溶液對(duì)稠油的降黏效果

2.2 泡沫體系的泡沫性能

泡沫的穩(wěn)定性受氣體穿透液膜擴(kuò)散的能力和液膜自身的排液能力的影響，當(dāng)泡沫的表面自由能降低到一定程度時(shí)，泡沫就會(huì)破滅。常用的泡沫體系穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的參數(shù)有發(fā)泡體積、泡沫半衰期、析液半衰期、泡沫綜合指數(shù)等。發(fā)泡體積越大，起泡能力越強(qiáng)；析液半衰期越大，泡沫體系越穩(wěn)定，攜液能力也越強(qiáng)；泡沫半衰期越大，泡沫體系的穩(wěn)定性越強(qiáng)。泡沫綜合指數(shù)一般用發(fā)泡體積和泡沫半衰期乘積的3/4來(lái)計(jì)算［16］。

泡沫XHY-4、DY-2 體系的泡沫性能如圖1 所示。由圖1 可知，當(dāng)起泡劑有效含量低于0.1%時(shí)，隨著起泡劑濃度的增大，泡沫體系的發(fā)泡體積、泡沫半衰期、析液半衰期和泡沫綜合指數(shù)均快速增大；進(jìn)一步增加起泡劑濃度，相關(guān)參數(shù)的增幅變小，且泡沫半衰期和泡沫綜合指數(shù)還出現(xiàn)了下降的情況。整體而言，DY-2體系的泡沫性能比XHY-4體系更好，且DY-2 在濃度較低時(shí)就具有較好的泡沫性能，能降低驅(qū)替過(guò)程中由于起泡劑被地層巖石的吸附而導(dǎo)致有效濃度下降所帶來(lái)的影響，保證泡沫驅(qū)達(dá)到良好的驅(qū)油效果。當(dāng)DY-2 有效含量為0.1%時(shí)，發(fā)泡體積為445 mL，泡沫半衰期為2 186 s，析液半衰期為96 s，泡沫綜合指數(shù)為72.96×104mL·s。

圖1 起泡劑有效濃度對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響

2.3 泡沫體系的抗油性能

泡沫遇油后會(huì)出現(xiàn)消泡的現(xiàn)象，從而影響泡沫的穩(wěn)定性。良好的抗油性能有利于泡沫驅(qū)過(guò)程中泡沫對(duì)地層原油的流度控制，進(jìn)而提高采收率?？疾炝撕土繉?duì)XHY-4與DY-2泡沫體系穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著含油量的增加，泡沫體系的泡沫性能呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著含油量的增大，部分發(fā)泡劑分子從液膜中擴(kuò)散到油相中，隨著乳化的油滴不斷增大直至完全鋪展于液膜上，導(dǎo)致液膜不穩(wěn)定而發(fā)生破滅［17］。當(dāng)含油量為20%時(shí)，XHY-4 體系的發(fā)泡體積為209 mL，下降幅度為25.36%；DY-2體系的發(fā)泡體積為387 mL，下降幅度為13.03%；XHY-4 的泡沫半衰期為936 s，下降幅度為9.74%，DY-2 的泡沫半衰期為2 026 s，下降幅度為7.32%；XHY-4的泡沫綜合指數(shù)為14.67×104mL·s，下降幅度為32.64%，DY-2 的泡沫綜合指數(shù)為58.8×104mL·s，下降幅度為19.41%。由此可見(jiàn)，DY-2泡沫體系具有更好的抗油性能。

圖2 含油量對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響

2.4 泡沫體系的封堵效果

阻力因子是評(píng)價(jià)泡沫體系封堵效果的重要參數(shù)。驅(qū)油體系的阻力因子越高，則驅(qū)油體系在油層中波及效率越高。

XHY-4 與DY-2 泡沫體系對(duì)不同滲透率填砂管的封堵效果如圖3 所示，氣液比為1∶1，注入速率0.5 mL/min，起泡劑溶液有效含量為0.1%，總注入量為0.5 PV。整體來(lái)看，泡沫體系的阻力因子隨著滲透率的增加先增大再減小，在相同滲透率下，DY-2泡沫體系的阻力因子高于XHY-4 泡沫體系的阻力因子。當(dāng)滲透率為700×10-3～1000×10-3μm2時(shí)，XHY-4泡沫體系的阻力因子穩(wěn)定在39左右，最高可達(dá)39.5；而當(dāng)滲透率為750×10-3～1250×10-3μm2時(shí)，DY-2 泡沫體系的阻力因子穩(wěn)定在60 左右，最高可達(dá)61.5。當(dāng)填砂管的滲透率較低時(shí)，孔隙較小，泡沫受到的剪切應(yīng)力和毛管壓力較大，容易造成剪切稀釋和泡沫液膜破裂；隨滲透率的增大，孔隙增大，泡沫受到的剪切應(yīng)力和毛管壓力變小，泡沫能較長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定；而當(dāng)滲透率過(guò)大時(shí)，氣體會(huì)發(fā)生竄流，導(dǎo)致壓差降低。因此，只有在一定滲透率范圍內(nèi)，泡沫才能表現(xiàn)出堵大不堵小的特性，當(dāng)滲透率過(guò)高時(shí)，氣竄會(huì)導(dǎo)致封堵效果變差。由圖3 可見(jiàn)，DY-2泡沫體系具有更強(qiáng)的封堵能力與更廣的滲透率適用范圍。

圖3 滲透率對(duì)泡沫阻力因子的影響

2.5 泡沫體系的驅(qū)油效果

對(duì)兩種泡沫體系展開(kāi)雙管并聯(lián)實(shí)驗(yàn)，巖心參數(shù)如表2 所示，驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。由圖4 可見(jiàn)，由于原油黏度較高，且高低滲管的滲透率差值較大，水驅(qū)過(guò)程中高滲管分流率遠(yuǎn)大于低滲管的，含水率快速上升。隨著泡沫驅(qū)的進(jìn)行，高滲層受到泡沫的封堵，分流率降低，而低滲管的分流率增加，綜合含水率開(kāi)始快速下降，綜合采出程度增加。這是因?yàn)樗?qū)后，高滲管中的剩余油飽和度遠(yuǎn)低于低滲管，因此生成的泡沫能夠在高滲管中穩(wěn)定存在，增加其滲流阻力，導(dǎo)致大量水開(kāi)始進(jìn)入低滲管；隨著后續(xù)水驅(qū)的進(jìn)行，高滲管中的泡沫逐漸開(kāi)始破滅，滲流阻力逐漸降低，分流量逐漸增加，但由于填砂管內(nèi)始終存在殘余泡沫，因此后續(xù)水驅(qū)分流量的回調(diào)幅度低于泡沫驅(qū)分流量的變化幅度。低滲管的剩余油飽和度較高，泡沫穩(wěn)定性較差，起泡劑溶液可降低原油的黏度，使其流動(dòng)性增加，綜合采出程度進(jìn)一步增加。雙管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)充分說(shuō)明了泡沫堵高不堵低、遇油消泡的特點(diǎn)?？傮w上，使用DY-2泡沫驅(qū)后，高低滲管分流率變化最大為40.2%，大于XHY-4 體系的31.9%；綜合含水率最低降至72.6%，低于XHY-4 的78.5%。由于DY-2 能夠大幅降低原油黏度，提高原油流度，綜合采出程度提高了16.2%，比XHY-4 體系的（11.6%）高了4.6 百分點(diǎn)?？梢?jiàn)DY-2 泡沫體系具有更強(qiáng)的進(jìn)一步提高采收率能力。

圖4 兩種泡沫體系的驅(qū)油動(dòng)態(tài)圖

表2 填砂管巖心物性參數(shù)

3 結(jié)論

有效含量為0.1%的DY-2溶液與稠油按體積比1∶1混合后可使稠油黏度降低82.5%。DY-2泡沫體系的泡沫性能優(yōu)于現(xiàn)用XHY-4 泡沫體系。DY-2 泡沫體系在能顯著降黏的情況下兼顧優(yōu)秀的泡沫性能。

DY-2 泡沫體系具有較好的抗油性能與封堵能力。在含油量為20%的情況下，DY-2泡沫體系仍具有較好的泡沫性能。當(dāng)滲透率為750×10-3～1250×10-3μm2時(shí)，DY-2 泡沫體系的阻力因子能穩(wěn)定在60左右，說(shuō)明該體系有利于地層原油的流度控制。

在雙管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中，DY-2泡沫體系與XHY-4泡沫體系相比，高低滲管分流率最大變化值多了8.3%，綜合含水率最低值少了5.9%，綜合采出程度提高了4.6百分點(diǎn)。DY-2泡沫體系在進(jìn)一步提高采收率上更具優(yōu)勢(shì)，且為泡沫驅(qū)提高采收率技術(shù)提供了新思路。