楊 紅，余華貴，黃春霞，周正習(xí)，南宇峰，杜曉丹，李鵬宇，崔鵬興

（1.延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安，710075；2.中石油華北油田分公司第一采油廠(chǎng)，河北 任丘，062550；3.中石油北京油氣調(diào)控中心，北京100000；4.勝利油田鉆井工程技術(shù)公司定向井公司，山東 東營(yíng)，257062）

空氣泡沫驅(qū)綜合了空氣驅(qū)和泡沫驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)［1-6］，可以有效改善油水流度比［7-9］和避免因?yàn)榉蔷|(zhì)性引發(fā)的過(guò)早水竄和氣竄等問(wèn)題［10-12］，同時(shí)具有開(kāi)發(fā)成本低的特點(diǎn)［13］，先后在國(guó)內(nèi)外諸多油田開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)［14］，并取得了較好的開(kāi)發(fā)效果。然而，在國(guó)內(nèi)外空氣泡沫驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，油藏最低溫度為70℃，油藏最低滲透率為（5～10）×10-3μm2，油藏最小埋深為880m，甘谷驛油田唐80井區(qū)油藏平均溫度為27.3℃，基質(zhì)平均滲透率為0.82×10-3μm2，油藏平均埋深為570m，屬于典型的淺層低溫特低滲透油藏。為研究水驅(qū)后空氣泡沫驅(qū)在唐80井區(qū)油藏的適應(yīng)性，優(yōu)選了空氣泡沫驅(qū)油體系，分析了空氣泡沫驅(qū)在目標(biāo)井區(qū)的可行性和驅(qū)油潛力，同時(shí)對(duì)空氣泡沫驅(qū)對(duì)井區(qū)裂縫的調(diào)剖封堵能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 井區(qū)開(kāi)發(fā)概況

唐80井區(qū)位于甘谷驛油田西南部，主要含油層位為三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)6油層，其構(gòu)造為一向西傾斜的平緩大單斜，斜坡內(nèi)構(gòu)造環(huán)境微弱，不發(fā)育斷層和褶皺。井區(qū)控制面積1.8km2，油層有效厚度14.3m，地質(zhì)儲(chǔ)量81×104t，原始地層壓力5.8MPa，目前地層壓力3.0MPa，地層溫度27.3℃，孔隙度7.9%，滲透率0.82×10-3μm2，滲透率變異系數(shù)0.44，地層水為CaCl2水型，礦化度為43 427.26mg／L，地面原油密度0.82g／cm3，黏度4.3mPa·s。試驗(yàn)井區(qū)于2002年開(kāi)始大規(guī)模注水開(kāi)發(fā)，目前平均單井日產(chǎn)液1.72m3，日產(chǎn)油0.18t，綜合含水率87.13%，累計(jì)注采比0.79，平均采油速度0.88%，采出程度8.86%。

目前，由于早期油田開(kāi)發(fā)對(duì)儲(chǔ)層微裂縫的發(fā)育認(rèn)識(shí)不全，注入水很快沿微裂縫發(fā)育方向突進(jìn)，造成東西向油井暴性水淹，而側(cè)向油井見(jiàn)效較差；同時(shí)，微裂縫和油藏低孔特低滲的性質(zhì)促使平面上注水井注入壓力極為不均衡。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)巖心：尺寸為直徑2.5cm、長(zhǎng)度10cm的天然巖心。

實(shí)驗(yàn)試劑：AES型起泡劑、不同相對(duì)分子質(zhì)量的HAPM聚合物系列、樹(shù)脂型耐鹽凝膠。

實(shí)驗(yàn)用油（水）：地層原油、按照地層水礦化度所配制模擬地層水。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)包括3部分：1）采用 Waring Blender法測(cè)定體系起泡體積和半衰期，確定起泡劑濃度，同時(shí)開(kāi)展聚合物巖心注入性實(shí)驗(yàn)，確定適合封堵井區(qū)裂縫的聚合物相對(duì)分子質(zhì)量，并確定用作穩(wěn)泡劑的聚合物濃度；2）開(kāi)展空氣氧化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)和天然巖心空氣泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)（水驅(qū)至含水98%后轉(zhuǎn)注），以分析目標(biāo)井區(qū)空氣泡沫驅(qū)的可行性；3）利用滲透率分別為300、500和1 000mD巖心模擬不同開(kāi)度的微裂縫并與低滲巖心開(kāi)展雙管驅(qū)油實(shí)驗(yàn)（水驅(qū)至含水98%后轉(zhuǎn)注），以評(píng)價(jià)空氣泡沫的調(diào)剖和封堵性能。其中，水驅(qū)速度為0.2mL／min，空氣泡沫驅(qū)速度為0.4mL／min，空氣泡沫采用氣液交替的方式注入，注入氣液比為3∶1。巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)方案

3 空氣泡沫驅(qū)油體系確定

3.1 起泡劑濃度確定

起泡劑起泡體積和半衰期隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。從圖1可知：隨著起泡劑質(zhì)量濃度的增大，起泡體積和半衰期均呈先增加后降低的趨勢(shì)，起泡劑最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%。

起泡劑表面擴(kuò)張彈性模量和界面張力隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化見(jiàn)圖2。由圖2可知：隨著起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，體系界面張力迅速降低，活性增強(qiáng)，起泡體積迅速增大；隨著起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增大，體系界面張力緩慢上升，體系活性降低，起泡體積有所降低。

圖1 起泡劑起泡體積和半衰期與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

表面擴(kuò)張彈性模量表征了泡沫膜強(qiáng)度的大小。圖2中，在起泡劑質(zhì)量濃度逐漸增大過(guò)程中，泡沫表面擴(kuò)張彈性模量呈先增加后降低的趨勢(shì)，并在起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%處達(dá)到最大值。隨著起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，一方面表面濃度增大，表面擴(kuò)張彈性模量增大，泡沫機(jī)械強(qiáng)度增加，半衰期增大，泡沫穩(wěn)定性增強(qiáng)；另一方面，泡沫內(nèi)部和泡沫表面的分子交換速度加快，氣液界面分子排列更為緊密，起泡體積增加，同時(shí)，表面張力梯度下降，表面擴(kuò)張彈性模量略有降低，泡沫強(qiáng)度降低，泡沫排液速度加快，半衰期下降，泡沫穩(wěn)定性降低。

圖2 起泡劑表面擴(kuò)張彈性模量和界面張力與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

3.2 穩(wěn)泡調(diào)剖劑優(yōu)選

以聚合物作為穩(wěn)泡調(diào)剖劑，主要是由于聚合物可以增大泡沫之間液體的體相黏度，從而降低體系的排液速度，進(jìn)而提高泡沫的穩(wěn)定性；同時(shí)，相對(duì)分子質(zhì)量較大的聚合物可以對(duì)高滲層和大孔道起到一定的調(diào)剖和封堵作用。

根據(jù)目標(biāo)井區(qū)巖心資料和示蹤劑檢測(cè)結(jié)果，油藏裂縫中開(kāi)度為0～0.3mm的裂縫約占70%～73%，其等效滲透率約為（300～500）×10-3μm2。通過(guò)聚合物注入性實(shí)驗(yàn)，確定適合于封堵井區(qū)裂縫的聚合物，從圖3可知：對(duì)于封堵滲透率為300×10-3μm2的高滲層，選擇相對(duì)分子質(zhì)量為1.6×106的聚合物較為合適。

圖3 不同相對(duì)分子質(zhì)量聚合物巖心注入實(shí)驗(yàn)

圖4 中，隨著聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，體系黏度增大，起泡體積降低，半衰期增大。當(dāng)聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%時(shí)，體系起泡體積降低緩慢，半衰期上升迅速；當(dāng)聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.1%時(shí)，盡管體系半衰期依然迅速上升，但其上升速度有所放緩，而體系起泡體積卻大幅降低。結(jié)合聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)體系起泡體積和半衰期的綜合影響，認(rèn)為聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%較為合適。

圖4 起泡體積和半衰期與聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

4 空氣泡沫驅(qū)在目標(biāo)井區(qū)可行性

原油低溫氧化實(shí)驗(yàn)在靜態(tài)耗氧裝置中進(jìn)行，將天然巖心粉碎為20目～200目的巖屑，加入一定量地層原油并混合均勻，通入一定量的空氣，在地層溫度條件下恒定壓力為6MPa，每間隔24h測(cè)量反應(yīng)后氣體中O2和CO2的體積分?jǐn)?shù)。

圖5中，O2含量隨反應(yīng)時(shí)間可擬合成式（1），其中y為反應(yīng)后氣體中O2體積分?jǐn)?shù)，%；x為反應(yīng)時(shí)間，h：

利用公式（1）計(jì)算反應(yīng)時(shí)間為65d時(shí)，反應(yīng)后氣體中O2體積分?jǐn)?shù)為10.93%，已低于爆炸臨界［15］O2體積分?jǐn)?shù)11.02%，這說(shuō)明在目標(biāo)井區(qū)油藏條件下，空氣驅(qū)具有可行性。

圖5 低溫氧化反應(yīng)中O2和CO2含量與時(shí)間的關(guān)系

另外，目標(biāo)井區(qū)空氣泡沫驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)井叢54、叢55井于2007年9月11日至2008年6月25日累計(jì)注入泡沫液體積1 091.8m3，常溫常壓下注入空氣體積160 226m3，但套管氣組分分析結(jié)果顯示其產(chǎn)出氣氧氣體積分?jǐn)?shù)均低于1.9%。

表2中，兩組滲透率不同的天然巖心空氣泡沫驅(qū)（無(wú)穩(wěn)泡劑）可以在水驅(qū)基礎(chǔ)上可平均提高采收率約為16.19%，這說(shuō)明空氣泡沫驅(qū)在目標(biāo)井區(qū)有著較大驅(qū)油潛力。

表2 空氣泡沫驅(qū)油潛力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5 空氣泡沫驅(qū)油體系調(diào)剖封堵性能

表3為天然巖心雙管驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從表3可知：在注入0.4PV泡沫段塞后進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)均可以在原水驅(qū)基礎(chǔ)上一定程度地提高采收率。

表3 天然巖心雙管驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比3、4組驅(qū)油實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在前期高、低滲巖心水驅(qū)程度相近的情況下，低滲部分巖心可提高采收率分別為15.73%和16.03%，采收率提高幅度基本相同，圖6中兩組實(shí)驗(yàn)空氣泡沫體系注入過(guò)程中阻力系數(shù)相當(dāng)，說(shuō)明該空氣泡沫體系對(duì)等效滲透率分別為300mD和500mD的裂縫均可以起到較好的調(diào)剖作用。

對(duì)比3、5組驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，由于高滲巖心滲透率的增大，雙管巖心滲透率級(jí)差增大，水驅(qū)階段低滲部分基本沒(méi)有被動(dòng)用，在注入空氣泡沫調(diào)剖和開(kāi)展后續(xù)水驅(qū)之后，低滲巖心后續(xù)提高采收率僅6.43%，同時(shí)高滲巖心采收率也僅提高0.23%。

對(duì)比5、6組驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，在注入空氣泡沫前注入0.05PV凝膠封堵劑之后，第6組實(shí)驗(yàn)注入阻力系數(shù)明顯增大，高滲巖心所占流量比例明顯降低，低滲巖心最終采收率較第5組實(shí)驗(yàn)提高9.61%。

由于實(shí)際地層中，不同開(kāi)度的裂縫均有發(fā)育，因此，在開(kāi)展空氣泡沫驅(qū)油過(guò)程中，采取先注入0.05PV凝膠對(duì)等效滲透率大于500mD的裂縫進(jìn)行封堵，再注入0.4PV空氣泡沫驅(qū)油劑。

6 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

試驗(yàn)井區(qū)于2011年10月1日至12月19日為空氣泡沫綜合驅(qū)階段，12月19日開(kāi)始轉(zhuǎn)為穩(wěn)定水驅(qū)，其中空氣泡沫采用地面分段塞交替注入、在地下產(chǎn)生泡沫的注入方式注入，期間共注入凝膠253m3，注入空氣地下體積2 805.09m3，注入泡沫液體積1 016.35m3，累計(jì)氣液比約為2.76∶1。

至注入空氣泡沫和開(kāi)展后續(xù)水驅(qū)以來(lái)，目標(biāo)井區(qū)在控水增油方面取得了明顯效果，據(jù)調(diào)驅(qū)效果統(tǒng)計(jì)，井組單井日產(chǎn)油量由0.22t／d增至0.46 t／d，含水率由87.13%下降至63.88%，在不考慮產(chǎn)量遞減的情況下累計(jì)增油718.58t，說(shuō)明注入凝膠和空氣泡沫對(duì)地層裂縫起到了有效的調(diào)剖和封堵作用，擴(kuò)大了后續(xù)水驅(qū)波及效率。另外，在空氣泡沫注入過(guò)程中，生產(chǎn)井組未發(fā)現(xiàn)有氧氣突破，也未出現(xiàn)任何安全事故。

7 結(jié) 論

a.空氣泡沫驅(qū)油體系優(yōu)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：AES型起泡劑最佳質(zhì)量濃度為0.5%，地層條件下聚合物穩(wěn)泡劑最佳相對(duì)分子質(zhì)量為1.6×106，且其最佳質(zhì)量濃度為0.1%。

b.空氣泡沫驅(qū)在目標(biāo)井區(qū)具有可行性：O2體積分?jǐn)?shù)在地層中遞減曲線(xiàn)符合指數(shù)遞減規(guī)律，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于65d時(shí)，O2體積分?jǐn)?shù)已低于爆炸臨界值；空氣泡沫驅(qū)可在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率約16.19%。

c.注入0.4PV該空氣泡沫驅(qū)油體系對(duì)等效滲透率為300×10-3μm2和500×10-3μm2的裂縫進(jìn)行調(diào)剖后開(kāi)展后續(xù)水驅(qū)，可分別提高低滲巖心采收率15.73%和16.03%，而對(duì)等效滲透率為1 000×10-3μm2的裂縫僅可提高6.43%，在注入空氣泡沫前加注0.05PV凝膠進(jìn)行封堵后可提高低滲巖心采收率16.04%，且現(xiàn)場(chǎng)空氣泡沫驅(qū)試驗(yàn)起到了明顯的控水增油效果。

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