張 強，張軍輝，季 聞，胡 雪，趙 軍，孔麗萍

（中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司鉆采工程研究所，天津 300452）

自生氣泡沫驅(qū)油技術(shù)是最近幾年新發(fā)展的一種泡沫驅(qū)油技術(shù)，是指向地層中注入某種鹽與起泡劑和穩(wěn)泡劑的混合物，在地層溫度壓力下產(chǎn)生氣體，生產(chǎn)泡沫體系，自生氣體系一般采用氮氣和二氧化碳作為氣相[1-3]。由于泡沫具有遇油消泡、遇水穩(wěn)定的特點，因此，自生泡沫體系驅(qū)油機理包括有驅(qū)替作用、抑制黏性指進和穩(wěn)定驅(qū)替前緣、氣阻效應(yīng)、剝離油膜以及乳化、攜帶作用等，具有降低油水界面張力，擴大體積波及系數(shù)，降低原油黏度，控制油水流度比，能夠顯著提高原油采收率而受到越來越多的關(guān)注[4-10]。

渤海J油田位于渤海南部海域，介于黃河口凹陷與渤中凹陷之間，其砂二段油層孔隙度為15.3 %，滲透率為30 mD，該儲層具有埋藏深、溫度高、壓力高的特點，屬于異常高壓、低滲油藏。長期注水開發(fā)，導(dǎo)致儲層的非均質(zhì)性加劇，造成生產(chǎn)井見水早，含水上升過快，甚至造成水淹，為了有效動用低滲斷儲層，需要新的調(diào)剖調(diào)驅(qū)技術(shù)。常規(guī)的泡沫驅(qū)技術(shù)因其所需注氣設(shè)備過于龐大，受限于海上平臺空間，而無法大規(guī)模應(yīng)用，本文開展了自生氮氣泡沫復(fù)合調(diào)驅(qū)體系研究，為渤海J油田穩(wěn)油控水提高采收率提供相關(guān)工藝參數(shù)，同時為海上泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)研究提供有用參考。

1 實驗部分

1.1 實驗藥劑與儀器

實驗藥劑：渤海J油田注入水、亞硝酸鈉、氯化銨、起泡劑、抑制劑A、抑制劑B、催化劑、起泡劑若干。

實驗儀器：FoamScan（法國泰克利斯公司），BSA電子天平（德國賽多利斯公司），多點磁力攪拌（美國Variomag公司），TW20恒溫水浴、填砂管模型（38 mm×30 cm），恒溫烘箱，ISCO注入泵、壓力傳感器、真空泵、中間容器及管閥件等。

1.2 實驗方法

1.2.1 自生氮氣配方體系評價

（1）根據(jù)實驗條件，分別配制不同質(zhì)量濃度的生氣劑溶液、催化劑及抑制劑溶液；

（2）將實驗濃度條件的催化劑體系置于反應(yīng)容器中，待水浴達到實驗溫度后，將反應(yīng)容器置于水浴中恒溫30 min；利用分液漏斗按照指定的速度加入生氣劑，開始實驗。反應(yīng)時間120 min，記錄生成氣體的體積。

1.2.2 泡沫體系評價

（1）根據(jù)實驗條件分別配制不同濃度的起泡劑溶液，將配制好的起泡劑溶液置于恒溫水浴中恒溫30 min；

（2）采用泡沫掃描儀評價泡沫的性能，設(shè)定實驗所需的參數(shù)，采用N2作為起泡介質(zhì)，分別得到起泡體積、泡沫衰減曲線及泡沫液膜含液量，并計算泡沫體系的泡沫穩(wěn)定指數(shù)FSI（Foam Stability Index）。

圖1 泡沫穩(wěn)定指數(shù)FSI計算方法示意圖

如圖1所示，計算得到泡沫穩(wěn)定指數(shù)，計算公式如下：

式中：C0-切線處對應(yīng)的電導(dǎo)率，μS/cm；ΔCt-t1與t2的電導(dǎo)率之差，μS/cm；Δt-t1與t2的時間之差，s。

1.2.3 自生氮氣泡沫復(fù)合驅(qū)體系物理模擬評價

（1）封堵性評價：采用雙管并聯(lián)的方式開展實驗研究：①將填砂管根據(jù)渤海J油田的平均滲透率充填，抽真空4 h，并飽和水；②將模型置于75 ℃烘箱中恒溫12 h；③水驅(qū)至壓力平穩(wěn)，記錄注入壓力ΔP1；④段塞式注入0.2 PV的泡沫體系和0.2 PV的自生氮氣體系，記錄注入壓力ΔP2；⑤后續(xù)水驅(qū)至壓力穩(wěn)定，記錄壓力ΔP3。

（2）驅(qū)油性能評價：①按（1）中描述準(zhǔn)備填砂管并飽和水；②飽和油，并置于75 ℃烘箱中老化24 h；③以恒速水驅(qū)至產(chǎn)出液中瞬時含水98 %；④段塞式注入0.2 PV的泡沫體系和0.2 PV的自生氮氣體系；⑤后續(xù)水驅(qū)，至產(chǎn)出液中瞬時含水98 %，并記錄實驗過程中的壓力及產(chǎn)液等數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 自生氮氣體系配方研究

根據(jù)實驗條件，分別從生氣劑配比、生氣劑濃度、反應(yīng)溫度、催化劑濃度以及抑制劑濃度考察其對自生氮氣體系生氣量的影響。

圖2 生氣劑配比對體系生氣量的影響

圖3 主劑濃度對體系生氣量的影響

2.1.1 生氣劑配比對體系產(chǎn)氣量的影響 從實驗結(jié)果看出（見圖2），當(dāng)NH4Cl與NaNO2的配比為1.1：1.0時，體系具有最高的產(chǎn)氣量。結(jié)合實驗結(jié)果可以判斷，由于NH4Cl與NaNO2二者在溶液中的電離平衡不同，當(dāng)二者的質(zhì)量比為1.1：1.0時，體系的電離達到平衡，若再提高NH4Cl的量則會使反應(yīng)平衡向逆向移動，主劑電離出的反應(yīng)物濃度降低，產(chǎn)氣效率降低。

2.1.2 體系濃度對體系生產(chǎn)氣量的影響 從實驗結(jié)果（見圖3）看出，反應(yīng)初始階段的反應(yīng)速率以及最終的產(chǎn)氣量隨著反應(yīng)濃度的升高而增加，結(jié)合該體系的動力學(xué)方程，可以判斷，隨著反應(yīng)物濃度C的升高，反應(yīng)不斷向正向進行，反應(yīng)產(chǎn)物不斷增加。但受體系溶解度的影響，反應(yīng)物的濃度不宜過高。

2.1.3 催化劑濃度對體系產(chǎn)氣量的影響 不同催化劑濃度對體系產(chǎn)氣量的影響（見圖4），可以看出，隨著催化劑濃度的升高，催化作用更明顯，在反應(yīng)的初期，催化劑濃度越高，反應(yīng)速率越快，體系產(chǎn)氣量較高；但催化劑濃度達到1.5 %后，增加催化劑的量，不會對體系的產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速率等產(chǎn)生明顯的提升作用?？梢耘袛?，催化劑的加入有效的降低體系反應(yīng)的活化能，促進反應(yīng)的進行，體系反應(yīng)啟動后，反應(yīng)自身產(chǎn)生活化因子促進反應(yīng)的正向進行，此時催化劑的作用降低。但，催化劑的過量加入會使NO2-與H+結(jié)合形成HNO2，HNO2極不穩(wěn)定，常溫下會分解產(chǎn)生有毒氣體NO和NO2。

2.2 泡沫體系配方優(yōu)選

本文選取8種起泡劑，分別采用泡沫掃描儀（FoamScan）和TX-500C旋轉(zhuǎn)滴界面張力測定儀分析泡沫的性能以及起泡劑體系的洗油能力。

不同起泡劑在不同濃度時的起泡體積（見圖5），實驗結(jié)果看出，整體上起泡體積相差不大，其中FP-2、FP-7的起泡體積較低。隨著起泡劑濃度的增加起泡體積不斷提高，當(dāng)起泡劑濃度在0.5 %后，起泡體積的增加趨勢變緩。當(dāng)泡沫液膜表面的表面活性劑分子達到飽和狀態(tài)后，再增加起泡劑的濃度，起泡體積不會大幅增加。

圖4 催化劑濃度對體系產(chǎn)氣量的影響

圖5 起泡劑濃度對起泡體積的影響

對比分析了不同起泡劑的泡沫穩(wěn)定系數(shù)（見圖6）。從式（1）看出，泡沫穩(wěn)定系數(shù)FSI是利用泡沫電導(dǎo)率和消泡時間計算得到的參數(shù)，用來表征泡沫的穩(wěn)定性，穩(wěn)定系數(shù)越高，穩(wěn)定性越好?？梢钥闯?，此時FP-4、FP-1以及FP-5具有較高的FSI，穩(wěn)定性較好。

圖6 不同起泡劑的泡沫穩(wěn)定系數(shù)對比圖（0.5 wt.%）

圖7 自生氮氣泡沫體系封堵性能實驗結(jié)果

圖8 自生氮氣泡沫體系驅(qū)油實驗開采曲線

2.3 自生氮氣泡沫復(fù)合體系調(diào)驅(qū)性能評價

2.3.1 復(fù)合體系封堵性能 復(fù)合體系的封堵性能實驗結(jié)果（見圖7），可以看出，在前期水驅(qū)中，高滲層的分流率穩(wěn)定在98 %左右，后續(xù)開始注入復(fù)合驅(qū)體系，高滲層的分流率開始下降，低滲層分流率上升，并出現(xiàn)分流率反轉(zhuǎn)，最終高滲層分流率保持在76 %，低滲層分流率24 %。從實驗結(jié)果看出，由于化學(xué)反應(yīng)在巖心中的持續(xù)反應(yīng)，使得泡沫能夠不斷的生成，較常規(guī)的泡沫在地層中破裂重組不同，自生氮氣泡沫體系產(chǎn)生的泡沫質(zhì)量較高，穩(wěn)定性更佳，因而對高滲層具有較好的封堵效果，具有較好的抑流轉(zhuǎn)向的作用。

2.3.2 復(fù)合體系驅(qū)油性能 自生氮氣泡沫體系驅(qū)油實驗結(jié)果（見圖8）。當(dāng)水驅(qū)見水后，產(chǎn)出液含水率迅速上升，當(dāng)含水率達到92 %后，含水率上升變緩，水驅(qū)采收率37.63 %；轉(zhuǎn)注自生氮氣泡沫體系后，在氣體與泡沫體系共同作用下，含水率迅速下降，注入壓力和采出程度顯著上升，較水驅(qū)提高采收程度約21.86 %。表面活性劑以及自生氮氣體系產(chǎn)生的熱量、氣體以及泡沫體系的協(xié)同作用，可以較好的發(fā)揮體系的增能驅(qū)油作用，使得采收率有了較大程度的提高。

3 結(jié)論

（1）不同的生氣劑主劑配比對自生氮氣產(chǎn)氣量有一定的影響，主劑濃度越高，體系的生氣量越大；催化劑可以有效的提高體系的產(chǎn)氣效率，但當(dāng)催化劑濃度達到2 %后，催化作用減弱，且過量的催化劑會產(chǎn)生有毒氣體，需控制催化劑的用量；抑制劑可以有效控制主劑之間的反應(yīng)。

（2）采用泡沫掃描儀從起泡體積、泡沫穩(wěn)定系數(shù)、泡沫液膜含液量綜合評價不同起泡劑的泡沫性能，得到性能較好的起泡劑FP-4。

（3）自生氮氣泡沫體系具有較好的封堵作用，具有一定的抑流轉(zhuǎn)向的作用；表面活性劑以及自生氮氣體系可以更好的發(fā)揮增能及驅(qū)油的作用，使得采收率有了較大程度的提高。