（勝利油田分公司 孤東采油廠工藝研究所，山東 東營 257237）

孤東稠油吞吐井多輪次吞吐后，地層能量下降快，邊底水快速侵入，吞吐周期遞減大，含水高，采收率低。針對該情況，現(xiàn)場采用氮?dú)馀菽{(diào)剖等工藝取得了良好效果，但隨著注入輪次增多，常規(guī)氮?dú)馀菽w系控制邊水能力較差，無法有效抑制邊水指進(jìn)，導(dǎo)致汽竄及水侵現(xiàn)象加劇，在僅增加氮?dú)馀菽⑷肓康那闆r下，增油效果和效益明顯變差，現(xiàn)場矛盾呈現(xiàn)多元化，單純的氮?dú)馀菽褵o法解決，需對泡沫控制邊水能力開展技術(shù)復(fù)合應(yīng)用研究，建立泡沫封堵強(qiáng)度與不同邊水強(qiáng)度的對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)泡沫高效長期穩(wěn)定堵水，達(dá)到進(jìn)一步提高熱采井開發(fā)效果的目的。

本文開展孤東稠油井多輪次調(diào)剖后強(qiáng)化泡沫體系研究，對多輪次氮?dú)馀菽{(diào)剖后效果變差原因分析評價(jià)，針對效果變差原因開展治理對策研究；通過強(qiáng)化泡沫體系控制邊水實(shí)驗(yàn)研究，建立泡沫控制邊水水侵評價(jià)體系及其篩選標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建一系列不同封堵能力的強(qiáng)化泡沫體系。通過該工藝技術(shù)的研究與應(yīng)用，以改善蒸汽吞吐井多輪次調(diào)剖后期泡沫控制邊水能力，進(jìn)一步擴(kuò)大蒸汽波及體積，提高單井產(chǎn)能。

1 泡沫體系控水規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究

1.1 泡沫在多孔介質(zhì)中的演變規(guī)律

本節(jié)利用物理模型，開展了泡沫在多孔介質(zhì)中演變規(guī)律的實(shí)驗(yàn)探究，分別探究了普通泡沫和基于顆粒穩(wěn)定的強(qiáng)化泡沫在底水型油藏模型中的演變規(guī)律，為后續(xù)進(jìn)行泡沫控水實(shí)驗(yàn)提供理論依據(jù)。

（1）普通泡沫的演變規(guī)律。向飽和水的多孔介質(zhì)中注入普通泡沫后演變過程如圖1-1 所示。

圖1-1 普通泡沫在水層中的演變

由圖1-1(a)所示，普通泡沫穩(wěn)定性一般，泡沫的消泡速度較快，如圖1-1(b)，距離注入泡沫1h 后區(qū)域中心的泡沫干度水平已經(jīng)很高。如圖1-1(c)、圖1-1(d)，隨著時(shí)間的推移，自泡沫體系中析出的藍(lán)色的起泡劑溶液在重力作用下開始向下運(yùn)移，氣液基本完全分離，無法發(fā)揮封堵作用。

（2）強(qiáng)化泡沫的演變規(guī)律。向飽和水的多孔介質(zhì)中注入強(qiáng)化泡沫后演變過程如圖1-2 所示。

圖1-2 強(qiáng)化泡沫在水層中的演變

如圖1-2(b)，泡沫在注入后6h 時(shí)，固體顆粒所形成的圓殼形骨架結(jié)構(gòu)提升了泡沫的穩(wěn)定性，只有少量的起泡劑溶液以析出液的形式參與了運(yùn)移，大部分的還保持在液膜中。隨著時(shí)間的推移，泡沫逐漸聚并破滅，氣體上浮、起泡劑溶液向下運(yùn)移，但初始由固體顆粒所形成的骨架結(jié)構(gòu)依然穩(wěn)定的堆積在原有的泡沫區(qū)域，能夠繼續(xù)提供一定的封堵能力[1]。

綜上兩組實(shí)驗(yàn)可以得出，普通泡沫穩(wěn)定性差，消泡要迅速一些，起泡劑溶液的析液及運(yùn)移過程也就相對提前，相比之下強(qiáng)化泡沫的消泡速度要緩慢得多，顆粒的骨架結(jié)構(gòu)提升了液膜的穩(wěn)定性，減緩了氣液分離，并且在泡沫破滅之后能夠滯留在原有位置，提升其封堵的持久性。

1.2 底水油藏強(qiáng)化泡沫控水可視化模擬實(shí)驗(yàn)

（1）第一次底水驅(qū)。圖1-3 是第一次底水驅(qū)過程期間，模型中水錐的形成狀況，圖中黑色部分為模擬油，黃色部分為配置地層水（由于在電燈光照狀態(tài)下而顯現(xiàn)出偏黃色）。

圖1-3 第一次底水驅(qū)過程

收集并計(jì)量采出液，得出第一次底水驅(qū)的最終采收率為55%。

（2）注入強(qiáng)化泡沫。圖1-4 為第一次底水驅(qū)達(dá)到極限采出率后，停止采出，從采出井向模型中注入強(qiáng)化泡沫并燜井的過程。

圖1-4 注入強(qiáng)化泡沫過程

圖1-4(a)截取的是采出井井底，即強(qiáng)化泡沫注入點(diǎn)局部，強(qiáng)化泡沫在此形成聚集，圖1-4(b)中帶有淺藍(lán)色的液體即為起泡劑溶液，部分析出的起泡劑溶液成為了驅(qū)替前緣。燜井過程中，從圖1-4(c)可以看出頂部黑色區(qū)域變淺，表明破滅的泡沫氣體在重力分異作用下不斷上浮，運(yùn)移到模型頂部，形成氣頂占據(jù)上部模型空間，氣體能量使得模型上部原本沒有動(dòng)用的模擬油整體向底層推進(jìn)，油水界面整體下沉[2]。

（3）二次底水驅(qū)。圖1-5 為強(qiáng)化泡沫注入并燜井過程過后，開井二次底水驅(qū)生產(chǎn)的過程。

圖1-5 二次底水采出過程

整個(gè)二次底水采出過程內(nèi)，二維可視化模型中部到下部底水驅(qū)替主流線區(qū)域中，形成了一個(gè)高滲流阻力區(qū)域，此部分模擬油在整個(gè)二次底水驅(qū)驅(qū)替過程中沒有被驅(qū)替完全。高滲流阻力區(qū)兩側(cè)的模擬油被驅(qū)替得比較完全。這是由于強(qiáng)化泡沫體系中的固相顆粒能夠原地滯留，形成高強(qiáng)度的封堵區(qū)域，使得局部滲流阻力上升，在底水驅(qū)過程中位置得以保持相對穩(wěn)定[3]。

二次底水驅(qū)至采出液含水率98%時(shí)停止采出，計(jì)量采出液，最終采出程度為68%。

（4）后續(xù)靜置與強(qiáng)采實(shí)驗(yàn)。在二次底水結(jié)束后，靜置模型4h 觀察，繼續(xù)進(jìn)行強(qiáng)采措施，所得結(jié)果如組圖1-6。

圖1-6 后續(xù)實(shí)驗(yàn)

圖1-7 采收率及含水率變化

從圖1-6(a)可以得出，經(jīng)過靜置后，可以看出模擬油與水由于重力差異重新分布，重新形成了錐形油水界面，但中部固相顆粒滯留區(qū)域沒有進(jìn)一步運(yùn)移，基本保持了原有的形態(tài)和位置。從圖1-6(b)中可以得出，靜置后再進(jìn)行強(qiáng)水驅(qū)，模型中水驅(qū)最終波及范圍得到明顯的擴(kuò)大。

（5）動(dòng)態(tài)特征變化。圖1-7 為整個(gè)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)過程中采出程度和含水率與注入體積變化的關(guān)系?？梢钥闯鲎⑷塍w積在0.25PV 時(shí)，無水采油期結(jié)束，之后含水率逐漸上升，含水率穩(wěn)定到98%時(shí)，采出程度為55%，這時(shí)進(jìn)行注入強(qiáng)化泡沫。注入強(qiáng)化泡沫并燜井結(jié)束復(fù)采時(shí)，含水率一度大幅度下降至25%，二次水驅(qū)過程達(dá)到含水率穩(wěn)定98%，最終采出程度為68%。

利用強(qiáng)化泡沫封堵底水錐進(jìn)時(shí)，強(qiáng)化泡沫注入后在井底附近形成高強(qiáng)度的封堵區(qū)域，燜井過程中部分泡沫會(huì)發(fā)生聚并、破滅，導(dǎo)致氣液分離，但是固相顆粒的加入能夠大大減緩該過程的發(fā)生，提高泡沫的穩(wěn)定封堵能力[4]。另外，在泡沫消泡后：①氣體上浮形成人工氣頂，動(dòng)用油藏頂部剩余油；②起泡劑擴(kuò)大后續(xù)水驅(qū)的洗油效率；③原位滯留的固相顆粒能夠繼續(xù)維持該區(qū)域的滲流阻力，三者綜合作用提升了控制底水錐進(jìn)的效果，進(jìn)而迫使底水繞流，擴(kuò)大水驅(qū)的波及范圍，起到增油的效果。

圖1-8 強(qiáng)化泡沫控水機(jī)理示意圖

圖2-1 粉煤灰顆粒穩(wěn)定泡沫半衰期

圖2-2 200目粘土穩(wěn)定泡沫半衰期

2 粉煤灰強(qiáng)化泡沫體系配方的確定及其穩(wěn)泡機(jī)理分析

2.1 粉煤灰強(qiáng)化泡沫體系配方的確定

2.1.1 實(shí)驗(yàn)方法

Waring Blender 法為方便的評價(jià)泡沫性能的方法，它所用的藥品少，實(shí)驗(yàn)周期短，使用條件受限制較少，是國內(nèi)外應(yīng)用最多的標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)方法之一[5]。

2.1.2 粉煤灰顆粒穩(wěn)泡性能評價(jià)

本部分評價(jià)了粉煤灰顆粒與GD-1 起泡劑協(xié)同穩(wěn)定泡沫的能力，其中粉煤灰顆粒添加量分別為質(zhì)量濃度0 和5%，GD-1 起泡劑的質(zhì)量濃度為1%、5%和10%。

由圖2-1 可以看出，單純的加入粉煤灰顆粒與GD-1 起泡劑并無明顯的協(xié)同穩(wěn)泡作用，分析其原因主要是因?yàn)閱渭兊姆勖夯翌w粒粒徑較大，在0.7～1μm，起泡過程中粉煤灰顆粒無法在液膜表面吸附，從而無法有效穩(wěn)定泡沫，因此需要復(fù)配懸浮劑提高粉煤灰顆粒的懸浮能力[6]。

2.1.3 懸浮劑協(xié)同粉煤灰顆粒穩(wěn)泡性能評價(jià)

（1）懸浮劑穩(wěn)定泡沫性能評價(jià)。由于粘土在水中具有非常好的水化分散作用，因此本節(jié)所用到的懸浮劑為200目的粘土，起泡劑為GD-1，質(zhì)量濃度為1.5%。

表2-1 方差分析

表2-2 加入木質(zhì)素后起泡性能表

圖2-3 微觀實(shí)驗(yàn)裝置

由圖2-2 可知，當(dāng)只添加200 目粘土?xí)r，只有在粘土的質(zhì)量濃度達(dá)到7%以上時(shí)才具有非常明顯的穩(wěn)定泡沫的作用，但是此時(shí)粘土用量較高，所配置溶液的粘度較大，流動(dòng)性較差，因此下一步采用粘土與粉煤灰顆粒復(fù)配的方式進(jìn)行泡沫穩(wěn)定性的評價(jià)。

（2）懸浮劑協(xié)同粉煤灰顆粒穩(wěn)定泡沫性能評價(jià)。本節(jié)考察粉煤灰顆粒濃度、懸浮劑濃度及起泡劑濃度三者對強(qiáng)化泡沫體系穩(wěn)定性的影響，采用三因素五水平正交試驗(yàn)法，即選取3 個(gè)因素為實(shí)驗(yàn)變量，每個(gè)變量取5 個(gè)水平，第一列為起泡劑濃度，第二列為鈉土含量，第三列為粉煤灰含量。

由表2-1 可知，懸浮劑鈉土含量對強(qiáng)化泡沫體系影響最大，粉煤灰次之，起泡劑影響最??；起泡劑濃度3%，鈉土含量3%，粉煤灰濃度6%時(shí)，三相泡沫體系效果最好。但是當(dāng)固相顆粒濃度含量較高時(shí)，泡沫體系穩(wěn)定性雖好，但起泡體積很小，流動(dòng)性極差，因此，需要對該配方進(jìn)行流動(dòng)性優(yōu)化，添加相應(yīng)的分散劑，從而改善其流動(dòng)性并增加起泡體積。

2.1.4 分散劑協(xié)同粉煤灰顆粒穩(wěn)泡性能評價(jià)

木質(zhì)素是由聚合的芳香醇構(gòu)成的一類物質(zhì)，存在于木質(zhì)組織中，主要作用是通過形成交織網(wǎng)來硬化細(xì)胞壁。[7]其主要位于纖維素纖維之間，起抗壓作用。木質(zhì)素可用作混凝土減水劑，改善流動(dòng)性和抗?jié)B透性；也可作為水煤漿分散劑，提高粉煤灰分散能力，因此，可在粉煤灰三相泡沫中加入適量木質(zhì)素來改善流動(dòng)性和起泡體積。

在體系中加入木質(zhì)素后，實(shí)驗(yàn)中使用GD-1 作為起泡劑，濃度為3%，鈉土濃度取3%，粉煤灰加量為6%，結(jié)果如表2-2 所示。

基于上述實(shí)驗(yàn)確定了最終的強(qiáng)化泡沫配方體系為：GD-1(3%)+懸浮劑鈉土(3%)+粉煤灰顆粒(6%)+分散劑木質(zhì)素(0.15%)。

2.2 強(qiáng)化泡沫體系的穩(wěn)泡機(jī)理

2.2.1 強(qiáng)化泡沫微觀實(shí)驗(yàn)

本部分基于裝置圖2-3 開展微觀滲流實(shí)驗(yàn)，對比分析強(qiáng)化泡沫體系在多孔介質(zhì)中的穩(wěn)定機(jī)理。

普通泡沫在低滲透率的孔道中能夠運(yùn)移到深部，且有好的泡沫形態(tài)和聚集狀態(tài)[8]；隨著滲透率的升高，普通泡沫在孔道中的滲流阻力減小，當(dāng)滲透率升高后，泡沫在整個(gè)孔道中形成一個(gè)連續(xù)的流動(dòng)狀態(tài)，對孔道的封堵能力降低；復(fù)合強(qiáng)化泡沫在低滲透率的孔道中注入效果較差，對孔道深部封堵能力降低；隨著滲透率的不斷升高，復(fù)合強(qiáng)化泡沫注入效果增強(qiáng)，在孔道深部具有較好的封堵效果，且具有好的泡沫形態(tài)和聚集狀態(tài)。

在顯微鏡下對比兩種泡沫的形態(tài)，復(fù)合強(qiáng)化泡沫在孔道中具有更好的形態(tài)和泡沫質(zhì)量；對比復(fù)合強(qiáng)化泡沫在不同滲透率下的存在狀態(tài)，在中、高滲的孔道中泡沫具有更好的液膜質(zhì)量和穩(wěn)定性能。

2.2.2 泡沫動(dòng)態(tài)微觀分析

復(fù)合強(qiáng)化泡沫在孔道中流動(dòng)時(shí)，仍然具備普通泡沫的分裂、變形、運(yùn)移等變化規(guī)律。通過直徑較小的喉道時(shí)，體積較大的氣泡會(huì)分裂成體積較小的氣泡通過[9]。并且，由于體系中加入了固相顆粒，使得顆粒附著在液膜的表面，形成骨架，增強(qiáng)了液膜的質(zhì)量，使得氣泡具有更好的形態(tài)。在通過較大的喉道時(shí)，體積較小的氣泡不會(huì)發(fā)生分裂，只是形態(tài)發(fā)生了一定的變化。靜置一段時(shí)間后，體積較小的氣泡未發(fā)生聚并，且氣泡在孔隙中具有較好的聚集狀態(tài)和穩(wěn)定性能。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 實(shí)施情況

工藝優(yōu)化后，孤東油田現(xiàn)場應(yīng)用改善后的氮?dú)馀菽w系調(diào)剖5 井次，平均上輪注汽壓力8.5MPa，本輪注汽壓力11.2MPa，壓力升高2.7MPa，證明高溫氮?dú)馀菽{(diào)剖效果明顯。5 口井措施前平均日液39.5 噸，日油1.6 噸，含水95.9%，措施后平均日液30.2 噸，日油6.3 噸，含水79.1%，較措施前日增油4.7 噸，含水下降16.8%，單井平均增油377.5 噸，降水增油效果明顯。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

應(yīng)用該成果現(xiàn)場實(shí)施5 口井，使用發(fā)泡劑25 噸，氮?dú)?5 萬標(biāo)方，累計(jì)增油1887.5 噸，發(fā)泡劑1.2 萬元/噸，氮?dú)?.7元/標(biāo)方，按照每噸原油價(jià)格1788 元，計(jì)算可得：

投入：25×1.2+35×1.2=72 萬元；

產(chǎn)出：1887.5×0.1788 ＝337.5 萬元；

共創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益：337.5-72 ＝265.5 萬元；

投入產(chǎn)出比：72:286.7 ＝1:3.7。

4 結(jié)論

（1）強(qiáng)化泡沫由于其固相顆粒的存在，延緩了氣體的擴(kuò)散，提高了泡沫在油水界面區(qū)域的穩(wěn)定性，并且在后期泡沫破滅之后，氣體上浮形成人工氣頂，動(dòng)用油藏頂部剩余油，起泡劑擴(kuò)大后續(xù)水驅(qū)的洗油效率，原位滯留的固相顆粒能夠繼續(xù)維持該區(qū)域的滲流阻力，三者綜合作用提升了控制底水錐進(jìn)的效果，進(jìn)而迫使底水繞流，擴(kuò)大水驅(qū)的波及范圍，起到增油的效果。

（2）采用Warning-blender 方法，最終確定配方為GD-1 質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，鈉土3%，粉煤灰6%，木質(zhì)素0.15%；復(fù)合強(qiáng)化泡沫在孔隙中不僅具有普通泡沫的性能，而且在孔隙中具有好的泡沫形態(tài)和聚集狀態(tài)。

（3）復(fù)合強(qiáng)化泡沫在巖心注入過程中具有較高的注入壓差，能夠進(jìn)入巖心的深部，對巖心深部具有一定的封堵作用，在注入復(fù)合強(qiáng)化泡沫長時(shí)間封存之后，復(fù)合強(qiáng)化泡沫對巖心的深部仍具有較高的封堵能力；對注入泡沫的巖心長時(shí)間封存，后續(xù)水驅(qū)過程中，復(fù)合強(qiáng)化泡沫對巖心深部的封堵效果較普通泡沫的封堵效果提升了2-4 倍。

（4）強(qiáng)化泡沫抑制邊底水技術(shù)適用于原油粘度較低、邊水壓力適中、非均質(zhì)性較強(qiáng)的油藏，且在高綜合含水時(shí)實(shí)施能取得最好的抑制邊水效果。