楊雪瑞，蒲萬芬，張明科，米翔，方正魁

(1.西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610500;2.克拉瑪依市寶石路256號石西油田作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000)

在中國已探明的儲量中，低滲透油藏儲量約占2/3以上，然而低滲透油氣田在合理高效開發(fā)上一直存在很多尚未完全解決的技術(shù)難題[1]。對于低滲油藏而言，氣驅(qū)提高采收率比傳統(tǒng)的水驅(qū)效果更好，但是氣驅(qū)容易產(chǎn)生氣竄從而導致驅(qū)油效果下降。泡沫驅(qū)油技術(shù)則在氣驅(qū)提高采收率技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它既可以發(fā)揮氣驅(qū)的驅(qū)替作用又能減少氣竄的不利影響[2-4]。

除此之外，泡沫可以顯著改善油藏的吸水剖面，提高洗油效率進而擴大后續(xù)水驅(qū)的波及系數(shù)，能有效防止水驅(qū)過程中的竄流和指進現(xiàn)象[5]。近年來，泡沫驅(qū)提高采收率技術(shù)已經(jīng)在各大油田成功應(yīng)用，特別是在低滲油藏以及特低滲油藏中作用效果尤為顯著[6]，與普通泡沫比較而言，強化泡沫能夠大幅度提高泡沫的洗油效率和驅(qū)油效率[7-11]。

新疆SN油藏的主力油層為K1q1-3砂層，滲透率分布0.6×10-3～358×10-3μm2，平均滲透率為23×10-3μm2、滲透率變異系數(shù)為0.45，平均滲透率級差為9.35，油藏溫度為73 ℃，地層水礦化度為12 486.1 mg/L。該油藏經(jīng)過多年高效開發(fā)，目前采出程度已高達27.6%，目前油藏存在含水上升快，遞減加大的問題，為了實現(xiàn)油藏的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，針對油藏低滲、非均質(zhì)較強的特點，可采用泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)來解決[12]，為此，本工作針對油藏條件構(gòu)筑了強化泡沫體系配方，研究了對低滲透油藏開展強化泡沫調(diào)驅(qū)的效果，為泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)在該油藏的順利實施提供技術(shù)支持。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

起泡劑：α-烯基磺酸鈉(AOS)、十二烷基苯磺酸鈉(LAS-30)、辛癸基葡糖苷(APG0810)、椰子油二乙醇酰胺(CDEA1∶1.5L)、月桂基兩性咪唑啉(LAD-40)、復配表面活性劑(NB-95)、甜菜堿類表面活性劑(SB)、十二烷基羥磺基甜菜堿(LHS)，山東優(yōu)索化工有限公司；穩(wěn)泡劑：三乙醇胺、丙三醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素鈉、親水型氣相納米SiO2、生物多糖X、刺槐豆膠、瓜爾豆膠，阿拉丁試劑(上海)有限公司；可得然膠、卡拉膠和結(jié)冷膠，湖北糖柜食品有限公司。

Memmert恒溫箱，德國Memmert公司；Waring Blender攪拌器，美國Waring公司；布氏黏度計，美國Brookfield公司；Leica顯微鏡，德國Leica公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗條件

1.2.2 泡沫體系篩選

1.2.2.1 泡沫單劑優(yōu)選

用地層水配制8組100 mL質(zhì)量分數(shù)均為0.2%的各起泡單劑溶液，放入73 ℃恒溫箱中預(yù)熱3～5 h。將預(yù)熱后的起泡劑體系倒入攪拌器中，以6 000 r/min轉(zhuǎn)速攪拌1 min形成泡沫，迅速將生成的泡沫倒入己預(yù)熱的1 L量筒中，用塑料薄膜將量筒封口并置于73 ℃恒溫箱中，記錄起泡體積(V0)和起泡劑體系析出50 mL液體時所需時間(t1/2)即析液半衰期。每組實驗重復一次，取其平均值，并計算泡沫綜合指數(shù)(Fq)：Fq=0.75V0t1/2。

1.2.2.2 復配體系優(yōu)選

固定總起泡劑質(zhì)量分數(shù)為0.2%，將初篩的4種起泡劑分別按照不同比例進行兩兩復配，確定最優(yōu)的復配體系的組成。

1.2.2.3 強化泡沫體系的構(gòu)筑

固定0.25% AOS/SB(質(zhì)量比4∶1)復配泡沫體系加量，加入不同類型的穩(wěn)泡劑，確定適合油藏溫度條件的穩(wěn)泡劑；調(diào)整穩(wěn)泡劑加量，確定最佳濃度范圍。

1.2.3 強化泡沫體系本體溶液黏度及泡沫的微觀結(jié)構(gòu)測定

將旋轉(zhuǎn)黏度測試儀溫度調(diào)至73 ℃，剪切速率為7.34 s-1，測試強化泡沫溶液和普通泡沫溶液的黏度；利用Leica顯微鏡觀察強化泡沫和普通泡沫的微觀結(jié)構(gòu)(為保證泡沫結(jié)構(gòu)不被外力破壞，此時觀察泡沫時未加蓋玻片)。

1.2.4 并聯(lián)巖心實驗

模擬目標油藏溫度、壓力，采用兩組不同滲透率的并聯(lián)巖心，開展泡沫調(diào)驅(qū)室內(nèi)物理模擬實驗，水驅(qū)以及泡沫驅(qū)的速度均為3.97 m/d、泡沫氣液比2∶1(常溫常壓氣液比161∶1)、泡沫注入總量為0.5 PV，泡沫驅(qū)開始以及后續(xù)水驅(qū)結(jié)束的時間節(jié)點均為高滲透巖心產(chǎn)水率為98%。實驗流程如圖1所示。

圖1 并聯(lián)巖心模擬泡沫調(diào)驅(qū)實驗流程

2 結(jié)果與討論

2.1 泡沫體系的確定

2.1.1 起泡劑配方

起泡劑的起泡體積越大，析液半衰期越長，綜合指數(shù)越大，其起泡性能越強。根據(jù)8組不同類型起泡劑的起泡體積、析液半衰期以及綜合指數(shù)(表1)三個指標，優(yōu)選出起泡性能良好的4種起泡劑：AOS、APG0810、SB、NB-95。通過它們之間的兩兩復配研究其協(xié)同效應(yīng)，實驗結(jié)果如圖2所示。

表1 起泡單劑的泡沫性能評價

圖2 復配體系起泡性能

從圖2可以看出， AOS/SB(4∶1)的復配體系的泡沫綜合指數(shù)最高，其次是AOS/NB-95(1∶2)、SB/APG(1∶2)，通過調(diào)整此三組復配體系的濃度來確定最適宜的復配體系的組成。設(shè)置質(zhì)量分數(shù)范圍為0.1%～0.4%，均勻選取7個濃度點進行測試，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同質(zhì)量分數(shù)下的各復配體系的綜合指數(shù)

從圖3可以看出：AOS/SB(4∶1)復配泡沫體系在選定的濃度范圍內(nèi)均具有較高的綜合指數(shù)值，故確定該復配體系為最優(yōu)組合。從成本角度考慮，選取濃度0.25%的AOS/SB(質(zhì)量比4∶1)復配組成構(gòu)筑強化泡沫體系。

2.1.2 穩(wěn)泡劑配方

表2為不同穩(wěn)泡劑對起泡體積的影響。

表2 不同穩(wěn)泡劑對泡沫性能的影響

從表2可以看出，11種穩(wěn)泡劑對起泡體積的影響不明顯，對析液半衰期的影響呈現(xiàn)較大差異，其中生物多糖X可將泡沫的析液半衰期(t1/2=3.1 min)提高至32.6 min，即穩(wěn)泡效果最好。其原因可能是：一方面，穩(wěn)定劑生物多糖X加入溶液中可形成超會合結(jié)構(gòu)大大提高液體的黏度；另一方面，大分子可以進入氣液界面，增加界面膜厚度和提高界面分子排列的緊密程度(圖4)，從而降低泡沫排液速度，使泡沫更穩(wěn)定，析液半衰期延長。但是實驗發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定劑加量太大會使泡沫體積降低，為了保證泡沫體系能夠具有高效性，通過調(diào)整穩(wěn)定劑加量確定最佳配方。由圖5中綜合指數(shù)各節(jié)點之間的斜率發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)泡劑加量為0.05 g時V0>500 mL且此時t1/2>9 min，從成本角度考慮，最佳穩(wěn)泡劑加量定為0.05%，即最終確定0.05% X+0.25% AOS/SB(4∶1)的強化泡沫體系構(gòu)成。

圖4 生物多糖X泡沫增穩(wěn)示意

圖5 生物多糖X加量對強化泡沫體系的泡沫性能的影響

2.2 強化泡沫體系的穩(wěn)泡性能分析

從前述實驗結(jié)果可知，加入0.05%穩(wěn)泡劑后形成的強化泡沫的體系的析液半衰期是普通泡沫體系的2～3倍，該現(xiàn)象說明了生物多糖X對該泡沫體系的穩(wěn)泡作用較強。采用兩種方式來解釋其穩(wěn)泡的原因：一方面，利用液相黏度測試強化泡沫體系的本體黏度，實驗得到在相同溫度和剪切速率條件下它的黏度是普通泡沫體系的黏度(0.56 mPa·s)的3倍以上，由此可以說明生物多糖X通過增加液相的黏度實現(xiàn)穩(wěn)泡。另一方面，利用Leica顯微鏡觀察強化泡沫與普通泡沫形態(tài)(圖6)可知，隨著時間的延長，兩種泡沫的氣泡液膜均會因為重力等因素發(fā)生排液而導致液膜變薄，而使泡沫破裂，但對比發(fā)現(xiàn)0.05% X+0.25% AOS/SB(4∶1)構(gòu)筑的強化泡沫體系形成的泡沫(圖6b)排列更緊密，膜壁厚實，理論上排液速度降低，氣泡間的氣體交換速度降低，穩(wěn)定性較好，觀察氣泡消泡數(shù)量明顯小于普通泡沫，即驗證了穩(wěn)定劑的加入抑制了泡沫的破裂，在一定程度下可以增強泡沫的穩(wěn)定性。

圖6 顯微鏡下泡沫形態(tài)隨時間的變化情況

2.3 強化泡沫的調(diào)驅(qū)效果

2.3.1 不同滲透率級差條件下的調(diào)驅(qū)效果

截止目前，泡沫調(diào)驅(qū)在現(xiàn)場應(yīng)用上仍面臨很多問題[13-15]。泡沫必須具有良好的封堵效果，才能建立較高的阻力，從而提高采收率[16]。本實驗采用滲透率不同的兩組并聯(lián)巖心模擬油藏縱向非均質(zhì)條件，滲透率大小在22～330 mD范圍內(nèi)選取，分別組成滲透率級差為9.42、14.86的兩組巖心，在溫度73 ℃、壓力20 MPa條件下進行物理模擬實驗，強化泡沫體系0.05% X+0.25% AOS/SB(4∶1)在并聯(lián)巖心中的驅(qū)油效果見表3及圖7、圖8所示。

表3 不同級差下的N2泡沫驅(qū)油情況

圖7 雙并聯(lián)巖心泡沫驅(qū)采收率變化

從表3及圖7、圖8可以看出，在前期水驅(qū)階段，兩種滲透率級差下，低滲巖心無法啟動，分流率均為0，原因是由于水驅(qū)建立起來的注入壓差小于低滲巖心的毛管力，注入水沿著高滲巖心的優(yōu)勢通道滲流；注入泡沫后，高滲巖心的分流率開始明顯降低，低滲巖心的分流率逐漸增加，這表明高滲巖心作為優(yōu)勢通道，注入的泡沫體系會優(yōu)先進入到高滲巖心發(fā)生滲流，隨著滲流阻力逐漸增大，巖心兩端的壓差升高，此階段低滲巖心剩余油被啟動；轉(zhuǎn)注水驅(qū)后，隨著注入體積增加，在一定階段高滲巖心分流率開始增加，低滲巖心分流率開始減小，表明注入的泡沫主要進入到了高滲巖心，起到了良好的調(diào)剖效果，兩組巖心分別提高采收率32.06%和14.36%。

圖8 雙并聯(lián)巖心泡沫分流率變化

2.3.2 相同級差不同滲透率條件的調(diào)驅(qū)效果

實驗采用3組滲透率不同級差相近的巖心進行泡沫驅(qū)油實驗研究，考察在非均質(zhì)不同滲透率條件的泡沫驅(qū)油效果，其實驗設(shè)備及實驗流程1.2.4實驗步驟一致。巖心數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果見表4所示。

表4 不同滲透率下的N2泡沫驅(qū)油情況

由表4可見，在滲透率不同的雙并聯(lián)巖心進行前期水驅(qū)階段，低滲巖心原油均未被啟動，水驅(qū)的驅(qū)油效率均為0，產(chǎn)油均來自高滲巖心。當注入氣/液在巖心形成泡沫后，泡沫首先進入到高滲透層，在通過巖石孔喉處發(fā)生賈敏效應(yīng)產(chǎn)生附加阻力，迫使后續(xù)水部分轉(zhuǎn)向低滲透巖心開始啟動其中的剩余油，而高滲透巖心繼續(xù)產(chǎn)油。在實驗所設(shè)計的級差范圍內(nèi)，高低滲透巖心提高采收率均可提高25%以上，最終巖心總采收率均可達到40%以上。通過三組實驗對比發(fā)現(xiàn)，高低滲透率組合V的低滲巖心提高采收率可達42.28%，表明當級差相同時，雙并聯(lián)巖心滲透率越低，低滲巖心更易啟動。

3 結(jié) 論

a.AOS和SB的質(zhì)量比為4∶1時憑借其優(yōu)良的協(xié)同效應(yīng)，在體系濃度大于0.25%以后相對其他復配體系具有最強的起泡性能；0.05%生物多糖X的加入，0.25% AOS∶SB(4∶1)體系具有更強的穩(wěn)泡性能。

b.0.25% AOS∶SB(4∶1)+0.05%生物多糖X強化泡沫體系具有較好的調(diào)剖效果，啟動低滲層，提高低滲層采收率25%以上，非常適用于新疆SN這一類低滲以及較強非均質(zhì)油藏的調(diào)驅(qū)。

c.起泡性能良好的起泡劑其復配體系具有良好的復配效果，為起泡劑的篩選和復配工作提供了新的參考。