黃春霞，湯瑞佳，余華貴，江紹靜

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075)

空氣泡沫驅(qū)油體系由起泡劑、穩(wěn)泡劑和空氣組成，既比注氮?dú)馀菽突钚运?jīng)濟(jì)，又能充分發(fā)揮注氣驅(qū)和泡沫驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)［1］。二元復(fù)合泡沫體系中加入表面活性劑和聚合物，降低了其界面張力，增加了泡沫的黏彈性，大大提高了泡沫質(zhì)量和穩(wěn)定性，提高了其驅(qū)油能力。除了具有常規(guī)泡沫驅(qū)油的特征之外，復(fù)合泡沫還能夠生成比普通泡沫更多、更細(xì)小、更穩(wěn)定的泡沫，具有更強(qiáng)的抗形變能力，能夠進(jìn)入更細(xì)小的喉道，從而適用于低滲特低滲剩余油的開(kāi)采，較常規(guī)泡沫驅(qū)油效果更佳［2］。由于泡沫具有堵水不堵油的特性，通過(guò)封堵高滲透含水層，驅(qū)替前緣變得均勻，提高了驅(qū)油劑的波及體積，因此，泡沫驅(qū)油技術(shù)也適用于有一定非均質(zhì)性的油藏［3］。雖然泡沫驅(qū)油技術(shù)具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，但其弱點(diǎn)是泡沫的不穩(wěn)定性。因此，研制性能優(yōu)良、穩(wěn)定性好的泡沫體系是空氣泡沫驅(qū)油技術(shù)的關(guān)鍵［4-5］。

本文通過(guò)篩選和評(píng)價(jià)不同類(lèi)型的起泡劑，研制了一種適合于低滲透油藏的二元復(fù)合低界面張力泡沫體系，并對(duì)其泡沫性能、油水界面張力和驅(qū)油效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該復(fù)合泡沫體系既能降低油水界面張力，提高驅(qū)油效率，又能降低水油流度比，提高波及效率［6］，是一種具有發(fā)展前途的可應(yīng)用于低滲油藏的三次采油技術(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

陰離子型表活劑(HY-2、CYL、LAS)、甜菜堿型表面活性劑TC-12、氟碳型表面活性劑(FC、FC-1、FC-2)、復(fù)合型表面活性劑(DP-4)、低界面張力甜菜堿型表面活性劑BS、聚合物HPAM 均為工業(yè)品;延長(zhǎng)油田脫水原油、煤油、模擬地層水(礦化度14 000 mg/L)、延長(zhǎng)油田污水;人造巖心。

TRACKER 全自動(dòng)液滴表面張力儀;Thermo Haake DC30 型恒溫水浴;KX-1 型控制箱;LVDV-Ⅱ+PRO 布氏粘度計(jì);TEXAS-500 型旋滴界面張力儀;Brookfield-II 粘度計(jì);恒溫高壓驅(qū)替裝置。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 起泡劑的優(yōu)選 30 ℃，礦化度14 000 mg/L模擬地層水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的起泡劑，以一定流速的氣體通過(guò)定量測(cè)試溶液。改變通氣時(shí)間，記錄不同氣液比條件下的泡沫高度h 和泡沫半衰期t1/2。

由于泡沫高度h 和半衰期t1/2僅僅單純的表征了起泡劑的起泡能力和穩(wěn)泡能力。為了綜合評(píng)價(jià)起泡劑的起泡和穩(wěn)泡能力，采用泡沫綜合指數(shù)FCI 來(lái)評(píng)價(jià)起泡劑的泡沫性能，泡沫綜合指數(shù)越大，表示泡沫性能越好［7］。為了計(jì)算方便，泡沫綜合指數(shù)FCI計(jì)算方法簡(jiǎn)化為:FCI=h×t1/2。

1.2.2 雙管巖心驅(qū)油 在3 組雙巖心并聯(lián)試驗(yàn)中高滲巖心滲透率分別為300 × 10－3，500 × 10－3，1 000 × 10－3μm2，低 滲 巖 心 滲 透 率 均 為10 ×10－3μm2。30 ℃，巖心模型抽空4 h，飽和地層水;水測(cè)滲透率后，飽和原油，計(jì)算含油飽和度;地層水進(jìn)行水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，直至巖心出口含水率98%，記錄壓力、油量等參數(shù)，計(jì)算水驅(qū)采收率;采用氣液同注的方式，以一定的流速注入泡沫體系，氣液比1 ∶1，考察注入量分別為0.1 ～0.4PV 時(shí)的驅(qū)油效果，并記錄壓力、產(chǎn)液量等參數(shù)，分別計(jì)算水驅(qū)后的高、低滲巖心的泡沫驅(qū)采收率。

1.3 界面張力的測(cè)定

30 ℃，采用旋滴界面張力儀，測(cè)定起泡劑溶液的油水界面張力，其中實(shí)驗(yàn)用油樣是實(shí)驗(yàn)室自制模擬油。

2 結(jié)果與討論

2.1 起泡劑篩選

2.1.1 無(wú)油條件下起泡劑的篩選 30 ℃，礦化度14 000 mg/L 模擬地層水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的起泡劑，測(cè)得起泡劑的泡沫高度h 和半衰期t1/2，計(jì)算泡沫綜合指數(shù)FCI，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同氣液比起泡劑的起泡性能(不含油)Fig.1 Blistering performance of different gas-liquid ratio of foaming agent (without oil)

由圖1 可知，泡沫綜合指數(shù)由高到低排序:FC-1＞FC-2 ＞CYL ＞TC-12 ＞DP-4 ＞HY-2 ＞LAS。FC-1起泡性能最好，其次是FC-2，不但有較高的起泡高度，而且半衰期通常在1 h 以上，表現(xiàn)出高礦化度條件下氟碳表面活性劑良好的起泡性和穩(wěn)定性。氟碳表面活性劑疏水基團(tuán)是一個(gè)既憎水又憎油的氟碳鏈，遠(yuǎn)比碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且具有更低極性，從而使得氟碳表面活性劑分子在水溶液中有比其它表面活性劑分子更加強(qiáng)烈的傾向來(lái)脫離水溶液，在氣/液界面上定向聚集排列，形成分子膜，有助于提高其起泡能力和泡沫的穩(wěn)定性。

2.1.2 含油條件下起泡劑的篩選 30 ℃，礦化度14 000 mg/L 模擬地層水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的起泡劑，含油30%條件下，測(cè)得起泡劑的泡沫高度h 和半衰期t1/2，計(jì)算泡沫綜合指數(shù)FCI，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同氣液比起泡劑的起泡性能(含油30%)Fig.2 Blistering performance of different gas-liquid ratio of foaming agent(oil content of 30%)

由圖2 可知，當(dāng)含油30%，氣液比3∶1 時(shí)，起泡性能依次為T(mén)C-12 ＞FC-2 ＞FC-1 ＞DP-4 ＞HY-2 ＞LAS。TC-12 甜菜堿型表面活性劑，其分子結(jié)構(gòu)一部分是由季銨基長(zhǎng)鏈衍生物構(gòu)成的陽(yáng)離子，另一部分是由磷酸酯基構(gòu)成的陰離子部分。此結(jié)構(gòu)決定其配伍性?xún)?yōu)于一般陰離子表面活性劑，另具有耐堿性、耐電解質(zhì)性和抗靜電性的優(yōu)點(diǎn)。甜菜堿在實(shí)驗(yàn)條件下基本處于等電區(qū)，靜電荷最少，在氣/液界面排列較緊密，因此體系的耐油起泡性好。FC-2 氟碳型表面活性劑由于既不親水也不親油，在氣/液界面上定向聚集排列，同樣具有優(yōu)異的起泡性。因此，在含油30%、氣液比3 ∶1 時(shí)，F(xiàn)C-2 和TC-12 具有良好的耐油性。

2.2 二元復(fù)合低界面張力起泡體系研究

2.2.1 起泡劑體系 30 ℃，礦化度14 000 mg/L 模擬地層水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的起泡劑，含油30%時(shí)，F(xiàn)C-2、TC-12 單一體系及其復(fù)配體系的泡沫綜合指數(shù)FCI 見(jiàn)圖3。

圖3 復(fù)配與單一泡沫體系綜合指數(shù)對(duì)比Fig.3 Contrast of foam composite index for complex and single system

由圖3 可知，復(fù)配體系0.1%TC-12 +0.2%FC-2 的泡沫綜合指數(shù)最高，形成的泡沫性能最好，在較低氣液比時(shí)亦有不錯(cuò)的起泡和穩(wěn)泡能力。這主要是由于兩種表面活性劑之間不同電性交替排列，增加膜分子密度，減少氣體穿透，彼此的協(xié)同作用增加了泡沫的穩(wěn)定性，提高了泡沫的性能。

2.2.2 二元復(fù)合低界面張力起泡體系 表面活性劑可以通過(guò)與主劑的不同電性交替排列，增加膜分子密度，減少氣體穿透，增加泡沫穩(wěn)定性，而高分子聚合物則主要是通過(guò)增加體系的黏度來(lái)增加泡沫的膜厚度和膜彈性，以增加泡沫的穩(wěn)定性［8］。向泡沫體系中加入能夠降低界面張力的甜菜堿型表面活性劑BS 和穩(wěn)泡劑聚合物HPAM，可以提高泡沫的穩(wěn)定性和驅(qū)油性能。30 ℃，采用油田污水將HPAM 分散、溶解配制成1 500 mg/L 的聚合物溶液。利用該聚合物溶液分別配制不同配比的BS 表面活性劑、FC-2 和TC-12 的二元復(fù)合泡沫體系，測(cè)定界面張力，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 二元復(fù)合泡沫體系的界面張力Fig.4 Oil-water interface tension of binary complex foam system

由圖4 可知，加入低界面張力表面活性劑BS 與聚合物HPAM 后，復(fù)合泡沫體系油水界面張力可降低到10－2數(shù)量級(jí)。這是由于BS 分子向油水界面擴(kuò)散的速度很快，在很短的時(shí)間油水界面張力就可降至10－2數(shù)量級(jí)以下。當(dāng)BS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí)，油水界面張力達(dá)到整個(gè)體系既存在油水界面也存在氣液界面，F(xiàn)C-2 氟碳表面活性劑向氣液界面擴(kuò)散是主趨勢(shì)，同時(shí)也會(huì)有少量氟碳表面活性劑鋪展在油面上，從而減少了BS 表面活性劑在油水界面的吸附面積;另外由于TC-12 的存在，也可能會(huì)協(xié)同BS 在溶液中疏水鏈段靠攏在一起，形成膠束，阻止了BS向油水界面的擴(kuò)散，所以BS 濃度較低時(shí)不能使體系油水界面張力達(dá)到10－3數(shù)量級(jí)，甚至不能達(dá)到10－2數(shù)量級(jí)。但如果BS 濃度過(guò)高，體系中起泡劑濃度過(guò)低，則會(huì)影響起泡性能。從降低油水界面張力角度，優(yōu)選的二元復(fù)合低界面張力體系“0.12%FC-2 +0.08%TC-12 +0.1%BS+1 500 mg/L HPAM”。

2.3 驅(qū)油效果評(píng)價(jià)

采用雙管并聯(lián)巖心驅(qū)替模型，油田污水配制二元復(fù)合低界面張力泡沫體系，測(cè)水驅(qū)后復(fù)合泡沫驅(qū)提高采收率數(shù)值，結(jié)果見(jiàn)表1 和圖5。

由表1 和圖5 可知，高滲巖心的水驅(qū)采收率明顯高于低滲巖心的水驅(qū)采收率;滲透率級(jí)差越大，并聯(lián)雙管中的低滲巖心的水驅(qū)采收率越低。水驅(qū)后，注入該二元復(fù)合泡沫驅(qū)油體系后，低滲巖心的采收率均有不同程度的提高;泡沫驅(qū)油劑的注入量越大(0.1 ～0.4PV)，并聯(lián)雙管中的低滲巖心采收率提高幅度則越大;雙管中的巖心滲透率級(jí)差越大，并聯(lián)雙管中的低滲巖心采收率提高幅度越低。其中，高滲巖心滲透率為300 ×10－3μm2的并聯(lián)雙管中，注入0.3PV 的泡沫時(shí)，低滲巖心采收率提高值為15.04%;高滲巖心滲透率為500 ×10－3μm2并聯(lián)雙管中，注入0.4PV 的泡沫時(shí)，低滲巖心采收率提高值為15.22%;而高滲巖心滲透率為1 000 ×10－3μm2并聯(lián)雙管中，由于兩管滲透率級(jí)差過(guò)大，注入0.4PV 的泡沫時(shí)，低滲管采收率提高值僅為13.17%。由此可見(jiàn)，對(duì)于具有一定滲透率級(jí)差的并聯(lián)巖心，該泡沫體系具有一定的封堵高滲透通道，提高驅(qū)油劑在低滲透巖心的波及體積，改善低滲透巖心的驅(qū)油效果，從而提高原油采收率。滲透率級(jí)差越大，泡沫在高滲巖心中的流動(dòng)阻力越小，泡沫優(yōu)先沿著高滲巖心運(yùn)移并突破，降低了低滲透巖心中泡沫的波及體積，使得低滲透巖心的驅(qū)油效果變差，采收率提高幅度降低。

表1 雙管并聯(lián)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 The experimental results of flooding in two parallel cores

圖5 不同高滲巖心對(duì)應(yīng)的低滲巖心泡沫驅(qū)采收率Fig.5 Foam flooding recovery of lower permeability core corresponding different permeability cores

說(shuō)明對(duì)于存在一定非均質(zhì)性的油層，注入該二元復(fù)合泡沫體系具有一定的封堵和調(diào)剖作用，能夠增大驅(qū)油劑在相對(duì)低滲透油層中的波及體積，且該泡沫體系本身具有降低油水界面張力的作用，從而能更好地改善驅(qū)油效果［9］。但是，對(duì)于層間差異過(guò)大、非均質(zhì)性極強(qiáng)的油層，注泡沫后低滲透油層的采收率提高幅度可能并不明顯，這就需要在注泡沫之前采取適當(dāng)?shù)恼{(diào)剖措施，調(diào)整流量分配，以達(dá)到最佳的泡沫驅(qū)油效果。

3 結(jié)論

(1)二元復(fù)合低界面張力泡沫體系“0.12%FC-2 +0.08%TC-12 +0.1%BS+1 500 mg/L HPAM”具有很好的配伍性和耐油性;在含油30%的條件下，氣液比為3∶1 時(shí)，表現(xiàn)出良好的起泡和穩(wěn)泡性能;油水界面張力可降至3.83 ×10－2mN/m;水驅(qū)后，泡沫驅(qū)油劑的注入量越大(0.1 ～0.4PV)，并聯(lián)雙管中的低滲巖心采收率提高幅度越大;并聯(lián)雙管的滲透率級(jí)差越大，低滲巖心提高采收率幅度越低。

(2)對(duì)于存在一定非均質(zhì)性的油層，該泡沫體系具有一定的封堵和調(diào)剖作用，能夠增大驅(qū)油劑在相對(duì)低滲透油層中的波及體積，且該泡沫體系本身具有降低油水界面張力的作用，從而能更好地改善驅(qū)油效果。但是，對(duì)于層間差異過(guò)大、非均質(zhì)性極強(qiáng)的油層，注泡沫之前仍需采取適當(dāng)?shù)恼{(diào)剖措施，調(diào)整流量分配，以達(dá)到最佳的泡沫驅(qū)油效果。

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