泡沫凝膠調驅技術在低滲透油田的適用性試驗研究

張健*

（中國石化集團國際石油勘探開發(fā)有限公司）

張健. 泡沫凝膠調驅技術在低滲透油田的適用性試驗研究. 石油規(guī)劃設計，2014，25（4）：24～26

我國大部分低滲透油田采用注水開發(fā)，為了防止注入水在高滲透層的突進，提高中、低滲透層的水驅效果，需對注水井吸水剖面進行調整。目前，各油田主要采用泡沫作為調剖劑。對于低滲透油田，由于低滲透儲層對流動泡沫的剪切作用遠大于高滲透儲層［1-2］，嚴重影響了泡沫在低滲透儲層的穩(wěn)定性，制約了泡沫調剖技術在低滲透儲層的應用。

泡沫凝膠是近年研發(fā)出來的一種現(xiàn)代化堵水劑，具有凝膠與泡沫的兩種特性［3］。在交聯(lián)劑反應之前，泡沫凝膠具有水泡沫的特點，氣泡通過狹小孔隙喉道時產(chǎn)生賈敏效應，起到封堵作用；另外，由于泡沫具有在流動中破裂后重新起泡的能力，因此，泡沫可以用來進行深度調剖。在交聯(lián)劑反應后，泡沫凝膠的連續(xù)外相是凝膠，凝膠為氣泡提供了較高的機械穩(wěn)定性，同時，由于凝膠內含有大量均勻分布的氣體，也降低了凝膠滲入小孔隙的可能性。在液流驅替了泡沫凝膠內的氣體，導致泡沫凝膠完全破裂后，殘留在孔隙喉道中的凝膠殘余物仍然對流體起到一定的阻礙作用。目前，泡沫凝膠在中、高滲透率油田已得到廣泛應用，且應用效果良好，但是，在低滲透油田調剖方面尚未得到應用。為研究泡沫凝膠在低滲透儲層的適用性，開展了室內試驗，對泡沫凝膠在低滲透儲層的封堵性能及各種因素對封堵效果的影響進行了初步研究，以期為進一步礦場試驗提供借鑒。

1 試驗方法

1.1 試驗巖芯選取

在注水井與生產(chǎn)井之間，選取了高滲透層和低滲透層的巖芯共6塊，巖芯基本數(shù)據(jù)見表1。由表1可知，在注入水長期沖刷的作用下，注水后儲層的滲透率明顯變大，且高滲透儲層的變化幅度高于低滲透儲層。

表1 巖芯基本數(shù)據(jù)

1.2 泡沫凝膠的配制

泡沫凝膠由起泡劑、聚合物和交聯(lián)劑配制而成，其氣含率一般只有40%～60%，較泡沫的氣含率小。將起泡劑溶于高分子的聚合物溶液中并加入交聯(lián)劑，然后注入氣體。

1.3 巖芯試驗方法

采用三軸巖芯試驗裝置進行模擬試驗，可同時并聯(lián)多個不同類型的巖芯。將調剖劑直接與巖芯接觸，通過觀察調剖劑的壓力和出口端流量的變化，分析泡沫凝膠的封堵性能及改善滲流剖面的能力。

2 泡沫凝膠的封堵性能研究

2.1 不同滲透率級差巖芯試驗

為了分析泡沫凝膠是否對低滲透儲層具有調剖作用，將1號、2號、5號、6號巖芯并聯(lián)，以2m L/min恒速擠入調剖劑，記錄入口端的壓力變化及出口端流速變化。試驗結果見表2。

表2 不同滲透率級差巖芯封堵試驗結果

從表 2可以看出，1號巖芯出口見液壓力為1.05kPa，2號巖芯為0.90kPa，5號、6號巖芯出口見液壓力為0.35kPa。隨著泡沫凝膠擠入壓力逐漸升高，1號、2號巖芯出口瞬時流速逐漸上升，5號、6號巖芯出口瞬時流速逐漸下降。調剖前，1號巖芯吸水指數(shù)為4.12，調剖后為18.00；2號巖芯調剖前吸水指數(shù)為4.65，調剖后為20.50；5號巖芯調剖前吸水指數(shù)為 43.55，調剖后為 32.00；6號巖芯調剖前吸水指數(shù)為47.69，調剖后為29.50。通過對比調剖前后巖芯吸水指數(shù)的變化情況可知，高吸水層的吸水指數(shù)逐漸減低，低吸水層吸水指數(shù)逐漸升高，可見，泡沫凝膠起到了改善吸水剖面的效果。

將調剖劑完全擠入巖芯后巖芯兩端的壓差與單相水以相同流速擠入巖芯后巖芯兩端的水相壓差的比值定義為阻力因子。5號巖芯在流量 0.59mL/min時，阻力因子為 6.46，6號巖芯在流量 0.64mL/min時，阻力因子為 6.52，可見，泡沫凝膠對高吸水層的5號、6號巖芯起到了很好的封堵作用。

2.2 含油飽和度對泡沫凝膠封堵性能影響分析

為了研究含油飽和度對泡沫凝膠穩(wěn)定性的影響，對5號巖芯以恒速0.50m L/min開展了相關試驗，研究了不同剩余油飽和度條件下泡沫凝膠的封堵性能，結果見表3。

表3 含油飽和度對泡沫凝膠流動阻力的影響

從表3可以看出，巖芯中剩余油飽和度越高，阻力因子越小。當剩余油飽和度為23%時，阻力因子為1.5，不具有封堵能力，泡沫凝膠起到有效封堵作用的剩余油飽和度上限值為21%。在地層流體體系中，微量的油相會極大降低泡沫的穩(wěn)定性，這是由于原油一旦與泡沫接觸便自發(fā)乳化，形成很小的油珠后進入并充滿氣泡液膜，并逐漸鋪展到整個氣液界面上，而鋪展油珠后的氣泡液膜在流動中是極不穩(wěn)定的。該特性使泡沫凝膠在含油富集區(qū)不會產(chǎn)生較高的流動阻力，而在含油飽和度較低的區(qū)域卻能產(chǎn)生極大的流動阻力，說明儲層的剩余油飽和度越低，泡沫凝膠的封堵性能越好。

2.3 滲透率變化對泡沫凝膠封堵性能影響分析

為了研究滲透率對泡沫凝膠封堵能力的影響，對2號、3號、4號、5號、6號巖芯進行了泡沫凝膠封堵試驗，得出了不同滲透率條件下泡沫凝膠流動時阻力因子的變化情況，結果見圖 1。從圖 1可以看出，隨著巖芯滲透率的升高，阻力因子越大，說明泡沫凝膠的封堵效果越明顯，反映出泡沫凝膠對高滲透層和低滲透層具有選擇性封堵能力，可以起到較好的調剖作用。由圖1可知，泡沫凝膠起到有效封堵作用的滲透率下限值約為150×10-3μm2。

圖1 不同滲透率條件下的阻力因子變化曲線

3 結論及建議

一是，相對于普通泡沫，泡沫凝膠在多孔介質流動時可以承受更高的剪切力，具備更好的穩(wěn)定性，可以作為調剖劑在低滲透油田進行深度調剖。

二是，儲層的剩余油飽和度越低，泡沫凝膠的封堵性能越好。泡沫凝膠起到有效封堵作用的含油飽和度上限值為21%。

三是，儲層的滲透率越高，泡沫凝膠的封堵性能越好。泡沫凝膠起到有效封堵作用的滲透率下限值約為 150×10-3μm2。

四是，對于長期注水開發(fā)的低滲透油田，當含水率急劇上升時，可考慮應用泡沫凝膠進行調剖。

[1]Siddiqui S,Talabani S,Saleh T,et al.Foam Flow in Low-Permeability Berea Sand Stone Cores:A Laboratory Investigation[J].Journal of Petroleum Science and Engineering,2002,36(3-4): 133-1481.

[2]Siddiqui S,Talabani S,Yang J.An Experimental Investigation of the Diversion Characteristics of Foam in Berea Sandstone Cores of Contrasting Permeabilities[J].Journal of Petroleum Science and Engineer,2003,37(1-2): 51-67.

[3]買爾當·吐爾遜,帕提古麗·麥麥提,闕庭麗,等.油田堵水調剖技術研究進展與發(fā)展趨勢探析[J].中國石油和化工標準與質量,2013(14): 21.