劉榮全 楊雙春 潘一 等

摘 要： 氣體泡沫驅油是在水驅油、化學驅油后再次進行驅油的主要手段。主要介紹了近年來研究較多的氣體泡沫驅油的研究進展，包括氮氣泡沫驅油、空氣泡沫驅油、二氧化碳泡沫驅油、甲烷泡沫驅油四種驅油方式，對上述四種方法進行了評價和比較，并對今后的研究方向提出建議。

關 鍵 詞：泡沫驅油；氮氣；空氣；二氧化碳；甲烷

中圖分類號：TE 357.9 文獻標識碼： A 文章編號：1671-0460（2016）03-0627-03

Abstract： The gas foam flooding is the main method after water flooding and chemical flooding. In this paper， development of the gas foam flooding technology in recent years was introduced， including evaluation and comparison of nitrogen foam flooding， air foam flooding， carbon dioxide foam flooding and methane foam flooding. The future research direction was proposed.

Key words： Foam displacement of reservoir oil； Nitrogen； Oxygen； Carbon dioxide； Natural gas

《21世紀中國石油發(fā)展戰(zhàn)略：中國石油論壇報告文集（第一輯）》中指出：我國石油供需缺口逐年增大， 對外國油氣資源的依賴程度不斷增加，如何以較小的經濟代價實現(xiàn)石油長期的穩(wěn)定供應以成為保障國民經濟健康發(fā)展的主要問題[1]。第八屆科博會中國能源戰(zhàn)略高層論壇中明確指出：建立穩(wěn)定的石油儲備和供應體系，依靠科技創(chuàng)新提高石油利用效率，以滿足國民經濟持續(xù)發(fā)展對石油的需求[2]。氣體泡沫驅油是利用空氣加起泡劑經氣液接觸后產生泡沫的原理，借助泡沫可有效封堵大孔道，防止氣竄現(xiàn)象的發(fā)生，顯著提升波及效率從而促使原油產出[3]。它是一種在水驅油以及聚合物驅油后提升采收率的重要方式，在很多油田廣泛使用。本文介紹了氮氣泡沫驅油、空氣泡沫驅油、二氧化碳泡沫驅油、甲烷泡沫驅油近年來的發(fā)展狀況，并對今后的發(fā)展方向提出建議。

1 泡沫驅油

氣體驅油法是在注水過程中按一定比例添加氣體和泡沫劑，利用水、氣體、泡沫劑之間產生的相互作用，促使采油率提高的方法。

1.1 氮氣泡沫驅油

由于氮氣密度比常見的油藏注入氣體密度小，因此開發(fā)中有很大的優(yōu)勢。鄭繼龍[4]等將氮氣作為介質，以礦化度為9 907.98 mPa/L的模擬油田地層水，礦化度為6 656 mPa/L的注入水、濃度為99.9%的氮氣和陰離子表面活性劑為實驗材料，通過模擬實際地層環(huán)境進行了靜態(tài)吸附實驗、熱穩(wěn)定性實驗、驅油性能實驗。結果表明，氮氣泡沫驅油具有半衰期長、配伍性能良好等優(yōu)勢，體系穩(wěn)定性、吸附性能均適用于Z36-1油田，且地層吸附對泡沫體系吸附性能影響較小，耐油性能佳，采收率提高了21.1%。中油遼河油田公司[5]對注采比高、單井取液速度低的錦16油田進行水驅轉氮氣泡沫驅油試驗，對兩口注水井進行配注，單井產液45 t，注采比1.05，氣液比1∶1，錦2-丙7-238注水125 m3，氮氣體積13 750 m3，藥劑量為2.5 t，錦2-8-08注水110 m3，氮氣體積12 210 m3，藥劑量2.3 t。日產油由轉驅前的27.1 t/d提升到轉驅后的45 t/d，采收率由轉驅前的45%提升到轉驅后的52%。陳平[6]等為解決海油開發(fā)難度大的問題，在高溫高壓可視砂管中以QHD32-6的地層水（礦化度4 500 mg/L）、注入水（礦化度2 497 mg/L）、陰離子起泡劑等材料做靜態(tài)實驗及動態(tài)實驗。靜態(tài)實驗中隨壓力增大，N2泡沫與原油形成的混合區(qū)域顏色變淺，即N2泡沫在驅替完上層的原油且封堵上部滲流通道后，可有效的驅替下部的原油；動態(tài)實驗中隨壓力升高后更多的N2溶于原油，使原油黏度大幅下降，原油采收率有明顯提高。

BZ25-1[7]油田埋藏深、溫度高、壓力大，宋志學等人為克服采油問題，以BZ25-1油田地層水（礦化度為8 907 mg/L），注入水（礦化度為6 556 mg/L），BZ25-5油田原油（黏度為6 mPa·s）及陰離子型起泡劑為材料進行實驗。配伍實驗得出該氮氣泡沫驅油體系有良好的配伍性。在靜態(tài)吸附實驗中起泡體積和穩(wěn)泡時間僅有略微減少，即底層吸附對該氮氣泡沫驅油體系影響很小。在該氮氣泡沫驅油效果實驗中，水驅后轉泡沫驅采收率由43.6%提升到58.1%。

趙金省[8]等采用并聯(lián)巖心模擬不同滲透率級差和驅替歷史的非均質儲層泡沫流動實驗，分析滲透率級差與余油分布對泡沫流動影響，進行氮氣驅油特性及效果實驗，實驗用油在45 ℃時密度為0.865 cm3，黏度為10 mPa·s，3種不同礦化度的合成鹽水（濃度分別為6 778，3 700，918 mg/L），發(fā)泡劑主要成分為部分水解聚丙烯酰胺。實驗中在滲透率級差從5.3增加至20時，氮氣泡沫驅采收率提高5.2%～12.9%。呂廣忠[9]等進行氮氣泡沫熱水驅油室內研究，進行了高溫一維模型驅油效率實驗以及雙管模型提高采收率實驗。通過對結果分析，得出了隨著含油飽和度的下降，泡沫逐漸增多，提升采油率效果逐漸明顯，且在改善波及效率及提升出油率的同時，還能增加出油速度。Kuiqian Ma[10]針對滲透率高、非均質性嚴重的SZ油田進行研究，由于注水過程中油水粘度比大，含水率高，進行氮氣泡沫驅油可行性實驗。注入氣液比為1∶1～3∶1，濃度為3 000～5 000 mg/L的發(fā)泡劑，穩(wěn)泡劑濃度為700～1 000 mg/L，以混合注入的方法注入，2011年生產結果顯示，含水率下降到3.2%～14.5%，石油產量增加30 283 m3，產量飛升0.5%，表明氮氣泡沫驅油在海上稠油油藏應用前景良好。

1.2 空氣泡沫驅油

空氣中的氧氣與原油會發(fā)生低溫氧化反應，消耗掉氧氣形成氮氣驅，同時產生大量熱量和CO2。空氣泡沫驅油已引起了國內外學者的關注。杜朝鋒等[11]針對長慶油田低滲度的地層狀況進行室內模擬實驗，用模擬油、模擬地層水和空氣為原料，濃度為0.5%的陰離子發(fā)泡劑，結果表明，低滲巖心驅油效率由18.93%提升到41.79%，高滲巖心由38.59%提升到57.34%，與單獨水驅相比驅油率提升21.0%至27.85%。中國石油長慶油田公司[12]進行試驗，利用空氣泡沫驅油提升ZJ-53油區(qū)的采油率，該油區(qū)滲透性低且孔隙多，地層水（礦化度28.60 g/L）為CaCl2型。先導實驗注入發(fā)泡劑28 863 m3，空氣28 903 m3，壓力保持水平由96.8%提升到115.7%，吸水量由8.9 m3提升到16.3 m3，水層厚度由7.6 m提升到14.7 m，日產油由見效前的47.3 t提升到62.1 t。陳振亞[13]等針對明15塊油田進行室內空氣泡沫驅低溫氧化反應動力學模型及影響因素分析，進行低溫氧化特征反應時，溫度升高，氧化速率增大，100 ℃到110 ℃尤其明顯。在地層原油黏度為2.2 mPa·s時采收率提升35.2%，粘度為21.5 mPa·s時采收率提升24.5%，原油黏度為50.8%時，采收率提升14.8%。其中正韻油提升效果最明顯，均值油提升效果最差。實驗表明，水驅后進行空氣泡沫驅可提升采收率10%～25%。許金良[14]等針對具有三低特性的甘谷驛油田采油開發(fā)難的問題進行空氣泡沫驅油室內評價。巖心驅油對比實驗中，巖心水驅油后進行空氣泡沫驅油，原油采收率提高21.17%～31.10%。直接空氣泡沫驅油實驗中，原油采收率高達87.50%～88.04%。室內實驗完成后進行了現(xiàn)場驅油試驗，以唐-80井區(qū)（共計8口井）為實驗井進行實驗。叢54-8井含水量由50%降到10%，采收率提升幅度為115%。叢54-6井含水量由65%下降到1.65%，原油采收率也有提升。唐80試驗井區(qū)實驗結果中含水量下降最大幅度為52%，單井采油最大增幅為1.15倍。張永剛[15]等人為解決超低滲裂縫性油藏的紅河油田嚴重水淹問題，進行了空氣泡沫驅油實驗，以CaC12水型地層水（Ca的質量濃度為5 486 mg/L）、礦化度為75 406 mg/L的原油為實驗材料，進行原油低溫靜態(tài)氧化實驗、泡沫封堵性能實驗以及泡沫輔助空氣驅提高采收性能研究。結果表明空氣泡沫具有較佳的封堵能力，且采收率較水驅提升17%以上。陳弓啟[16]等針對具有超低滲特性的油藏進行空氣泡沫驅油實驗，以五里灣長6部分井為試驗井組，平均油層厚度為15.7 m，孔隙度為11.62%，滲透率3.12×10-3μm2，含油飽和度53.6%，地層水水型為CaCl2型，礦化度為78.43 g/L，注入氣液比由1∶1逐步增加至2∶1。結果表明，空氣泡沫能有效提升剩余油的開采效果，可使采收率增加至4.2%。

1.3 二氧化碳泡沫驅油

二氧化碳非混相驅油極易發(fā)生氣竄，劉向斌[17]為有效控制氣竄的發(fā)生，進行二氧化碳泡沫驅油研究。以宋芳屯油田芳48斷塊進行二氧化碳泡沫驅油實驗，累積注入二氧化碳268.8 t，二氧化碳注入壓力由初始的10.0 MPa提升至14.5 MPa。措施實施后，泡沫波及面積增大，達到了封堵氣竄通道的目的，18個月累積增產油467 t。Mo Di[18]等對二氧化碳泡沫驅油進行研究，在室內試驗中，利用納米二氧化碳對剩余油進行驅替。對實驗結果進行分析，納米二氧化碳泡沫具有良好的提升采收率效果，可使采收率提升35.8%～48.7%，巫光勝[19]等針對水驅僅能采出地質儲存量的40%的現(xiàn)況，進行自生CO2泡沫驅油探索，以總礦化度為5 400 mg/L的地層水，體系注入量為0.5 PV的黃原膠（1 500×10-6），0.5 PV的自生泡沫復合體系（0.15%黃原膠、+0.15ASBG+3%的生氣劑）等材料進行實驗。在界面張力降低為10-2mN/m數(shù)量級的條件下，濃度為3%與5%的自生CO2泡沫驅油采收率較單獨采用黃原膠體系采油率提高6.2%與8%，濃度越大，提升采收率越多。

1.4 甲烷泡沫驅油

潘廣明[20]等模擬冀東油田油藏油水條件，分別用CEA/FSA1與CEA/DHF-1為泡沫劑，CH4為發(fā)泡氣體，分別進行了單管封堵實驗，雙管驅油實驗。結果表明泡沫封堵性能良好，泡沫阻力因子為127，強化后泡沫的阻力因子為438，遠大于單一泡沫，高低滲水管水驅采出程度分別為54.6%、4.1%，CH4泡沫驅后高低滲模型采出程度分別為73.4%、31.1%，分別提高18.8%，27.0%。Wu Wenxiang[21]利用ASPF體系進行天然氣泡沫驅油實驗研究，進行室內實驗與現(xiàn)場實驗。結果表明，采油率隨著界面張力（IFT）降低而提高，ASPF體系天然氣泡沫驅油不僅擴大了波及效率，而且也是采油率大幅提升30%。氣體泡沫驅油體積波及效率通常較差，為提升體積波及效率，Rasak Mayowa Sunmonu[22]進行了天然氣泡沫驅油研究，以提升尼日利亞石油產量，以靜態(tài)模型為主體，以砂油油藏特有的填充物進行填充進行實驗，其中氣體注射采收率提升了35%，泡沫注射采收率提升了54%。

2 結束語

氣體泡沫驅油是二次采油以及三次采油的重要方式，本文對近年來氣體驅油的發(fā)展概況進行了綜述，氮氣泡沫驅氣源廣，價格低，腐蝕輕等特點，大慶油田、勝利油田、新疆等諸多油田廣泛應用；空氣泡沫驅成本低，安全性能好，增油效果顯著，百色油田、中原油田等已有應用；CO2泡沫驅是公認國內發(fā)展最快提高采收率的技術，但是因國內CO2氣體稀缺等問題，目前各個油田應用較少；天然氣泡沫驅可以提高波及系數(shù)及洗油效率的目的，但由于天然氣價格較昂貴，利用的油田較少[23]。筆者認為，目前我國氣體泡沫驅油技術有待提高，與國際領先水平有一定差距，可針對中國大部分油田的特點，以及氣體來源的容易與否進行理性分析，綜合考慮，從而確立主要的研究發(fā)展方向，早日在氣體泡沫驅油高端技術上與國際接軌。

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