氮?dú)馀菽w系注入性能評價(jià)研究

王 熙，孫林濤，楊力生，郝明耀，張 卓，皇海權(quán)

（中國石油化工股份有限公司河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南南陽 473132）

泡沫驅(qū)油是一種用泡沫作為驅(qū)油介質(zhì)的驅(qū)油方法。實(shí)驗(yàn)證明，泡沫視黏度高，可明顯改善流度比，增大高滲層流動(dòng)阻力，發(fā)揮低滲層作用，封堵調(diào)剖能力強(qiáng)[1，2]；遇水穩(wěn)定、遇油破滅的特性增加了封堵的選擇性，堵水不堵油[3，4]；泡沫劑作為優(yōu)良的活性劑，能降低油水界面張力，提高洗油效率。

泡沫流體由于其獨(dú)特的滲流與驅(qū)油特征，在調(diào)剖堵水及驅(qū)油方面起到了越來越重要的作用，廣泛受到人們的重視，而室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對泡沫性能的評價(jià)研究主要集中在泡沫發(fā)泡能力和穩(wěn)定性兩方面[5，6]，已經(jīng)取得了許多重要認(rèn)識，但是，針對泡沫體系注入性能的評價(jià)研究報(bào)道較少，因此，本文對泡沫體系的注入和封堵性能進(jìn)行研究，為相關(guān)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評價(jià)工作提供一條思路。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器設(shè)備

注入系統(tǒng):由高溫高壓注入泵、中間容器、管閥件組成，可將各種流體按一定流量注入到模型內(nèi)。

模擬系統(tǒng):由長巖心夾持器、泡沫發(fā)生器、高壓觀察窗（工作壓力:35 MPa）、恒溫箱、環(huán)壓泵、回壓系統(tǒng)等組成。

測量系統(tǒng):包括壓力測量、溫度測量等。

自動(dòng)控制:計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制注入泵的流量，注入氣液比，環(huán)壓泵自動(dòng)跟蹤內(nèi)壓，（可變更為其他最佳方案），恒溫箱加熱恒溫等。

其他儀器:真空泵、電子天平、壓力表、磁力攪拌器、黏度計(jì)、量筒等。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)條件

泡沫注入性評價(jià)所用的實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)基本條件如下（特別說明除外）。

巖心：人造巖心（規(guī)格為2.5×8 cm），滲透率分別為200 mD、600 mD、1 000 mD；實(shí)驗(yàn)水質(zhì)：雙河陳化污水；泡沫劑：ZK-1（泡沫劑1）濃度為0.4 %；氣源：空氣；注入方式：氣液共注；氣液比：1：1；注入速度：0.5 mL/min；實(shí)驗(yàn)溫度：80 ℃；回壓設(shè)計(jì)：6 MPa。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同注入介質(zhì)的注入性

實(shí)驗(yàn)選取滲透率為600 mD（2.5×8 cm）左右的人造膠結(jié)巖心，分別評價(jià)四種注入介質(zhì)的封堵性能，四種注入介質(zhì)分別是空氣、陳化污水、泡沫及聚合物溶液，溫度為80 ℃，詳細(xì)的注入條件（見表1），實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖1）。其中一塊巖心先注水，然后注泡沫，最后注空氣，所以滲透率相同。注入泡沫時(shí)以200 mD 滲透率的1.5 cm 短巖心為泡沫發(fā)生器，采取氣液共注的方式，泡沫劑濃度均為0.4 %，注入速度為0.5 mL/min，氣液比為1：1，回壓6 MPa，溫度為80 ℃。

圖1 中可以看到，注陳化污水時(shí)注入壓力最小，說明沒有形成有效的滲流阻力；注泡沫后再注空氣，隨著空氣的注入，壓力在某一點(diǎn)快速下降，表明發(fā)生氣竄，但最終壓力大于注水壓力，表明有一定量泡沫在多孔介質(zhì)中滯留；注聚后再注水，雖然注聚時(shí)壓力上升較大，但注水后注入壓力也隨之快速下降，最終壓力大于單獨(dú)注水和注泡沫劑后再注氣，表明形成了一定的殘余阻力；注泡沫時(shí)壓力有較大的上升，后再注水壓力也沒有明顯下降，表明泡沫在孔隙中形成了穩(wěn)定阻力，這將有利于非均質(zhì)油藏中長期發(fā)揮調(diào)堵作用。

雖然注入速度不同，但聚合物和泡沫均能在多孔介質(zhì)中形成一定的滲流阻力，有利于改善油層的非均性，提高波及體積并提高驅(qū)油效率。

2.2 滲透率對泡沫注入性能影響

表1 不同介質(zhì)注入性評價(jià)注入條件

圖1 不同注入介質(zhì)的注入曲線

實(shí)驗(yàn)考察了不同滲透率下的泡沫注入性。由于雙河IV上油組的非均質(zhì)性較嚴(yán)重，空氣滲透率為0.17 μm2～1.02 μm2，平均為0.63 μm2，因此實(shí)驗(yàn)選擇的高中低滲透率接近油藏的最高、最低及平均值。

人造膠結(jié)巖心，滲透率分別為257 mD、609 mD、919 mD（2.5×8 cm），并以200 mD 滲透率的1.5 cm 短巖心為泡沫發(fā)生器，采取氣液共注的方式，泡沫劑濃度均為0.4%，注入速度為0.5 mL/min，氣液比為1：1，溫度為80 ℃，回壓6 MPa，后注水的注入速度為0.5 mL/min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

2.2.1 低滲巖心注入性能 低滲所選的巖心滲透率為257 mD，注水基本壓差為0.008 1 MPa，巖心入口段壓力變化曲線（見圖2）。

圖2 中看，低滲巖心泡沫注入后，進(jìn)口端壓力呈波浪式上升趨勢，注入6 倍孔隙體積（PV）時(shí)注入壓力達(dá)到6.3 MPa，并且仍然有上升趨勢，出口端可以觀察到大量泡沫被驅(qū)出；轉(zhuǎn)注水后，壓力仍然呈現(xiàn)階梯式下降，至6 PV 后逐漸恒定，最終保持在6.26 MPa。

2.2.2 中滲巖心注入性能 中滲所選的巖心空氣滲透率為609 mD，注水基本壓差為0.007 8 MPa，巖心入口段壓力變化曲線（見圖3）。

圖2 低滲巖心泡沫注入曲線

圖3 中滲巖心泡沫注入曲線

圖3 結(jié)果看，中滲巖心注入泡沫后，巖心入口壓力隨著PV 數(shù)的增加也呈波浪式遞增趨勢，但波動(dòng)幅度遠(yuǎn)小于低滲巖心；轉(zhuǎn)注水后，壓力有小幅度的下降，但仍保持在較高水平，表明泡沫的殘余阻力較大。

2.2.3 高滲巖心注入性能 高滲所選的巖心滲透率為919 mD，注水基本壓差為0.006 3 MPa，巖心入口段壓力變化曲線（見圖4）。

圖4 中結(jié)果顯示：高滲巖心中泡沫注入時(shí)，注入過程中的波動(dòng)現(xiàn)象明顯改善，與中低滲相比穩(wěn)定性更強(qiáng)，入口壓力持續(xù)均勻上升，速率較慢；轉(zhuǎn)注水后，壓力進(jìn)一步上升，且平穩(wěn)，始終保持在較高的壓力水平。

高中低三種滲透率巖心的泡沫注入曲線（見圖5）。計(jì)算得到了三組巖心阻力系數(shù)分別為：低滲（257 mD）巖心的RF 為3、中滲（609 mD）巖心的RF 為7.5、高滲（919 mD）巖心的RF 為28.5，從阻力系數(shù)的結(jié)果也可以看到，在相同的注入條件下，隨著滲透率的增加，阻力系數(shù)越來越大，表明泡沫具有堵大不堵小的特點(diǎn)。

2.3 氣液比對泡沫注入性影響

圖4 高滲巖心泡沫注入曲線

圖5 不同滲透率巖心泡沫注入曲線

實(shí)驗(yàn)選取滲透率為600 mD（2.5×8 cm）左右的人造膠結(jié)巖心，以200 mD 滲透率的1.5 cm 短巖心為泡沫發(fā)生器，采取氣液共注的方式，泡沫劑濃度均為0.4 %，注入速度為0.5 mL/min，溫度為80 ℃，回壓6 MPa，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表2 和圖6）。

圖6 不同氣液比與RF 關(guān)系曲線

圖6 中可以看到，氣液比大于1：1 后，RF 達(dá)到較大值，但進(jìn)一步增加氣液比，增加值明顯變小，當(dāng)氣液比達(dá)到8：1 時(shí)RF 隨之降低，因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)適宜選擇氣液比在1：1～4：1。

2.4 注入速度對注入性影響

實(shí)驗(yàn)選取滲透率為600 mD（2.5×8 cm）左右的人造膠結(jié)巖心，以200 mD 滲透率的1.5 cm 短巖心為泡沫發(fā)生器，采取氣液共注的方式，泡沫劑濃度均為0.4 %，氣液比為8：1，溫度為80 ℃，常壓實(shí)驗(yàn)，注入性實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖7）。

圖7 中顯示的速度為液體速度，實(shí)際注入速度（氣液總合）分別為2.25 mL/min、4.5 mL/min、6.75 mL/min、9 mL/min，由于常壓下氣體的壓縮性，隨著注入壓力的增加，實(shí)際流量將有一定的下降。

表2 氣液比對泡沫注入性影響結(jié)果表

圖7 不同注入速度下泡沫注入性曲線

圖7 中結(jié)果可以看出，注入速度越大，注入壓力上升速度越快，注入速度大于0.5 mL/min 后的注入曲線均產(chǎn)生明顯的突破點(diǎn)即達(dá)到某一壓力后突然出現(xiàn)下降，且速度越快，突破點(diǎn)越早出現(xiàn)，可能是泡沫中的氣體突破所致。

2.5 泡沫注入穩(wěn)定性評價(jià)

實(shí)驗(yàn)選取滲透率為632 mD（2.5×8 cm）的人造膠結(jié)巖心，以200 mD 滲透率的1.5 cm 短巖心為泡沫發(fā)生器，采取氣液共注的方式，泡沫劑ZK-1，泡沫劑濃度均為0.4 %，注入速度為0.5 mL/min，氣液比為1：1，溫度為80 ℃，常壓，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖8）。后注水注入速度為0.5 mL/min。

從圖8 結(jié)果可以看到，隨著泡沫的注入壓力漸漸上升，表明泡沫形成了一定滲流阻力；壓力的上升是一個(gè)漸進(jìn)的過程，在巖心出口端產(chǎn)生泡沫后仍有壓力上升，表明泡沫在多孔介質(zhì)中的滲流阻力有一個(gè)積聚過程，可能是泡沫在高滲通道和孔喉處積聚、泡沫尺寸壓縮等原因引起。

圖8 泡沫劑的泡沫注入性曲線

圖9 兩層非均質(zhì)巖心的泡沫注入性曲線

注入壓力在注水20 PV 后雖有下降，但仍保持在較高值，表明泡沫在多孔介質(zhì)中有較好穩(wěn)定性和滯留能力，這有利于泡沫發(fā)揮長期有效的作用。

從阻力系數(shù)與殘余阻力系數(shù)看，注入15 倍PV 時(shí)的阻力系數(shù)為20.6，而后續(xù)注30 倍PV 時(shí)的殘余阻力系數(shù)為19.0，仍保持在較高的值，也說明泡沫在多孔介質(zhì)中有較好穩(wěn)定性和滯留能力，可以長期有效地發(fā)揮作用。

2.6 非均質(zhì)巖心中的注入性評價(jià)

實(shí)驗(yàn)選取滲透率為221 mD 和987 mD（2.5×8 cm）的人造膠結(jié)巖心，以200 mD 滲透率的1.5 cm 短巖心為泡沫發(fā)生器，采取氣液共注的方式，泡沫劑濃度均為0.4 %，注入速度為0.5 mL/min，氣液比為1：1，溫度為80 ℃，回壓6 MPa，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖9）。

圖9 結(jié)果可以看出，隨著泡沫的注入，低滲巖心的分水率漸漸上升，高滲巖心的分水率隨之下降，最終達(dá)到基本一致，表明泡沫有效地調(diào)整了油藏的非均質(zhì)性，這樣的一種屬性可以有效地啟動(dòng)中低滲透層的原油，達(dá)到提高采收率的目的。

3 結(jié)論與認(rèn)識

從以上泡沫注入性評價(jià)中可以得到以下認(rèn)識：

（1）注入泡沫可以有效地建立地層的滲流阻力，并有明顯的改善地層非均質(zhì)能力，可提高波及體積。

（2）泡沫在地層中有較好的耐沖刷性和穩(wěn)定性，殘余阻力保持率較高，表明有長效性。

（3）高的RF 值合適的氣液比應(yīng)在1：1～4：1，在進(jìn)一步的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中選擇氣液比為1：1。