張 曲，周 妮，鄭繼龍，張 勛

1.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司清潔能源分公司，天津 300459；3.中國石油長慶油田公司第三采油廠，陜西 延安 717500

目前國內(nèi)外各大油田已經(jīng)進入高含水開發(fā)期，原油采收率逐年遞減，但儲層剩余油較高，因此尋找一種合理的三次采油技術(shù)日趨迫切［1］。三次采油的主要研究內(nèi)容就是如何利用新技術(shù)提高原油的采收率。三次采油的研究潛力巨大，我國大慶油田在無新探明儲量的情況下，利用三次采油技術(shù)還能實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)5.5×107t/a［2］。

泡沫驅(qū)油在油田的二次采油以及三次采油中應(yīng)用極其廣泛。在一定條件下，因為泡沫具有“堵大不堵小、堵水不堵油”的特點，所以它既能擴大低滲透率地層的波及體積，達到高低滲透率地層同步驅(qū)替的效果，又能很好地控制水油流度比［3-6］。另外，泡沫中含一定濃度的表面活性劑（起泡劑主要成分），可有效降低油水界面張力，改善巖石孔隙表面潤濕性，降低毛細管作用力，提高洗油效率，降低地層殘余油飽和度［7］。因此，泡沫驅(qū)油很有希望成為繼聚合物驅(qū)油、聚合物/表面活性劑驅(qū)油之后更有潛力的驅(qū)油方法。

泡沫驅(qū)油的關(guān)鍵在于尋找一種在復(fù)雜地層環(huán)境中能大量起泡，對水層具有有效封堵作用，同時具有降低油水界面張力作用的起泡劑?；诖?，本文針對渤海油田B區(qū)塊的特殊情況優(yōu)選適合該油田的低界面張力型起泡劑，并考察其驅(qū)油特性，以期為后續(xù)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 實驗部分

1.1 藥劑與儀器

非離子-陰離子型表面活性劑CUDA、非離子-陰離子型表面活性劑AUDB、非離子-陰離子型表面活性劑MBZC，長江大學(xué)。

CS505 型恒溫水浴鍋，天津科諾儀器設(shè)備有限公司；FB124型電子天平，上海上天精密儀器有限公司；TX-500C型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀，上海隆拓儀器設(shè)備有限公司；85-2 型恒溫磁力攪拌器，上海司樂儀器有限公司；Teclis 泡沫掃描儀，法國泰克立斯界面有限公司。

實驗用水為渤海B 油田注入水，礦化度7 052.28 mg/L，相關(guān)水質(zhì)資料見表1。

實驗用油是取自渤海B 區(qū)塊的產(chǎn)出油，在80 ℃條件下原油黏度為3.89 mPa·s。

1.2 泡沫性能評價方法

以渤海油田B 區(qū)塊的注入水為溶劑配制60 mL 的低界面張力起泡劑溶液，在水浴加熱15 min后，取起泡劑溶液置于泡沫掃描儀泡沫筒，采用N2鼓吹起泡后進行泡沫性能測試。按照泡沫綜合指數(shù)（F）［8］來表征發(fā)泡劑的起泡能力、穩(wěn)泡能力以及泡沫衰減的過程，即用式（1）來具體表征。

式中：F為泡沫綜合指數(shù)，t0為泡沫達到最大發(fā)泡體積所用時間，t為泡沫的半衰期，f（x）為發(fā)泡高度曲線。

當5 000≤F＜10 000 mL·min時，泡沫流體屬于中等強度泡沫流體；當F≥10 000 mL·min 時，泡沫流體屬于高強度泡沫流體。

1.3 油水界面張力測定

油水界面張力的測定參照文獻［9］的相關(guān)方法。用電子天平稱取適量表面活性劑樣品，以渤海B 區(qū)塊注入水為溶劑配制一定質(zhì)量分數(shù)的表面活性劑溶液；用恒溫水浴鍋在80 ℃條件下加熱表面活性劑溶液15 min 后，用旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀以5 000 r/min測試表面活性劑溶液與原油間油水界面張力。

1.4 物理模擬驅(qū)油實驗

以0.2 mL/min 的速度對膠結(jié)巖心進行水驅(qū)，至含水率超過95%時暫停實驗，計算采收率。

采用泡沫發(fā)生器混合N2與起泡劑溶液產(chǎn)生泡沫，向巖心中注入泡沫繼續(xù)進行驅(qū)油實驗，直至注入0.3 PV的泡沫后暫停實驗。

改用水驅(qū)繼續(xù)進行驅(qū)油實驗直至含水率達到95%后停止實驗，計算采收率。

實驗所用巖心為膠結(jié)巖心，其滲透率為1 244 μm2、孔隙度為25.21%、巖心體積為615 cm3。

2 結(jié)果與討論

2.1 低界面張力起泡劑泡沫性能評價及優(yōu)選

泡沫性能直接關(guān)系到起泡劑在地層的封堵效果。目前，油田驅(qū)油用表面活性劑工業(yè)品主要有陰離子型、非離子型和兩性型單獨或復(fù)配使用，其泡沫性能差別很大［10］。起泡劑的濃度是影響起泡劑活性的重要因素之一，合理的濃度設(shè)置必須使其既具有高效的泡沫特性也具有一定的經(jīng)濟性，故選擇CUDA、AUDB、MBZC 這3 種非離子-陰離子型起泡劑，在其質(zhì)量分數(shù)分別為0.10%、0.12%、0.14%和0.16%時，評價這3 種起泡劑發(fā)泡量、半衰期、泡沫綜合指數(shù)等性能。

2.1.1 起泡劑用量對發(fā)泡量的影響

3 種起泡劑在不同用量下的發(fā)泡量測試結(jié)果如圖1所示。

由圖1 可知：3 種起泡劑的用量低于0.20%時，隨著起泡劑用量的增加，3 種起泡劑的發(fā)泡量逐漸降低，但始終保持在110 mL 以上，且3 種起泡劑的發(fā)泡量相差不超過12 mL，說明所選的3種起泡劑發(fā)泡性能良好。起泡劑的發(fā)泡量隨其用量的增加而表現(xiàn)出下降趨勢，原因可能是隨著起泡劑用量的增加，起泡劑分子在泡沫表面的負載量過高，因此需要提供更加充足的體系能量來支撐該泡沫體系，而且在58 ℃條件下的體系能量低于高濃度起泡劑發(fā)泡的最低閾值，泡沫的蒸發(fā)作用弱于重力作用，引起泡沫體系受力失衡，導(dǎo)致起泡劑的發(fā)泡量降低。

2.1.2 起泡劑用量對半衰期的影響

3 種起泡劑在不同用量下的半衰期測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 起泡劑用量對半衰期的影響

由圖2 可知：隨著起泡劑用量的增加，CUDA型起泡劑的半衰期逐漸降低，而AUDB 型起泡劑的半衰期逐漸升高，MBZC 型起泡劑的半衰期先上升后下降，這可能是由于不同起泡劑具有不同的臨界膠束濃度（CMC）。當起泡劑的用量較少時，起泡劑分子在氣液界面的吸附量較少且在氣液界面上的排布分散，導(dǎo)致起泡劑的起泡性與穩(wěn)泡性較差。隨著起泡劑用量的增加，起泡劑分子在氣液界面上的密度逐漸升高，起泡劑的起泡性與穩(wěn)泡性隨之上升，起泡劑分子在氣液界面的吸附量增大，從而穩(wěn)定性增強。當起泡劑用量達到CMC 值后，起泡劑分子吸附在氣液界面的飽和度達到極值，再繼續(xù)提高起泡劑的用量，溶液中過剩的起泡劑分子會自發(fā)形成膠團，無法起到增強起泡劑泡沫性能的作用。與此同時，過飽和的起泡劑分子會使界面膜上液體的遷移作用減弱因而液體流失加強，導(dǎo)致泡沫的穩(wěn)定性減弱［11］。其中AUDB 型起泡劑在質(zhì)量分數(shù)為0.16%時，半衰期達到106 min，穩(wěn)定性極好，超過目前市面上大多數(shù)類型的低界面張力型起泡劑。

2.1.3 起泡劑用量對泡沫綜合指數(shù)的影響

泡沫綜合指數(shù)是最直接反映起泡劑泡沫性能的參數(shù)。其值越高，泡沫性能越好。3 種起泡劑在不同用量下的泡沫綜合指數(shù)測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 起泡劑用量對泡沫綜合指數(shù)的影響

由圖3 可知：隨著起泡劑用量的增加，CUDA型起泡劑的泡沫綜合指數(shù)逐漸下降；AUDB 型起泡劑的泡沫綜合指數(shù)逐漸升高，且在質(zhì)量分數(shù)達到0.16%時達到峰值9 762 mL·min；而MBZC 型起泡劑的泡沫綜合指數(shù)先上升后下降。由此可見，AUDB型起泡劑的泡沫強度最高。

2.2 低界面張力起泡劑油水界面活性評價及優(yōu)選

起泡劑的油水界面活性對起泡劑改變地層巖石的潤濕性以及洗油效果產(chǎn)生重大影響。起泡劑的油水界面張力越低，表示起泡劑的油水界面活性越好，但過低的油水界面張力也會增大地面采出原油油水分離的困難程度，若要采取其他工藝實現(xiàn)油水分離則會直接導(dǎo)致后期經(jīng)濟成本的增加。目前，油水界面張力為0.001～0.05 mN/m 時，起泡劑既具有良好的油水界面活性，也能保證后期采出原油較易實現(xiàn)油水分離，從而降低開采成本，因此需要對3 種起泡劑的油水界面活性進行擇優(yōu)。3 種起泡劑的油水界面張力測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 起泡劑用量對油水界面張力的影響

由圖4 可知：隨著起泡劑用量的增加，3 種起泡劑的油水界面張力逐漸降低，且在質(zhì)量分數(shù)達到0.16%時，油水界面張力降低到最低值，其中AUDB 與MBZC 型起泡劑的油水界面張力均低于0.02 mN/m，達到低界面張力驅(qū)油的要求。

2.3 低界面張力起泡劑驅(qū)油效果評價

綜合考慮3 種起泡劑的泡沫性能與油水界面活性，AUDB 型起泡劑的質(zhì)量分數(shù)為0.16%時的起泡體積達122 mL、半衰期達106 min、泡沫綜合指數(shù)達9 762 mL·min、油水界面張力達0.013 7 mN/m，綜合性能超過其他兩種起泡劑且完全具備低界面張力驅(qū)油的能力。故選擇AUDB型起泡劑進行低界面張力驅(qū)油試驗，結(jié)果見表2。

表2 AUDB型起泡劑驅(qū)油效果

由表2 可知：在注入泡沫前，采出液的含水率達到95.3%，在向膠結(jié)巖心中注入0.3 PV 的泡沫流體后含水率顯著下降到70.5%，注入泡沫流體前后壓差達0.104 MPa，說明AUDB 型起泡劑混合氮氣形成的泡沫具有良好的封堵效果。注入泡沫流體后，采收率明顯提高，由42.7%提高至53.1%，說明AUDB型起泡劑具有良好的洗油效果。

3 結(jié)論

1） 比較CUDA、AUDB 和MBZC 這3 類低界面張力起泡劑的泡沫性能，在溫度58 ℃、礦化度7 052.28 mg/L 的條件下，AUDB 型起泡劑在質(zhì)量分數(shù)為0.16%時，起泡體積達122 mL、半衰期達106 min、泡沫綜合指數(shù)達9 762 mL·min，說明該起泡劑的綜合性能較其他2種起泡劑更優(yōu)。

2） 在溫度58 ℃、礦化度7 052.28 mg/L的條件下，CUDA、AUDB 和MBZC 這3類低界面張力起泡劑的油水界面張力隨著起泡劑濃度的提高而降低，且當起泡劑的質(zhì)量分數(shù)達到0.16%時，AUDB與MBZC 型起泡劑的油水界面張力低于0.02 mN/m，具備低界面張力驅(qū)油的能力。

3） AUDB型起泡劑具有良好的封堵能力和吸油能力，向巖心注入0.3 PV 的AUDB 型起泡劑后，注入泡沫流體前后的壓差達0.104 MPa；含水率由95.3%顯著降至70.5%，含水率下降了24.8%；采收率由42.7% 提高至53.1%，采收率提高了10.4%。