李兆敏，張 東，劉崴掛，李松巖，張 超

(1.中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 266580;2.中石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257000)

凍膠泡沫體系選擇性控水技術(shù)研究與應(yīng)用

李兆敏1，張 東1，劉崴掛2，李松巖1，張 超1

(1.中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 266580;2.中石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257000)

凍膠泡沫體系在水驅(qū)開(kāi)發(fā)油田的調(diào)剖堵水方面具有較好的應(yīng)用前景。在調(diào)研國(guó)內(nèi)外凍膠泡沫選擇性控水技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜述了目前凍膠泡沫體系的常規(guī)及微觀實(shí)驗(yàn)研究，包括體系配方、體系影響因素、多孔介質(zhì)中的微觀流動(dòng)狀態(tài)等方面。凍膠泡沫體系在油田上的應(yīng)用日益廣泛，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，總結(jié)了凍膠泡沫體系防砂、防氣竄、控制邊底水等方面的應(yīng)用情況，分析了凍膠泡沫體系在油田堵水調(diào)剖方面的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)探討了目前該技術(shù)的不足之處，明確了以后的研究方向。

凍膠泡沫;穩(wěn)定性;流動(dòng)特征;封堵能力;影響因素

引言

中國(guó)油藏大部分是陸相湖盆沉積，地層條件錯(cuò)綜復(fù)雜，油層非均質(zhì)性嚴(yán)重，層間和層內(nèi)滲透率差異較大。隨著油田開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，大部分油田進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期，改善水驅(qū)狀況，調(diào)整注水井吸水剖面，均衡產(chǎn)液剖面，減緩層間矛盾成為進(jìn)一步提高開(kāi)采效果的關(guān)鍵因素。

泡沫流體在油氣田開(kāi)發(fā)方面的應(yīng)用始于20世紀(jì)50～60年代，泡沫流體因具有較高的視黏度，遇油消泡，遇水穩(wěn)定，在含水飽和度較高的部位具有較高的滲流阻力等特殊性質(zhì)，近年來(lái)在油田控水增油技術(shù)方面得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，并取得了較好的應(yīng)用效果［1］。泡沫的分類(lèi)有多種方式，按照化學(xué)組成成分分類(lèi)［2］，主要有以下4種類(lèi)型:表面活性劑穩(wěn)定型水基泡沫、聚合物強(qiáng)化泡沫、凍膠泡沫和多相泡沫。表面活性劑穩(wěn)定型水基泡沫是最普通的一類(lèi)，是液相(基液)與氣相的混合物;聚合物強(qiáng)化泡沫由于聚合物的加入增加了液相的黏度，降低了液相的流動(dòng)性，同時(shí)阻止了氣泡間的氣體擴(kuò)散，從而增加了泡沫的穩(wěn)定性;凍膠泡沫體系是由水、氣、起泡劑(表面活性劑)、穩(wěn)泡劑(聚合物)和交聯(lián)劑組成的，它是以?xún)瞿z為外相的泡沫，比以水為外相的普通泡沫穩(wěn)定性好，殘余封堵能力較強(qiáng)，可延長(zhǎng)堵水有效期;多相泡沫體系是由泡沫和聚合物凝膠微球2種分散體型調(diào)剖劑形成1種新的調(diào)驅(qū)體系，由氣、液、固3相組成，近年來(lái)常作為油藏深部調(diào)剖堵劑［3］。

凍膠泡沫體系是由聚合物溶液、起泡劑與交聯(lián)劑所構(gòu)成的1種復(fù)配體系，通入氣體后能使該溶液發(fā)泡形成泡沫。該體系在成凍之前具有水基泡沫的特點(diǎn)，在成凍之后又具有彈性?xún)瞿z的特點(diǎn)，成凍后的凍膠泡沫穩(wěn)定性高，從而使得凍膠泡沫堵水可延長(zhǎng)堵水有效期。

凍膠泡沫是1種選擇性調(diào)堵劑，調(diào)堵機(jī)理主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)成膠前，凍膠泡沫起到水基堵劑的作用，將優(yōu)先進(jìn)入含水飽和度高的地層即出水層，并在水層穩(wěn)定存在，通過(guò)賈敏效應(yīng)對(duì)水起封堵作用。

(2)注入的泡沫起到選擇性調(diào)堵的作用。泡沫在含水飽和度高的地層能夠穩(wěn)定存在。在含油飽和度高的地層則會(huì)消泡。因在含油飽和度高的地層，表面活性劑優(yōu)先吸附在油水界面上，氣泡液膜上的表面活性劑流失導(dǎo)致氣液界面張力變大，導(dǎo)致泡沫破壞。

(3)凍膠泡沫注入地層后，該泡沫體系在一定

時(shí)間內(nèi)成膠，以?xún)瞿z為外相的泡沫，極大地促進(jìn)了泡沫體系的穩(wěn)定性，從而更有效地封堵高滲層。

1 凍膠泡沫體系實(shí)驗(yàn)研究

1.1 凍膠泡沫體系常規(guī)實(shí)驗(yàn)研究

1.1.1 體系配方方面的研究

在體系研究方面，趙伶俐等人在進(jìn)行凝膠泡沫調(diào)剖技術(shù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究時(shí)認(rèn)識(shí)到凝膠泡沫適用于封堵中、低滲透率層位［4］，其優(yōu)點(diǎn)是泡沫液黏度小(3 mPa·s)，發(fā)泡后體積大，施工中用量少(比常規(guī)堵劑少60%～80%);其缺點(diǎn)是凝膠強(qiáng)度比普通凝膠類(lèi)堵劑低，較易被突破，不利于高滲地層使用。

徐晨碧等研究了一種自生泡沫凝膠復(fù)合堵劑體系［5］，該技術(shù)是向地層中注入反應(yīng)液，在地層中發(fā)生反應(yīng)放出大量氣體，在反應(yīng)液中起泡劑的作用下，氣體被水玻璃凝膠分散，形成泡沫凝膠體系。自選體系放出氣體的化學(xué)反應(yīng)為:NaNO2+NH4Cl→N2↑+NaCl+H2O(H+)，確定最終配方為: 3.0%硅酸鈉+2.0%膠凝劑QX+2.5%NH4Cl+ 2.0%NaNO2+0.5%ABS，膠凝后，該體系對(duì)于含水巖心具有一定的封堵能力，但對(duì)于含油巖心封堵效果較差，是1種較好的選擇性堵劑。

在凝膠發(fā)泡體系研究方面，王冰等針對(duì)普通泡沫半衰期較短、對(duì)已形成竄流通道的高滲透層封堵效果較差的實(shí)際問(wèn)題［6］，開(kāi)展了凝膠泡沫體系的研究，并對(duì)體系的耐溫性、抗鹽性、抗剪切性等性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

戴彩麗等研究了凍膠泡沫在火燒山裂縫性油藏油井中的應(yīng)用情況［7］，通過(guò)室內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)，得出了1種凍膠泡沫體系:起泡劑為YG240，用量為0.3%;穩(wěn)泡劑為HPAM，用量為0.2%～0.4%;交聯(lián)劑為0.09%重鉻酸鈉+0.16%亞硫酸鈉;氣體為氮?dú)狻Ｔ谑覂?nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于2005年在火燒山裂縫性油田H1304井進(jìn)行了凍膠泡沫體系油井堵水的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該體系堵水后產(chǎn)液量不減，含水率大幅度下降，取得了較好的封堵效果。

1.1.2 流變性研究

泡沫凝膠體系通過(guò)交聯(lián)聚合物增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定性，可起到較好的調(diào)剖堵水作用。代清等研究了泡沫凝膠調(diào)剖體系的流變性和黏彈性，確定了該體系具有非牛頓流體的特性，具有假塑性的特征［8］，泡沫凝膠調(diào)剖體系呈現(xiàn)剪切稀釋性，表觀黏度隨剪切速率的增加而降低。泡沫凝膠的表面具有凝膠的膜，使得彈性增加，氣液兩相體系使其表觀黏度增加，從而使泡沫凝膠調(diào)剖體系表現(xiàn)出良好的黏彈性。

1.1.3 影響因素研究

陳啟斌等用發(fā)泡劑、PAM和交聯(lián)劑制得了泡沫凝膠體系，研究了聚合物(聚丙烯酰胺)濃度和氣體流量對(duì)泡沫質(zhì)量和氣泡尺寸的影響［9］。結(jié)果表明:泡沫凝膠的泡沫質(zhì)量值隨PAM的濃度和氣體流量的增加而增大;泡沫質(zhì)量大于0.86時(shí)，其氣泡仍接近球形;泡沫凝膠的氣泡平均尺寸隨PAM濃度的增大而增加，且濃度越大增加的趨勢(shì)越明顯;泡沫凝膠的氣泡平均尺寸隨氣體流量的增加而增加。另外，還研究了泡沫凝膠體系的穩(wěn)定性隨溫度的變化以及存放時(shí)間對(duì)氣泡尺寸的影響。結(jié)果表明，在30℃以下，泡沫凝膠的穩(wěn)定性較好，高于35℃時(shí)，其穩(wěn)定性變差;存放時(shí)間對(duì)泡沫凝膠的氣泡尺寸影響非常明顯。

尚志國(guó)等研究出了1種高分子物質(zhì)PAM為主劑，并加以起泡劑、交聯(lián)劑等制成的泡沫凝膠堵水劑，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了影響該體系成膠的因素［10］。其中，隨著PAM濃度的增加，泡沫凝膠基液的黏度隨之增大，但氣體對(duì)基液的穿透能力變差，泡沫質(zhì)量呈下降趨勢(shì);隨著交聯(lián)劑濃度的增加，泡沫凝膠的液膜穩(wěn)定性變差，泡沫質(zhì)量下降。該堵水體系在現(xiàn)場(chǎng)取得成功應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益增加顯著。

1.2 凍膠泡沫體系微觀實(shí)驗(yàn)研究

圖1 凍膠泡沫微觀實(shí)驗(yàn)裝置

凍膠泡沫體系微觀實(shí)驗(yàn)研究是利用孔隙網(wǎng)絡(luò)微觀模型對(duì)凍膠泡沫的運(yùn)移和捕獲進(jìn)行孔隙尺度的可視化研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置可以觀察到凍膠泡沫體系注入微觀模型過(guò)程及凍膠泡沫成凍過(guò)程(圖1)。凍膠泡沫體系注入后，模型關(guān)閉，成凍過(guò)程中，在微觀模型的不用部分拍下一系列圖片。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的圖片是用高倍顯微鏡拍攝的，如JVC GR－DVL520視頻數(shù)字相機(jī)。可利用相關(guān)圖片分析軟件對(duì)拍攝后的圖片進(jìn)行分析。

凍膠泡沫體系微觀實(shí)驗(yàn)研究可視化模型主要分為刻蝕玻璃可視化微觀模型和玻璃平板可視化微觀模型2種。

1.2.1 刻蝕玻璃可視化微觀模型——描述多孔介質(zhì)中凍膠泡沫的微觀流動(dòng)狀態(tài)

(1)多孔介質(zhì)中流體流過(guò)泡沫凍膠的微觀流動(dòng)狀態(tài)［11］。第1種狀態(tài)如圖2所示，液體穿過(guò)凝膠薄膜時(shí)，并未驅(qū)替走被封閉的氣泡，在破裂前期，液流穿過(guò)凝膠透鏡體，并沿著孔隙體內(nèi)氣/凝膠界面流動(dòng)。由于凍膠本身的滲透率低，液體的流動(dòng)非常少。第2種狀態(tài)如圖3所示，形成了大部分液體的通道。隨著實(shí)際壓力的增加，流體被迫穿過(guò)泡沫凍膠，透鏡體變形，透鏡體將壓力再傳遞到泡沫凍膠阻擋層的內(nèi)部，從而使內(nèi)部的透鏡體也變形。當(dāng)施加的壓力達(dá)到泡沫凍膠網(wǎng)絡(luò)的最低強(qiáng)度時(shí)，透鏡體將破裂，形成如圖所示的通道。第3種狀態(tài)為破裂后狀態(tài)，如圖4所示。當(dāng)達(dá)到破裂狀態(tài)時(shí)，大多數(shù)的透鏡體都已破裂而形成了高導(dǎo)流能力的通道。通過(guò)這一通道液流驅(qū)替了泡沫凍膠內(nèi)的大部分氣體，但是仍有部分殘余凍膠位于孔隙喉道處，未破裂的透鏡體對(duì)液流仍具有阻礙作用。

圖2 破裂前狀態(tài)

圖3 通道形成階段

圖4 破裂后狀態(tài)

(2)多孔介質(zhì)中的凍膠泡沫——流度控制作用。成凍前，與普通泡沫性質(zhì)類(lèi)似，凍膠泡沫作為1種流度控制劑，如圖5所示;成凍后，凍膠泡沫可以有效封堵水流或氣流的高滲通道［2］。大量的事實(shí)證明泡沫驅(qū)可以提高采收率，因?yàn)槠溥\(yùn)移可以抵消使原油殘留在地層的毛管力和黏性力。此外，在油藏中泡沫的分流能力及流體轉(zhuǎn)向能力(流度控制能力)可以提高驅(qū)替效率，增加驅(qū)替效率。

圖5 凍膠泡沫調(diào)剖效果

驅(qū)替前，凍膠位于孔隙喉道處，所形成的透鏡體將氣體封堵在孔隙體中;驅(qū)替后，水驅(qū)并未驅(qū)替掉孔隙中所有的凍膠，即使凍膠泡沫破裂，高滲區(qū)可以觀察到凍膠殘留在孔隙壁面和喉道壁面處。這說(shuō)明，存在于孔隙中的聚合物凍膠，能夠有效改變多孔介質(zhì)的滲透率，提高泡沫的殘余封堵能力(圖6)。

圖6 凍膠泡沫殘余封堵能力示意圖

(3)多孔介質(zhì)潤(rùn)濕性影響。Laura Romero等人采用2D刻蝕玻璃微觀模型表征不同的非均質(zhì)多孔介質(zhì)，觀察了不同階段的泡沫流動(dòng)情況及泡沫驅(qū)油過(guò)程，凝膠泡沫有效流度可以使殘余油有效地從多孔介質(zhì)中驅(qū)替出來(lái)［12］。通過(guò)對(duì)刻蝕玻璃微觀模型的潤(rùn)濕性處理，與親水性的多孔介質(zhì)相比，凍膠泡沫在親油性的多孔介質(zhì)中具有更強(qiáng)的封堵能力。在油濕的多孔介質(zhì)中，凍膠泡沫體系中的表面活性劑在固液界面間的吸附量少，因此凍膠泡沫的液膜穩(wěn)定性越高，封堵能力越強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)觀察到，驅(qū)替過(guò)程中部分多孔介質(zhì)出現(xiàn)潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，大部分仍然是親油性質(zhì)的。圖7是強(qiáng)親油性質(zhì)的多孔介質(zhì)中出現(xiàn)了親水性的區(qū)域。

圖7 凍膠泡沫驅(qū)后潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)現(xiàn)象(親油性的多孔介質(zhì))

(4)多孔介質(zhì)的幾何形狀對(duì)凍膠泡沫封堵能力的影響。泡沫在多孔介質(zhì)中可以再生，泡沫的生成和破滅機(jī)理與孔隙體的孔喉比相關(guān)［13］。而且凍膠泡沫的流度控制和封堵能力受到多孔介質(zhì)的幾何形狀的影響。實(shí)驗(yàn)證明，凍膠泡沫在低孔喉比的條件下具有較高的封堵能力。因?yàn)榭缀肀容^小，說(shuō)明孔隙體積和孔隙喉道具有較好的連通性。因此，凍膠泡沫在高導(dǎo)流能力的通道中有較好的封堵效果。

1.2.2 玻璃平板可視化微觀模型——描述成凍過(guò)程中凍膠泡沫的微觀變化過(guò)程

玻璃平板一般為矩形，長(zhǎng)寬大約為110 mm× 70 mm，厚度約為0.8 mm，四周用墊圈密封。凍膠泡沫體系注入到可視化玻璃平板模型后，模型關(guān)閉，成凍過(guò)程中，在微觀模型的不用部分拍下一系列圖片。拍攝后的圖片可利用相關(guān)圖片分析軟件進(jìn)行分析。通過(guò)該模型可以直觀觀察到泡沫尺寸的變化過(guò)程，并通過(guò)軟件計(jì)算出不同時(shí)刻泡沫的平均直徑，從而分析凍膠泡沫的穩(wěn)定性。通過(guò)局部觀察，可以追蹤到一定區(qū)域凍膠泡沫膜的變化過(guò)程。凍膠泡沫的平均尺寸隨著成凍時(shí)間的增加而變大，凍膠泡沫中液膜的彎曲表示相鄰氣泡之間有壓力差，而這種壓力差使得氣體從一個(gè)氣泡向另一個(gè)氣泡擴(kuò)散，最終使得體系達(dá)到平衡狀態(tài)［14］。

需要說(shuō)明的是，刻蝕玻璃微觀模型與玻璃平板可視化模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大差距，后者凍膠泡沫的變化過(guò)程相對(duì)較快，分析原因可能是由于沒(méi)有多孔介質(zhì)的幾何限制，泡沫更容易迅速惡化。

2 凍膠泡沫體系在油田上的應(yīng)用

(1)防砂方面的應(yīng)用。水侵勢(shì)必造成氣井出砂量增加，要防砂就必須減少水侵。對(duì)于在氣藏開(kāi)發(fā)早期和中期，部分氣井見(jiàn)水時(shí)實(shí)施堵水較為有利。若采用排水采氣，會(huì)促使水侵活動(dòng)加劇，使氣和水的相滲透率發(fā)生變化，造成水封閉氣;另外，處理大量排水也是一個(gè)大問(wèn)題。防砂機(jī)理:①低黏度的液體，很容易進(jìn)入井壁周?chē)奶澘仗?，填滿虧空和大孔道;②在發(fā)泡過(guò)程中，當(dāng)氣體壓力大于地層壓力后，氣體便會(huì)自動(dòng)向地層里竄動(dòng)，因此得到的多孔固體泡沫的孔道連通性好，保證了良好的滲透率，不會(huì)堵死油井。

凍膠泡沫可適應(yīng)特高含水油藏的防砂和堵水，董憲彬等針對(duì)油田開(kāi)發(fā)中后期油井出砂日益嚴(yán)重的現(xiàn)狀，研制開(kāi)發(fā)了井下發(fā)泡多孔防砂劑［15］。該技術(shù)是將未起泡的凍膠泡沫體系注入到井筒附近的出砂或者虧空的地層中，在地層條件下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)和起泡反應(yīng)，形成多孔的可滲透性的人工井壁，從而起到防砂和堵水作用。該體系是由1種低黏度液體，由聚氨酯預(yù)聚體、發(fā)泡劑、增強(qiáng)劑、催化劑、交聯(lián)劑和稀釋劑組成。該技術(shù)防砂強(qiáng)度大、滲透率可調(diào)，防砂后井筒殘留物可沖洗，能夠適應(yīng)特高含水油藏的油水井防砂堵水及套變井防砂。該技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝安全、簡(jiǎn)單，作業(yè)占井時(shí)間短，防砂成功率高，防砂堵水增油效果好，同時(shí)套變井防砂問(wèn)題的解決可完善井網(wǎng)注采關(guān)系。

針對(duì)勝利油氣區(qū)淺層氣藏在開(kāi)發(fā)過(guò)程氣井易出水、出砂的情況，譚紹泉研制了泡沫凝膠堵水劑，該堵劑具有重力超覆現(xiàn)象及選擇性堵水效果［16］。氣井泡沫凝膠堵水體系對(duì)于厚度較大且尚未投產(chǎn)的氣水同層，氣水界面穩(wěn)定，可采用在水線上方注入泡沫凍膠選擇性堵劑，依靠氮?dú)獾闹亓Τ?，在凍膠的氣水界面處打一高強(qiáng)度隔板，隔板上層仍然留有氣流通道，從而達(dá)到堵水不堵氣的目的。根據(jù)上述要求研究泡沫凝膠堵劑。通過(guò)過(guò)量氮?dú)忭斕?，將凝膠擱置在水氣界面處，有機(jī)凍膠類(lèi)堵劑在地層溫度條件下、一定時(shí)間后發(fā)生反應(yīng)生成高強(qiáng)度的凍膠，有效封堵底水。針對(duì)不同氣藏出水類(lèi)型，建立了適用于氣井的堵水體系，配套形成了相應(yīng)的堵水劑和現(xiàn)場(chǎng)施工工藝。泡沫凝膠堵水防砂配套技術(shù)的研究推廣應(yīng)用，可以經(jīng)濟(jì)有效地利用氣藏能量，避免氣藏開(kāi)采過(guò)程中的出水以及因出水而導(dǎo)致的出砂問(wèn)題，有效地改善出水出砂氣藏的開(kāi)發(fā)效果，延長(zhǎng)氣井的無(wú)水開(kāi)采期，提高氣藏最終采收率。

(2)防氣竄方面的應(yīng)用。為防止驅(qū)油過(guò)程中CO2氣體氣竄，劉偉等開(kāi)展了聚合物凍膠+泡沫復(fù)合防竄體系在CO2氣驅(qū)中的研究［17］。針對(duì)蘇北溱潼凹陷草舍油田Et油藏埋深大、地溫高、低滲、局部發(fā)育高滲透帶和水敏性較嚴(yán)重的特點(diǎn)，研究了適合該油田地質(zhì)條件的聚合物調(diào)剖體系和表面活性劑泡沫調(diào)剖體系。聚合物調(diào)剖體系成膠反應(yīng)快、時(shí)間短、強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、封堵效率高，能夠滿足注氣前先期調(diào)剖防竄的要求。

(3)控制邊低水錐進(jìn)方面的應(yīng)用。在控制邊底水錐進(jìn)方面，田維研究了N2+凝膠堵水技術(shù)在水平井堵水方面的應(yīng)用［18］。N2+凝膠復(fù)合控制邊底水錐進(jìn)技術(shù)利用了氮?dú)夂突瘜W(xué)凝膠堵劑在抑制油藏底水錐進(jìn)方面的優(yōu)點(diǎn)，綜合了各自的優(yōu)點(diǎn)，控制邊底水錐進(jìn)的作用更有效，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益更好。注氮?dú)獠粌H控制水錐而且還能起到提高采收率的作用，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面:①氮?dú)獾姆舛伦饔茫蚨嗫捉橘|(zhì)中注入氮?dú)?，氮?dú)饫玫貙雍偷谋砻婊钚詣┌l(fā)泡，產(chǎn)生賈敏效應(yīng)，堵塞大孔道，調(diào)整產(chǎn)液剖面;②氮?dú)獾姆腔煜囹?qū)替作用，注入氮?dú)饽芙档退嘞鄬?duì)滲透率，降低界面張力;③氮?dú)獾闹亓Ψ之愹?qū)替作用，在向油層注入氮?dú)夂螅捎谥亓Ψ之?，注入的氮?dú)饩蜁?huì)進(jìn)入微構(gòu)造高部位形成次生小氣頂，驅(qū)替頂部原油向下移動(dòng);④氮?dú)獠蝗苡谒^少溶于油，且具有良好的膨脹性，有利于保持地層壓力，阻礙底水錐進(jìn)。所用的凝膠為水基型，注入頂層后優(yōu)先進(jìn)入高含水層位封堵，具有選擇性。該技術(shù)在含水較高的錦45－平1CH與廟26－23CP1 2口井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，實(shí)施N2+凝膠復(fù)合壓底水措施后，平均日產(chǎn)油由原來(lái)的1.3 t/d上升到7 t/d，含水率趨于下降，達(dá)到了堵水消錐的目的。

(4)壓裂方面的應(yīng)用。壓裂液應(yīng)用方面，張汝生等研究了一種FA－200/AC－12凍膠壓裂液體系［19］。該壓裂液具有一定的耐溫耐剪切性能，可滿足壓裂施工造縫和攜砂要求，且體系壓裂液的破膠劑為過(guò)硫酸銨，破膠后殘?jiān)亢苌?。該體系的pH值為4～6，與高濃度二氧化碳泡沫壓裂液體系的pH值一致。0.35%FA－200+0.5%AC－12+ 0.4%DL－12(助排劑)壓裂液中加入0.75%FL－100(起泡劑)，充入CO2氣體產(chǎn)生泡沫，起泡效率為248%，泡沫半衰期為145 min。形成的泡沫質(zhì)量高、穩(wěn)定性好，可用于CO2泡沫壓裂施工。

3 凍膠泡沫的優(yōu)勢(shì)

F.R.Wassmuth等人評(píng)價(jià)了聚合物強(qiáng)化泡沫和凍膠泡沫在砂巖巖心中的注入性能和對(duì)氣體的封堵性能［20］，實(shí)驗(yàn)得出凍膠泡沫對(duì)氣體的封堵能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)聚合物強(qiáng)化泡沫的封堵能力。

凍膠泡沫在成凍之前具有水基泡沫的特點(diǎn)，在成凍之后又具有彈性?xún)瞿z的特點(diǎn)，其雙重特性具有以下優(yōu)勢(shì)。

(1)與常規(guī)聚合物調(diào)驅(qū)相比，由于氣體的存在，凍膠泡沫調(diào)驅(qū)減少了聚合物的用量。

(2)凍膠泡沫具有一般泡沫的封堵特征，泡沫在高滲透層形成的賈敏效應(yīng)增加了流動(dòng)阻力，從而阻止了泡沫凍膠在高滲地層的運(yùn)移，且泡沫遇油消泡遇水穩(wěn)定的特性，使得凍膠泡沫體系具有選擇封堵性。

(3)注入地層中的凍膠泡沫成膠后，泡沫的機(jī)械穩(wěn)定性增強(qiáng)，泡沫不容易消泡，可以延長(zhǎng)凍膠泡沫封堵地層的有效期。

(4)凍膠泡沫的殘余封堵能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于常規(guī)泡沫，凍膠泡沫破滅后，留下的吸附膜呈現(xiàn)交錯(cuò)重疊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于阻礙高滲帶的液流通道。

(5)泡沫凝膠調(diào)剖體系具有假塑性流體的特征，具有良好的黏彈性。這主要是因?yàn)閮瞿z泡沫的表面具有凍膠的膜，使得彈性增加，氣液兩相體系使其表觀黏度增加，從而使凍膠泡沫調(diào)剖體系表現(xiàn)出良好的黏彈性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合以上凍膠泡沫體系的研究現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)凍膠泡沫選擇性控水技術(shù)日益成熟，應(yīng)用日益廣泛，可應(yīng)用在防砂、防氣竄、控制邊底水及壓裂方面等。該體系在成凍之前具有水基泡沫的特點(diǎn)，在成凍之后又具有彈性?xún)瞿z的特點(diǎn)，既很好地封堵了高滲通道，又不致于堵死低滲層，與泡沫調(diào)驅(qū)相比，凍膠成凍后泡沫體系穩(wěn)定，封堵強(qiáng)度高且封堵有效期長(zhǎng)。因此，在水驅(qū)開(kāi)發(fā)油田的調(diào)剖堵水方面，凍膠泡沫具有較好的應(yīng)用前景。

在微觀實(shí)驗(yàn)研究方面，盡管?chē)?guó)外對(duì)凍膠泡沫進(jìn)行了大量的微觀實(shí)驗(yàn)研究，但都是在2D基礎(chǔ)上進(jìn)行的，而凍膠泡沫在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移比較復(fù)雜，因此仍然需要大量的關(guān)于3D多孔介質(zhì)可視化模型的實(shí)驗(yàn)研究。在對(duì)凍膠泡沫體系成凍過(guò)程的機(jī)理研究方面，關(guān)于泡沫液膜由于交聯(lián)作用引起的硬化是否有助于泡沫的穩(wěn)定性的問(wèn)題，尚未形成合理的理論解釋。在凍膠泡沫體系研究方面，針對(duì)海上油田，尚未形成具體的堵水體系，并且在理論分析方面還存在很多問(wèn)題，如凍膠成凍過(guò)程中泡沫的穩(wěn)定性機(jī)理、各種因素對(duì)凍膠泡沫選擇性控水的影響規(guī)律等。因此針對(duì)以上問(wèn)題，還需要對(duì)凍膠泡沫作進(jìn)一步的深入研究。

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編輯 劉兆芝

TE357

A

1006－6535(2012)04－0001－06

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.04.001

20111209;改回日期:20120416

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“油田開(kāi)采后期提高采收率技術(shù)”(2011ZX05009－004);國(guó)家自然科學(xué)基金“泡沫酸在多孔介質(zhì)中流動(dòng)規(guī)律研究及過(guò)程模擬”(50876115);青島市成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目“氮?dú)馀菽霎a(chǎn)理論及應(yīng)用研究”(09－2－3－20－chg)

李兆敏(1965－)，男，教授，1988年畢業(yè)于山東大學(xué)熱流體力學(xué)專(zhuān)業(yè)，獲碩士學(xué)位，1995年畢業(yè)于石油大學(xué)(北京)油氣井工程專(zhuān)業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)為中國(guó)石油大學(xué)(華東)博士生導(dǎo)師，從事油氣田開(kāi)發(fā)的科研與教學(xué)工作。