宮宇寧，王宇豪，朱舟元

（1.中國(guó)石油 遼河油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，遼寧 盤(pán)錦 124000；2.中國(guó)石化 石油機(jī)械股份有限公司 江鉆公司，武漢 430000；3.中國(guó)石油大學(xué)（北京）安全與海洋工程學(xué)院，北京 102249）

蒸汽泡沫驅(qū)主要利用耐高溫起泡劑降低界面張力，使蒸汽和熱水在地層中原位產(chǎn)生泡沫，降低氣體的表觀流動(dòng)能力，從而達(dá)到提高蒸汽驅(qū)或蒸汽吞吐波及效率，并提高蒸汽驅(qū)采收率的目的[1]。20世紀(jì)70年代—90 年代，蒸汽泡沫驅(qū)廣泛應(yīng)用于北美和南美的普通稠油和超稠油油藏的蒸汽驅(qū)及蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)，其在提高采收率方面效果顯著。近年來(lái)，中國(guó)蒸汽泡沫驅(qū)的室內(nèi)研究、礦場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用呈迅速上升趨勢(shì)。因此，研究和總結(jié)國(guó)外蒸汽泡沫驅(qū)的經(jīng)驗(yàn)對(duì)中國(guó)稠油油藏高效開(kāi)發(fā)具有重要的意義。

本文分析總結(jié)了18 個(gè)國(guó)外稠油油田區(qū)塊蒸汽泡沫驅(qū)的動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)和礦場(chǎng)實(shí)施效果，并從蒸汽溫度、蒸汽干度、起泡劑類型、起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、注入時(shí)機(jī)和起泡劑注入方式6 個(gè)方面對(duì)蒸汽泡沫驅(qū)實(shí)施效果的影響進(jìn)行了分析。

1 蒸汽泡沫驅(qū)礦場(chǎng)實(shí)施效果

稠油油藏水驅(qū)效果不顯著，只能通過(guò)蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)等熱采的方式進(jìn)行開(kāi)采[2-3]。本文分析的均為蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)約10 a 之后轉(zhuǎn)為蒸汽泡沫驅(qū)的油田區(qū)塊，因此，可認(rèn)為蒸汽泡沫驅(qū)是蒸汽驅(qū)或者蒸汽吞吐的接替方式。這些油田區(qū)塊目的層大多埋藏較淺，為300～800 m，埋藏較深的是位于美國(guó)加州的Cat Canyon 油田，目的層埋深為1 051～1 318 m[4]；油藏地層壓力一般較小，約0.6～2.0 MPa；蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)后蒸汽加熱區(qū)地層溫度較高，一般為200～300 ℃；油藏儲(chǔ)集層均為砂巖，局部含有高孔高滲汽竄條帶或低滲泥巖；儲(chǔ)集層孔隙度較大，約30.0%；滲透率也較大，多數(shù)為500～2 000 mD；原油均為稠油、特稠油或超稠油；原油地面條件下的黏度較大，大多為100～10 000mPa·s，其中，加拿大阿爾伯塔省的Athabasca 油砂的原油黏度高達(dá)2 000 000 mPa·s[5]（表1）。

表1 國(guó)外蒸汽泡沫驅(qū)油田區(qū)塊基礎(chǔ)信息Table 1.Summary of basic information of foreign oilfields developed by steam foam flooding

（1）美國(guó)加州Midway-Sunset 油田 在1985 年之前的近50 a內(nèi)，蒸汽驅(qū)是提高該油田稠油采收率的最成功的開(kāi)采方式，其蒸汽驅(qū)產(chǎn)量達(dá)57 034.00 m3/d[6-7]。盡管蒸汽驅(qū)的經(jīng)濟(jì)效益顯著，但由于高滲條帶造成蒸汽過(guò)早突破或由于蒸汽超覆作用，未能波及到的原油量亦然可觀。為了提高蒸汽波及效率，在一些區(qū)塊開(kāi)始注入起泡劑使蒸汽轉(zhuǎn)向沒(méi)有波及到的區(qū)域，從而提高采收率。15A 區(qū)塊是第一個(gè)進(jìn)行先導(dǎo)試驗(yàn)的區(qū)域，26C 區(qū)塊是第二個(gè)進(jìn)行先導(dǎo)試驗(yàn)的區(qū)域，均取得了較好的改善效果。Dome-Tumbador區(qū)塊包含4個(gè)反五點(diǎn)井組，在經(jīng)歷了7 a的蒸汽驅(qū)之后，蒸汽超覆現(xiàn)象嚴(yán)重。為了解決這個(gè)問(wèn)題，自1985 年開(kāi)始實(shí)施蒸汽泡沫驅(qū)。原油產(chǎn)量由原來(lái)的135.00 m3/d提高至168.00 m3/d，注入井注入壓力提高為原來(lái)的1.29 倍。4 a 內(nèi)累計(jì)注入起泡劑為2.960×106kg，累計(jì)增油量為19.66×105m3，起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為15.056 kg/m3，增產(chǎn)效果好。

（2）美國(guó)加州Kern River 油田 該油田的Mecca、Bishop 和McManus 208 區(qū)塊進(jìn)行了蒸汽泡沫驅(qū)試驗(yàn)[8-10]。Mecca 區(qū)塊儲(chǔ)集層地質(zhì)復(fù)雜，非均質(zhì)性較強(qiáng)，蒸汽超覆現(xiàn)象嚴(yán)重。該區(qū)塊包括4 個(gè)反五點(diǎn)井組，經(jīng)歷了9 a 蒸汽吞吐和10 a 蒸汽驅(qū)。1980 年，開(kāi)始實(shí)施蒸汽泡沫驅(qū)，向油層中注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的起泡劑和干度為50%的蒸汽，連同氮?dú)夂退黄鹱⑷氲貙印? a 后，在注入了0.3 PV 起泡劑后，該區(qū)塊原油產(chǎn)量從15.93 m3/d 增長(zhǎng)為59.74 m3/d，此后保持高采油速率直到注蒸汽結(jié)束。Mecca 區(qū)塊蒸汽泡沫驅(qū)歷時(shí)55個(gè)月，累計(jì)注入起泡劑為6.300×105kg，累計(jì)增油量為3.120×104m3，約為原始地質(zhì)儲(chǔ)量的14.0%。Bishop區(qū)塊儲(chǔ)集層同樣復(fù)雜，3 層不連續(xù)的頁(yè)巖隔層穿插在儲(chǔ)集層中，非均質(zhì)性強(qiáng)。該區(qū)塊包括4 個(gè)反五點(diǎn)井組，與Mecca 區(qū)塊不同的是，該區(qū)塊經(jīng)歷了19 a 蒸汽吞吐和1 a蒸汽驅(qū)。從1982年開(kāi)始，該區(qū)塊以Mecca區(qū)塊同樣的注入方式注入蒸汽泡沫，44個(gè)月內(nèi)累計(jì)注入起泡劑為5.620×105kg。Bishop 區(qū)塊蒸汽泡沫驅(qū)效果不好，累計(jì)增油量為1.310×104m3，為原始地質(zhì)儲(chǔ)量的5.5%。McManus 208 區(qū)塊儲(chǔ)集層發(fā)育高滲汽竄條帶，該區(qū)塊具有1 個(gè)反五點(diǎn)井組，注入蒸汽溫度為200 ℃。累計(jì)注入起泡劑為2.520×105kg，累計(jì)增油量為596.000 m3，起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為422.819 kg/m3，增產(chǎn)效果較差。

（3）美國(guó)加州Guadalupe 油田 該油田儲(chǔ)集層為高孔高滲儲(chǔ)集層，初期采用蒸汽驅(qū)開(kāi)采，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期注蒸汽，注汽井和生產(chǎn)井之間形成了優(yōu)勢(shì)通道[11]。為了減弱蒸汽竄進(jìn)現(xiàn)象，1984年，油田進(jìn)行了10個(gè)月的蒸汽泡沫驅(qū)試驗(yàn)，蒸汽干度為75%，1.167×105kg起泡劑被注入到4口井中。注入井注入壓力提高1.38～1.72 MPa，8 口生產(chǎn)井累計(jì)增油量為4.680×103m3，起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量約24.936 kg/m3。

（4）美國(guó)加州Cymric 油田 1991 年5 月，開(kāi)始注入蒸汽泡沫，7 個(gè)月累計(jì)注入起泡劑為227.000 kg，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.32%，蒸汽干度為82%[12]。蒸汽泡沫驅(qū)初始的4 個(gè)月內(nèi)，監(jiān)測(cè)到注入井注入壓力并沒(méi)有升高，推測(cè)可能是由于地層中沒(méi)有足夠的液態(tài)水而無(wú)法生成大量穩(wěn)定的蒸汽泡沫，于是將蒸汽干度降為56%，注入井注入壓力迅速升高0.27 MPa。在蒸汽泡沫驅(qū)結(jié)束時(shí)，注入井注入壓力升高0.48 MPa。生產(chǎn)井的流體溫度下降也說(shuō)明蒸汽泡沫封堵了高滲通道，蒸汽開(kāi)始波及未波及的區(qū)域。蒸汽泡沫驅(qū)結(jié)束后，生產(chǎn)井每天仍然比原來(lái)多采出11.950 m3原油，增產(chǎn)效果良好。

（5）美國(guó)加州Kern Front 油田 該油田有2 個(gè)試驗(yàn)區(qū)塊，即Witmer B2-3區(qū)塊和Witmer B2-5區(qū)塊[13-14]。Witmer B2-3 區(qū)塊初始采用反九點(diǎn)布井方式進(jìn)行蒸汽驅(qū)開(kāi)采，地層有汽竄條帶。1982年開(kāi)始注入蒸汽泡沫，蒸汽溫度為200 ℃。累計(jì)注入起泡劑為3.600×104kg，累計(jì)增油量為1.242×104m3，起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為2.899 kg/m3，蒸汽泡沫驅(qū)增產(chǎn)效果優(yōu)異。Witmer B2-5區(qū)塊儲(chǔ)集層物性較為均質(zhì)，但蒸汽超覆嚴(yán)重。試驗(yàn)區(qū)塊為1個(gè)反九點(diǎn)井組，1982年開(kāi)始注入蒸汽泡沫，蒸汽溫度為190 ℃。累計(jì)注入起泡劑為1.050×105kg，累計(jì)增油量為2.900×103m3，起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為36.207 kg/m3。

（6）美國(guó)加州South Belridge油田 1987年，油田開(kāi)始蒸汽泡沫驅(qū)試驗(yàn)[15]。試驗(yàn)區(qū)塊包含2個(gè)反九點(diǎn)井組。累計(jì)注入起泡劑為8.110×104kg，注入井平均注入壓力上升0.48 MPa，生產(chǎn)井含水率降低5%，每天可多采出63.720 m3原油。累計(jì)增油量為2.920×104m3，起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為2.777 kg/m3，增產(chǎn)效果好。

（7）美國(guó)加州Cat Canyon 油田 為超稠油，蒸汽竄進(jìn)嚴(yán)重[4]。因埋藏較深，地層壓力較高，蒸汽溫度達(dá)288 ℃，導(dǎo)致起泡劑熱解嚴(yán)重，增產(chǎn)效果差。

（8）美國(guó)懷俄明州South Casper Creek油田 20世紀(jì)80 年代早期開(kāi)辟了幾個(gè)試驗(yàn)區(qū)塊實(shí)施蒸汽驅(qū)[16]。測(cè)井和示蹤劑測(cè)試資料顯示油藏內(nèi)存在高滲通道，地質(zhì)資料解釋高滲透層孔隙度為19.8%～28.3%，滲透率為370～3 580 mD，厚度為1.5～5.0 m，且?guī)缀跛械木己懈邼B透層。由于汽竄嚴(yán)重，試驗(yàn)區(qū)塊開(kāi)始蒸汽泡沫驅(qū)，主要起到了2 方面作用：一是增加蒸汽的表觀黏度，二是增加蒸汽的波及效率。蒸汽泡沫驅(qū)試驗(yàn)持續(xù)了6個(gè)月，1990年5月14日，在13-6區(qū)塊實(shí)施了該試驗(yàn)，9 d 內(nèi)累計(jì)注入起泡劑4 500.000 kg，選取1 口注入井和1 口生產(chǎn)井作為觀察井。注入蒸汽泡沫后，注入井注入壓力從5.38 MPa 升高到7.31 MPa，生產(chǎn)井產(chǎn)出地層水溫度明顯降低，礦化度明顯增高，證明汽竄被抑制，對(duì)試驗(yàn)區(qū)塊汽竄問(wèn)題改善效果良好。

（9）美國(guó)懷俄明州Winkleman Dome Nugget 油田該油田采用蒸汽驅(qū)開(kāi)采，蒸汽竄進(jìn)嚴(yán)重，1983 年選出2個(gè)試驗(yàn)區(qū)塊進(jìn)行蒸汽泡沫驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)[17]。注蒸汽泡沫10 個(gè)月后，增產(chǎn)效果較好的試驗(yàn)區(qū)塊累計(jì)增油量為2.390×103m3，比未注入起泡劑時(shí)增產(chǎn)75%。另一個(gè)試驗(yàn)區(qū)塊蒸汽泡沫驅(qū)效果較差，注入起泡劑后幾乎沒(méi)有增產(chǎn)。

（10）加拿大阿爾伯塔省Athabasca 油砂 油層總厚度為46.6 m，既含頁(yè)巖夾層也含高滲透層。頂部油層厚度為18.1 m，含油飽和度較低，約為60%；底部油層厚度為28.5 m，含油飽和度較高，約為85%。原油黏度達(dá)2×106mPa·s。由于頂部油層含油飽和度較低，蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)時(shí)，蒸汽只能波及頂部含油飽和度較低的區(qū)域[5]。試驗(yàn)區(qū)塊為1 個(gè)小井距四點(diǎn)井組，井組內(nèi)有2口觀察井，1984年開(kāi)始蒸汽驅(qū)，蒸汽溫度為245～250 ℃，蒸汽干度為80%，1989 年開(kāi)始注入蒸汽泡沫，累計(jì)注入起泡劑為2 900.000 kg，累計(jì)增油量為398.000 m3，起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為7.286 kg/m3。

（11）委內(nèi)瑞拉Tia Juana 油田 油藏被頁(yè)巖隔成幾個(gè)高滲通道。油田初始采用蒸汽吞吐的熱采方式，但是蒸汽超覆現(xiàn)象嚴(yán)重[18]。1984年，開(kāi)始開(kāi)展蒸汽泡沫驅(qū)試驗(yàn)，持續(xù)了18～22 d，累計(jì)注入起泡劑1.200×105kg。試驗(yàn)區(qū)塊中的3 口生產(chǎn)井效果改善顯著，即含水率大幅下降。

（12）委內(nèi)瑞拉Bolivar 油田 初期采用蒸汽吞吐的開(kāi)發(fā)方式，油汽比較高，隨后進(jìn)入正常的衰減階段，蒸汽吞吐階段采收率為23%，蒸汽干度為80%[19-20]。繼而實(shí)施了蒸汽泡沫吞吐，即在蒸汽吞吐過(guò)程中注入起泡劑溶液，旨在提高縱向波及效率。1984—1986年，16口井注入蒸汽泡沫，選用2種不同的起泡劑，其中，9 口井注入直鏈型分子起泡劑，7 口井注入支鏈型分子起泡劑。各井蒸汽干度也不相同，為50%～98%，直鏈型分子起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%～2.00%，支鏈型分子起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50%～2.10%。注蒸汽泡沫結(jié)束后，單井產(chǎn)量都有不同幅度的提升，效果最好的井產(chǎn)量提高為原來(lái)的3倍。

（13）羅馬尼亞Levantine-Moreni油田 1988年開(kāi)始注入蒸汽泡沫，由于地層壓力高達(dá)16.8 MPa，所以蒸汽溫度較高，達(dá)350 ℃，蒸汽干度為75%，分為21個(gè)段塞注入，累計(jì)注入起泡劑4 800.000 kg[21]。短時(shí)間內(nèi)，注入井注入壓力上升為原來(lái)的1.5倍，原油產(chǎn)量相對(duì)于未注入蒸汽泡沫時(shí)有所提高。

以上總結(jié)了18 個(gè)國(guó)外油田區(qū)塊蒸汽泡沫驅(qū)實(shí)施的情況，其中大多數(shù)油田區(qū)塊的增產(chǎn)效果較好，也有一些油田區(qū)塊的增產(chǎn)效果不理想。增產(chǎn)效果好壞的關(guān)鍵在于地層中能否產(chǎn)生大量穩(wěn)定的蒸汽泡沫對(duì)高滲條帶進(jìn)行有效的封堵。以下，對(duì)6 個(gè)影響蒸汽泡沫驅(qū)增產(chǎn)效果的主控因素進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2 影響蒸汽泡沫驅(qū)增產(chǎn)效果的因素

蒸汽泡沫驅(qū)的增產(chǎn)機(jī)理為在地層中原位產(chǎn)生蒸汽泡沫，降低蒸汽的流動(dòng)能力，降低蒸汽的重力超覆作用，減緩層內(nèi)高滲條帶中蒸汽的突破，封堵高滲透層使蒸汽轉(zhuǎn)向低滲透層，同時(shí)調(diào)整蒸汽的層內(nèi)橫向波及效率、層內(nèi)縱向波及效率和層間縱向波及效率。一般來(lái)說(shuō)，在較均質(zhì)的地層中，由于起泡劑在巖石表面的滯留和蒸汽的熱分解，穩(wěn)定的蒸汽泡沫可以達(dá)到距離注入井?dāng)?shù)十米的范圍。如Midway-Sunset油田的Dome-Tumbador 區(qū)塊，穩(wěn)定的蒸汽泡沫到達(dá)了注入井附近18～30 m，其起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為15.056 kg/m3，增產(chǎn)效果較好[22-23]。蒸汽泡沫驅(qū)技術(shù)的關(guān)鍵是在地層內(nèi)產(chǎn)生大量穩(wěn)定的蒸汽泡沫。本文分析了以下6個(gè)影響蒸汽泡沫穩(wěn)定性的因素：蒸汽溫度、蒸汽干度、起泡劑類型、起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、起泡劑注入時(shí)機(jī)和起泡劑注入方式。

2.1 蒸汽溫度

蒸汽泡沫的穩(wěn)定性對(duì)溫度較為敏感。圖1 給出了14個(gè)國(guó)外油田區(qū)塊的蒸汽溫度，大部分低于250 ℃。Cat Canyon 油田CLD 區(qū)塊第二試驗(yàn)區(qū)的蒸汽溫度為288 ℃，蒸汽泡沫穩(wěn)定性較差，易熱解，相比于CLD 區(qū)塊第一試驗(yàn)區(qū)（蒸汽溫度為150 ℃，起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為2.000 kg/m3），最終增產(chǎn)效果較差[24]。Levan?tine-Moreni油田進(jìn)行過(guò)針對(duì)該油田區(qū)塊的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，表明250 ℃是蒸汽泡沫穩(wěn)定的溫度上限[21]。蒸汽泡沫驅(qū)的蒸汽溫度應(yīng)低于250 ℃，保證泡沫穩(wěn)定。

圖1 國(guó)外油田區(qū)塊實(shí)施蒸汽泡沫驅(qū)的蒸汽溫度Fig.1.Temperature of steam foam flooding in foreign oilfields

2.2 蒸汽干度

選取9 組有代表性的油田區(qū)塊數(shù)據(jù)，繪制起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量與蒸汽干度的關(guān)系（圖2）。圖2 顯示，蒸汽干度為50%～80%的油田區(qū)塊具有較好的增產(chǎn)效果，即較低的起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量。如果蒸汽干度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致攜帶熱量進(jìn)入油層的能力下降，熱采效率較低，熱水多蒸汽少，無(wú)法大量產(chǎn)生蒸汽泡沫，無(wú)法有效封堵高滲條帶的蒸汽竄進(jìn)從而提高波及效率。因此，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)保證蒸汽干度不低于50%，以有利于形成穩(wěn)定的蒸汽泡沫。

圖2 國(guó)外油田區(qū)塊蒸汽泡沫驅(qū)起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量與蒸汽干度的關(guān)系Fig.2.Surfactant quality/incremental oil production vs.steam quality in foreign oilfields

如果蒸汽干度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致蒸汽中水的體積分?jǐn)?shù)較小而無(wú)法形成大量穩(wěn)定的蒸汽泡沫。針對(duì)Mid?way-Sunset 油田26C 區(qū)塊不同水體積分?jǐn)?shù)下蒸汽泡沫的穩(wěn)定性進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)顯示，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%的Chevron Chaser 型起泡劑能夠生成穩(wěn)定泡沫的最小體積分?jǐn)?shù)為0.010 0[25]。Cymric 油田Section 26W 區(qū)塊試驗(yàn)表明，蒸汽干度為82%和體積分?jǐn)?shù)為0.005 5 時(shí)，注入壓力沒(méi)有明顯的提高，地層中沒(méi)有形成穩(wěn)定的泡沫；蒸汽干度降為56%后，體積分?jǐn)?shù)為0.021 0，注入壓力迅速提升，地層中形成了穩(wěn)定的蒸汽泡沫[12]。

蒸汽干度過(guò)小會(huì)導(dǎo)致熱效率低，熱水量過(guò)多，不能生成穩(wěn)定的蒸汽泡沫；蒸汽干度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致體積分?jǐn)?shù)較小，同樣不能生成穩(wěn)定的蒸汽泡沫。因此，油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)所用起泡劑類型選用合適的蒸汽干度。

2.3 起泡劑類型

國(guó)外蒸汽泡沫驅(qū)常用的起泡劑大致可分為3類：AOS 類、LTS 類和Chevron Chaser 類。對(duì)國(guó)外蒸汽泡沫驅(qū)效果最顯著的12 個(gè)油田區(qū)塊研究發(fā)現(xiàn)，AOS 類起泡劑的性能不如LTS類和Chevron Chaser 類起泡劑效果好[26]。

South Belridge油田在油層溫度和壓力下測(cè)量5種不同起泡劑的半衰期，結(jié)果顯示不同起泡劑半衰期差別很大，最穩(wěn)定的半衰期達(dá)710 d，最不穩(wěn)定的只有3 d[15]。油田在選用合適的起泡劑時(shí)要考慮油田的注入壓力和蒸汽溫度，以避免起泡劑的熱降解。

2.4 起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)

起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)能否產(chǎn)生大量穩(wěn)定的泡沫至關(guān)重要，表2 是國(guó)外油田區(qū)塊蒸汽泡沫驅(qū)使用的起泡劑類型和質(zhì)量分?jǐn)?shù)。從表2 中可以看出，各油田區(qū)塊選用起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.27%～1.50%。Midway-Sun?set油田26C區(qū)塊試驗(yàn)表明，能夠產(chǎn)生泡沫的起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下限為0.10%[25]，但是，若要維持泡沫的穩(wěn)定性，最低為0.50%。South Belridge 油田針對(duì)起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)蒸汽泡沫阻力系數(shù)的影響進(jìn)行過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在低于某個(gè)臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)之前，阻力系數(shù)隨起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而急劇升高；高于臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)后，阻力系數(shù)隨起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而緩慢升高，且阻力系數(shù)與水中溶質(zhì)的礦化度關(guān)系不大[15]。Bolivar 油田室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，泡沫的流度越低；先導(dǎo)試驗(yàn)表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.50%時(shí)，注入井注入壓力上升不明顯，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.50%時(shí)，隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，注入井注入壓力急劇上升，質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)1.00%后，注入井注入壓力上升不明顯。因此，油田區(qū)塊選用起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)大于臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)，既能產(chǎn)生大量穩(wěn)定的泡沫，也能產(chǎn)生足夠的流動(dòng)阻力，但是質(zhì)量分?jǐn)?shù)也不宜過(guò)大，避免增加成本。

表2 國(guó)外油田區(qū)塊蒸汽泡沫驅(qū)起泡劑類型和質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2.Surfactant types and mass concentrations used in foreign oilfields

2.5 起泡劑注入時(shí)機(jī)

此處討論油田區(qū)塊蒸汽泡沫驅(qū)之前的開(kāi)發(fā)歷史對(duì)后續(xù)蒸汽泡沫驅(qū)的影響。表3 顯示了各油田區(qū)塊開(kāi)發(fā)歷史和蒸汽泡沫驅(qū)效果，各油田區(qū)塊選用五點(diǎn)或九點(diǎn)井網(wǎng)，在注蒸汽過(guò)程中汽竄現(xiàn)象較為嚴(yán)重。由表3 可見(jiàn)，已進(jìn)行蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)時(shí)間較長(zhǎng)的區(qū)塊，其后續(xù)蒸汽泡沫驅(qū)提高采收率的效果較差。如果在蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)早期進(jìn)行蒸汽泡沫驅(qū)，泡沫不僅可以封堵高滲通道，同時(shí)也可較早改善蒸汽超覆現(xiàn)象，降低對(duì)頂層的熱損失，增加蒸汽波及效率，達(dá)到較好的提高采收率效果。

蒸汽驅(qū)超覆模型[27]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蒸汽表觀黏度越低，蒸汽超覆現(xiàn)象越嚴(yán)重；滲透率越高，蒸汽超覆現(xiàn)象越嚴(yán)重。蒸汽泡沫造成氣體表觀黏度上升，滲透率下降，從而調(diào)整蒸汽超覆的程度。因此起泡劑的注入時(shí)機(jī)越早，就能較早地調(diào)整蒸汽剖面，從而達(dá)到更好地調(diào)整剖面的效果。

表3 國(guó)外油田區(qū)塊開(kāi)發(fā)歷史和蒸汽泡沫驅(qū)增產(chǎn)效果Table 3.Development history and results of steam foam flooding in foreign oilfields

Midway-Sunset油田15A區(qū)塊于蒸汽驅(qū)5 a后開(kāi)始注入蒸汽泡沫，生產(chǎn)井受效快，原油產(chǎn)量增長(zhǎng)了4倍[6-7]。South Casper Creek 油田9-6區(qū)塊和13-6區(qū)塊，在蒸汽驅(qū)4 a 后開(kāi)始注入蒸汽泡沫，僅持續(xù)注入9 d，注入井注入壓力升高為原來(lái)的1.36倍，其生產(chǎn)井產(chǎn)出水溫度明顯降低，礦化度明顯升高，表明測(cè)試區(qū)汽竄程度降低[14]。

Kern River 油田Mecca 區(qū)塊在經(jīng)歷了9 a 蒸汽吞吐和10 a 蒸汽驅(qū)后，開(kāi)始實(shí)施蒸汽泡沫驅(qū)，其生產(chǎn)井受效慢，注蒸汽泡沫2 a后生產(chǎn)井才開(kāi)始增產(chǎn)，最終的起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為20.192 kg/m3。Bishop 區(qū)塊在經(jīng)歷了19 a蒸汽吞吐和1 a蒸汽驅(qū)后開(kāi)始注入蒸汽泡沫，其生產(chǎn)井受效較快，但由蒸汽泡沫驅(qū)采出原油僅約原始地質(zhì)儲(chǔ)量的5.5%，最終的起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為42.901 kg/m3[8-9]。

2.6 起泡劑注入方式

起泡劑注入方式直接影響著蒸汽泡沫驅(qū)的增產(chǎn)效果。國(guó)外油田區(qū)塊通過(guò)礦場(chǎng)試驗(yàn)，分析了不同注入方式對(duì)增產(chǎn)效果的影響。

注入方式分為間歇注入和連續(xù)注入。不同注入方式下，蒸汽泡沫驅(qū)的增產(chǎn)效果差異較大。對(duì)10 個(gè)油田區(qū)塊不同注入方式的增產(chǎn)效果（圖3）對(duì)比發(fā)現(xiàn)，間歇注入比連續(xù)注入增產(chǎn)效果好，其起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量小。在井周圍的徑向流動(dòng)中，流動(dòng)阻力主要集中在近井地帶。連續(xù)注入導(dǎo)致近井地帶產(chǎn)生大量蒸汽泡沫，由于泡沫具有較大的流動(dòng)阻力，可注性和注入速率降低。間歇注入起泡劑溶液和蒸汽，使得近井地帶不產(chǎn)生蒸汽泡沫，而在地層深處段塞混合再形成蒸汽泡沫。因此，起泡劑溶液和蒸汽間歇注入，會(huì)獲得更高的注入速率。Gregorie Lake 油田最初采用連續(xù)注入，后期改為間歇注入，大大減小了起泡劑用量[14]。Guadalupe 油田室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，間歇注入比連續(xù)注入能更好的保持較高的阻力系數(shù)[11]。Mid?way-Sunset油田15A區(qū)塊以15個(gè)段塞間歇注入，增產(chǎn)效果較好，起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為0.730 kg/m3[6]。Midway-Sunset油田26C區(qū)塊以20個(gè)段塞間歇注入，增產(chǎn)效果較好，起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為2.820 kg/m3[7]。Kern River 油田Bishop 區(qū)塊連續(xù)注入起泡劑，增產(chǎn)效果較差，起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為42.901 kg/m3。Kern River油田Mecca區(qū)塊同樣連續(xù)注入起泡劑，增產(chǎn)效果較差，起泡劑質(zhì)量/累計(jì)增油量為20.192 kg/m3[8-9]。

圖3 國(guó)外油田區(qū)塊不同注入方式對(duì)增產(chǎn)效果影響對(duì)比Fig.3.Injection methods vs.stimulation effects in foreign oilfields

根據(jù)國(guó)外油田區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施蒸汽泡沫驅(qū)的增產(chǎn)效果，分析總結(jié)各個(gè)因素對(duì)蒸汽泡沫驅(qū)的影響，認(rèn)為蒸汽泡沫驅(qū)的最佳蒸汽溫度為200～250 ℃，蒸汽干度為50%～80%，起泡劑類型為L(zhǎng)TS 類和Chevron Chaser類，起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50%～1.00%，起泡劑注入時(shí)機(jī)為蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)前期，起泡劑注入方式為間歇注入。

3 結(jié)論和建議

（1）1970—1990 年，提高采收率技術(shù)獲得了前所未有的發(fā)展。而稠油熱采技術(shù)及稠油熱采提高采收率也在此時(shí)間段獲得了重大突破。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是理論模型、數(shù)值模擬、室內(nèi)機(jī)理和物理模擬實(shí)驗(yàn)以及礦場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)都取得了巨大的進(jìn)步。

（2）蒸汽泡沫驅(qū)增產(chǎn)效果好壞的關(guān)鍵在于地層中能否產(chǎn)生大量穩(wěn)定的蒸汽泡沫。蒸汽溫度、蒸汽干度、起泡劑類型、起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、起泡劑注入時(shí)機(jī)和起泡劑注入方式對(duì)蒸汽泡沫驅(qū)效果的影響較大。

（3）在蒸汽泡沫驅(qū)中，最優(yōu)蒸汽溫度為200～250 ℃，最佳蒸汽干度為50%～80%，3 類起泡劑中LTS 類和Chevron Chaser 類增產(chǎn)效果較好，起泡劑最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50%～1.00%，蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)初期開(kāi)始蒸汽泡沫驅(qū)，增產(chǎn)效果較好，間歇注入起泡劑的注入方式優(yōu)于連續(xù)注入。油田應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件和開(kāi)發(fā)歷程選用合適的參數(shù)來(lái)獲得最好的蒸汽泡沫驅(qū)效果。