王 慶，劉永革，呂朝輝，康愛紅

（1.中國石油大學(xué)，北京 102249；2.中國石油大學(xué)，山東 青島 266580；3.中油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000）

引 言

據(jù)估計(jì)，全球稠油儲量豐富，是常規(guī)原油和天然氣總當(dāng)量的3倍多［1］。熱力采油技術(shù)是目前稠油油藏開發(fā)的主要技術(shù)，而在熱力采油中，注蒸汽開采的產(chǎn)量約占97%。礦場應(yīng)用表明，無論蒸汽吞吐還是蒸汽驅(qū)注汽過程中都會出現(xiàn)汽竄現(xiàn)象，汽竄干擾了生產(chǎn)井的正常生產(chǎn)。為了提高注蒸汽開采的效果，需要依靠現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)識別油層的汽竄特征，并選擇有效的調(diào)堵措施進(jìn)行綜合治理［2－4］。泡沫具有“堵大不堵小、堵水不堵油”的選擇性封堵特性，廣泛應(yīng)用于改善稠油油藏注蒸汽開發(fā)效果的礦場實(shí)踐中［5－8］。大量的礦場實(shí)踐表明，發(fā)泡劑性能的優(yōu)劣是措施成功的關(guān)鍵，而目前國內(nèi)外關(guān)于高溫泡沫的發(fā)泡性能及穩(wěn)泡性能的評價(jià)方法尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［9－10］。稠油熱采的過程中高溫發(fā)泡劑處于一個(gè)變溫環(huán)境內(nèi)，此時(shí)泡沫劑的發(fā)泡性能和穩(wěn)泡性能不斷發(fā)生變化，為此，建立了一種高溫發(fā)泡劑性能評價(jià)的新方法。采用該方法優(yōu)選了河南井樓油田蒸汽驅(qū)調(diào)驅(qū)使用的發(fā)泡劑，取得了較好的應(yīng)用效果，該方法對于指導(dǎo)高溫發(fā)泡劑的優(yōu)選具有十分重要的意義。

1 高溫發(fā)泡劑性能評價(jià)方法的建立

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

發(fā)泡體積和半衰期的測定：用地層水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的發(fā)泡劑溶液150mL，采用 Waring Blender法測試其發(fā)泡體積和半衰期，轉(zhuǎn)速為2 400 r／min，攪拌1min，讀取發(fā)泡體積并記錄泡沫破滅1／2體積所用的時(shí)間作為其半衰期。測試溫度根據(jù)具體要求確定，原則上應(yīng)保證最高溫度達(dá)到礦場要求且有足夠的溫度點(diǎn)，當(dāng)溫度低于100℃時(shí)在恒溫水浴中進(jìn)行測試；當(dāng)溫度超過100℃時(shí)在高溫高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行測試，測試中在不同的溫度點(diǎn)時(shí)保持壓力不低于飽和蒸汽壓，以保證溶液為液態(tài)。

阻力因子的測定：填砂模型充填160目的玻璃珠，在高壓下（20MPa）測定其氣密性，抽真空，飽和地層水并測定填砂模型的孔隙度和滲透率。測試溫度的確定原則同上，在不同溫度點(diǎn)設(shè)置回壓不低于飽和蒸汽壓，以保證溶液為液態(tài)。首先向填砂模型中注入2mL／min的地層水和100mL／min（標(biāo)況）的氮?dú)?，待出口端出液和出氣穩(wěn)定后，記錄填砂模型兩端測壓點(diǎn)的壓力，此壓差即為該溫度點(diǎn)下的基礎(chǔ)壓差。然后向填砂模型中注入2mL／min的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的發(fā)泡劑溶液和100mL／min（標(biāo)況）的氮?dú)猓隹诙水a(chǎn)生的泡沫穩(wěn)定后，記錄穩(wěn)定狀態(tài)下填砂管兩端測壓點(diǎn)的壓力，此壓差即為該溫度點(diǎn)下的工作壓差，計(jì)算該溫度點(diǎn)下的阻力因子。

泡沫能提高驅(qū)油效率是因?yàn)榘l(fā)泡劑作為一種表面活性劑能夠起到降低界面張力，啟動殘余油的作用。因此，發(fā)泡劑溶液的驅(qū)油效率也是評價(jià)發(fā)泡劑性能的一個(gè)重要的指標(biāo)。驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)溫度為油藏溫度，填砂模型充填160目的玻璃珠，在高壓下（20MPa）測定其氣密性，抽真空，飽和地層水并測定填砂模型的孔隙度和滲透率，飽和原油，計(jì)算含油飽和度。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的發(fā)泡劑溶液，以1mL／min的速度驅(qū)替至出口端含水為98%，計(jì)算驅(qū)油效率。

1.2 平均泡沫綜合指數(shù)

圖1 泡沫體積隨時(shí)間變化關(guān)系曲線示意圖

發(fā)泡體積和半衰期是衡量發(fā)泡劑性能好壞的2個(gè)重要參數(shù)，一個(gè)反映了起泡的難易和數(shù)量，一個(gè)反映了泡沫的穩(wěn)定性。泡沫在地層中的流度調(diào)整能力受泡沫的數(shù)量和穩(wěn)定性的綜合影響，為了綜合評價(jià)發(fā)泡劑的靜態(tài)性能，采用泡沫綜合指數(shù)，綜合考慮最大發(fā)泡體積和泡沫半衰期對泡沫性能的影響，實(shí)驗(yàn)條件下得到的發(fā)泡體積與發(fā)泡及消泡時(shí)間之間的關(guān)系曲線（圖1）。圖1中陰影部分面積可綜合反映發(fā)泡劑的靜態(tài)性能，假定發(fā)泡體積隨時(shí)間的變化采用曲線方程V＝f1（t）表示，則泡沫綜合指數(shù)如公式（1）所示，值越大則發(fā)泡和穩(wěn)泡性能越好。

式中：S為泡沫綜合指數(shù)，mL·min為半衰期，min；V為發(fā)泡體積，mL；Vmax為最大發(fā)泡體積，mL。

為了計(jì)算方便，近似將梯形的面積當(dāng)作圖中陰影部分的面積，采用公式（2）計(jì)算：

由于稠油熱采是變溫開采的過程，泡沫劑的發(fā)泡性能和穩(wěn)泡性能不斷發(fā)生變化，因此，需評價(jià)不同溫度條件下泡沫的綜合性能，泡沫綜合指數(shù)隨溫度變化的關(guān)系滿足函數(shù)S＝f2（T）。圖2中陰影部分的面積Ω可綜合反映泡沫體系綜合指數(shù)的溫度效應(yīng)，由于泡沫群在實(shí)際的熱采過程中處于變溫體系，因此，需要根據(jù)溫度變化進(jìn)行加權(quán)平均，求得平均泡沫綜合指數(shù)，作為發(fā)泡劑初選的指標(biāo)，其計(jì)算公式為：

圖2 泡沫綜合指數(shù)隨溫度變化示意圖

發(fā)泡體積和半衰期的測定相對于泡沫阻力因子及驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)，具有實(shí)驗(yàn)周期短、成本低、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，采用平均泡沫綜合指數(shù)來進(jìn)行發(fā)泡劑的初選對于縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間、節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本具有十分重要的意義。但由于泡沫在玻璃器皿中的性能和在油藏多孔介質(zhì)中的性能有很大差別，因此，在實(shí)驗(yàn)室中用玻璃器皿等對泡沫的性能評價(jià)有很大的局限性，一定程度上不能反映泡沫在油藏多孔介質(zhì)中的性能［11－12］，即平均泡沫綜合指數(shù)不能作為發(fā)泡劑最終優(yōu)選的指標(biāo)，必須在其初選的基礎(chǔ)上選擇平均泡沫綜合指數(shù)較大的發(fā)泡劑進(jìn)行泡沫阻力因子及發(fā)泡劑驅(qū)油效率的實(shí)驗(yàn)。

1.3 平均泡沫阻力因子

圖3 泡沫阻力因子隨溫度變化示意圖

實(shí)驗(yàn)條件下得到阻力因子隨溫度的變化滿足函數(shù)R＝f3（T）（圖3）。圖3中陰影部分的面積可以綜合反映阻力因子的溫度效應(yīng)Ψ，由于泡沫群在實(shí)際熱采過程中處于變溫體系中，因此，需要根據(jù)溫度變化進(jìn)行加權(quán)平均，求取平均泡沫阻力因子，其計(jì)算公式為：

式中：R為泡沫阻力因子；R為平均泡沫阻力因子。

綜合考察泡沫的封堵能力及洗油能力，即根據(jù)平均泡沫阻力因子和發(fā)泡劑溶液的驅(qū)油效率來綜合評定高溫發(fā)泡劑的性能，選擇最優(yōu)的發(fā)泡劑。

2 河南油田高溫發(fā)泡劑性能評價(jià)

河南油田提供5種發(fā)泡劑原樣，編號為A、B、C、D、E；實(shí)驗(yàn)用水為稠油聯(lián)合站的地層水；實(shí)驗(yàn)用油為GX51217井井口脫氣原油，脫水處理，50℃地面脫氣原油黏度為280.5mPa·s。按照上述實(shí)驗(yàn)方法測試不同溫度條件下5種發(fā)泡劑的發(fā)泡體積和半衰期，測試結(jié)果見表1。計(jì)算發(fā)泡劑A、B、C、D、E的平均泡沫綜合指數(shù)分別為：57.60×103、27.33×103、49.99×103、57.54×103、50.88×103mL·min。

比較5種發(fā)泡劑的平均泡沫綜合指數(shù)，優(yōu)選發(fā)泡劑A和D進(jìn)行不同溫度條件下的泡沫阻力因子測定實(shí)驗(yàn)和油藏溫度下（26℃）的發(fā)泡劑溶液驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)。發(fā)泡劑A和D不同溫度條件下的阻力因子測定結(jié)果見表2。計(jì)算可知，發(fā)泡劑A的平均泡沫阻力因子為109.54，發(fā)泡劑D的平均泡沫阻力因子為86.19。一般認(rèn)為阻力因子達(dá)到4.0以上時(shí)，泡沫劑在油層中就能起到一定的調(diào)剖作用，

由此可知，2種發(fā)泡劑均可起到使地層流體轉(zhuǎn)向的作用，但相比而言發(fā)泡劑A的封堵效果較好。驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：發(fā)泡劑A的驅(qū)油效率為23.15%，發(fā)泡劑D的驅(qū)油效率為21.79%，發(fā)泡劑A的驅(qū)油效率較高。綜合考慮泡沫的封堵能力和驅(qū)油性能，選用發(fā)泡劑A作為河南油田L(fēng)Z27井區(qū)泡沫調(diào)驅(qū)的發(fā)泡劑。

表1 發(fā)泡體積和半衰期隨溫度變化

表2 發(fā)泡劑A和D阻力因子隨溫度變化

3 LZ27井區(qū)現(xiàn)場試驗(yàn)

河南井樓油田L(fēng)Z27井區(qū)位于河南油區(qū)高莊南鼻狀構(gòu)造南部，油層平均有效厚度為5.6m，平均深度為220m，平均孔隙度為34.82%，平均滲透率為2.25μm2，平面和縱向非均質(zhì)性嚴(yán)重，平均滲透率級差達(dá)到5.0以上，油層平均溫度為26℃；地層水為 NaHCO3型，平均礦化度為4 735mg／L。該區(qū)域的L31713井組2004年正式投入蒸汽吞吐開發(fā)，2009年轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)試驗(yàn)，圖4為該井組蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)階段的開發(fā)效果對比。由圖4可知，在蒸汽吞吐階段的中后期和蒸汽驅(qū)階段井組累計(jì)產(chǎn)油量與累計(jì)注汽量的對數(shù)都近似成線性的關(guān)系，但2條直線的斜率不同，蒸汽驅(qū)階段直線的斜率較大，采出同樣的油時(shí)蒸汽驅(qū)開發(fā)所需的注汽量比蒸汽吞吐的注汽量要大，轉(zhuǎn)驅(qū)后開發(fā)效果較差。

圖4 L31713井組轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)前后開發(fā)效果對比

為了抑制蒸汽竄流，擴(kuò)大蒸汽波及體積，從而提高蒸汽驅(qū)的采油效率，根據(jù)發(fā)泡劑優(yōu)選的最終結(jié)果選用發(fā)泡劑A于2010年7月12日至7月17日在該井組進(jìn)行了氮?dú)馀菽{(diào)驅(qū)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。蒸汽注入速度為54t／d，發(fā)泡劑注入速度為1.4t／d，氮?dú)庾⑷胨俣葹? 000m3／d，注入方式為油管注蒸汽，同時(shí)套管注發(fā)泡劑和氮?dú)?。泡沫調(diào)驅(qū)后井組月產(chǎn)油量明顯上升（調(diào)驅(qū)前2010年6月的月產(chǎn)油量為140.4t，調(diào)驅(qū)后2010年8月的月產(chǎn)油量為336.9 t），至2010年10月31日累計(jì)增油675.9t，泡沫調(diào)驅(qū)取得了較好的效果。

4 結(jié) 論

（1）稠油熱采過程中高溫發(fā)泡劑處于一個(gè)變溫環(huán)境內(nèi)，此時(shí)泡沫劑的發(fā)泡性能和穩(wěn)泡性能不斷發(fā)生變化，筆者充分考慮到這一特征，建立了一種高溫發(fā)泡劑性能評價(jià)的新方法，該方法對于指導(dǎo)高溫發(fā)泡劑的優(yōu)選具有十分重要的意義。

（2）利用不同溫度條件下泡沫發(fā)泡體積和半衰期的測試數(shù)據(jù)，建立了平均泡沫綜合指數(shù)的計(jì)算方法，利用該指標(biāo)對發(fā)泡劑進(jìn)行初選，可縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間、節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本。

（3）利用不同溫度條件下泡沫阻力因子的測試數(shù)據(jù)，建立了平均泡沫阻力因子的計(jì)算方法，綜合考慮泡沫的封堵性能和驅(qū)油性能，利用該指標(biāo)以及油藏溫度條件下發(fā)泡劑溶液的驅(qū)油效率對發(fā)泡劑進(jìn)行綜合評價(jià)，從而優(yōu)選出合適的發(fā)泡劑。

（4）根據(jù)文中建立的方法對河南油田提供的5種發(fā)泡劑進(jìn)行評價(jià)，優(yōu)選發(fā)泡劑A在井樓油田L(fēng)Z27井區(qū)L31713井組進(jìn)行了泡沫調(diào)驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)，調(diào)驅(qū)結(jié)束3個(gè)半月內(nèi)，井組累計(jì)增油675.9t，泡沫調(diào)驅(qū)取得了較好效果。

［1］Hinkle A，Batzle M.Heavy oils：a worldwide overview［J］.The Leading Edge，2006，25（6）：742－749.

［2］邵先杰，湯達(dá)禎，樊中海，等 .河南油田淺薄層稠油開發(fā)技術(shù)試驗(yàn)研究［J］.石油學(xué)報(bào)，2004，25（2）：74－79.

［3］張紅玲，劉慧卿，王晗，等 .蒸汽吞吐汽竄調(diào)剖參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］.石油學(xué)報(bào)，2007，28（2）：105－108.

［4］李兆敏，劉偉，李松巖，等 .多相泡沫體系深部調(diào)剖實(shí)驗(yàn)研究［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（1）：55－58.

［5］劉仁靜，劉慧卿，李秀生 .勝利油田稠油油藏氮?dú)馀菽?qū)適應(yīng)性研究［J］.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，17（1）：105－111.

［6］劉合，葉鵬，劉巖，等 .注氮?dú)馀菽刂扑Z技術(shù)在油田高含水期的應(yīng)用［J］.石油學(xué)報(bào)，2010，31（1）：91－95.

［7］龐進(jìn)，劉洪，李泓漣 .油藏水驅(qū)后蒸汽驅(qū)增油機(jī)理實(shí)驗(yàn)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（4）：72－74，78.

［8］王長久，劉慧卿，鄭強(qiáng)，等 .稠油油藏蒸汽泡沫調(diào)驅(qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)——以吉林油田扶北3區(qū)塊為例［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（5）：76－78，83.

［9］張艷娟 .氮?dú)馀菽{(diào)驅(qū)用泡沫劑性能評價(jià)［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2006，7（9）：8－10.

［10］梅海燕，張茂林，任敏紅，等 .氣驅(qū)起泡劑綜合性能評價(jià)［J］.斷塊油氣田，2006，13（1）：26－28.

［11］楊浩，岳湘安，趙仁保，等 .多孔介質(zhì)中泡沫封堵有效期評價(jià)［J］.石油學(xué)報(bào)，2009，30（5）：735－739.

［12］張廣卿，劉偉，李敬，等 .泡沫封堵能力影響因素實(shí)驗(yàn)研究［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（2）：44－46.