泡沫驅油發展現狀及前景展望

王 其 偉

（中石化勝利油田分公司地質科學研究院，山東東營 257015）

我國東部老油田多數已進入開發后期，開發矛盾日漸突出，目前聚合物驅及二元驅是較為成熟的三次采油技術［1］，但是面臨著優質三采資源匱乏的問題，泡沫驅油由于其良好的封堵性能及對油水的選擇性，被認為是一項很有發展前途的三次采油方式［2-4］。泡沫流體在油田的應用研究已有50 多年的歷史，現已成為油氣田開發中的一個重要發展方向。近年來，雖然我國石油工業在泡沫流體應用技術方面已積累了一些經驗，但還不十分成熟。

1 泡沫驅提高原油采收率原理

提高原油采收率主要的機理主要有提高驅油波及面積（波及系數）和提高驅油效率兩個方面。泡沫流體同時具有這兩種特性。泡沫驅是利用各種氣體（包括N2氣、天然氣或其他氣體）與泡沫劑混合形成泡沫作為驅替介質的驅替方法，泡沫具有選擇性封堵、堵水不堵油、堵高不堵低的特性，泡沫的這些特點已經被從事泡沫驅研究的技術人員及管理者普遍認可。泡沫的特點使泡沫驅油技術在油田開發中擁有巨大的發展前景。

泡沫作為驅替過程的流度控制液，能改善流度比，防止水驅中的竄流、指進或水的錐進，擴大水驅和氣驅波及程度，提高采收率；作為蒸汽吞吐和蒸汽驅的調剖液，能封堵蒸汽汽竄通道，防止氣藏漏氣及注氣中的串槽和指進，調整油層吸汽剖面，提高蒸汽波及系數；作為選擇性封堵劑，能選擇性封堵高滲通道，降低高滲區的載流量而不破壞低滲區。

1.1 提高波及系數

氣體及泡沫劑溶液形成的泡沫視黏度比組成它的單純泡沫劑溶液及氣體的黏度高得多，泡沫在非均質多孔介質運移時，首先進入滲透率大的孔道，根據賈敏效應的疊加原理，隨泡沫注入量增多，流動阻力逐步增大，注入壓力增高，迫使泡沫進入更多低滲透小孔道中驅油，由于泡沫的視黏度具有剪切變小的性質，在高滲條帶的黏度大于低滲條帶，且由于油藏的低滲區殘余油飽和度較高，泡沫易破滅，封堵能力低，因此，泡沫在油藏中能較為均勻的向前推進，最終導致泡沫波及效率擴大。泡沫驅相對水驅，大大改善了油層非均質的影響，可克服注水易舌進、指進的問題，使驅動趨于均勻，從而提高了波及系數。

1.2 提高洗油效率

在油層中油與巖石表面的黏附功，可用下式表示

泡沫含有表面活性物質，它具有降低油水界面張力γos、增大原油與巖石表面潤濕角θ 的作用，因此注入泡沫后，黏附功將大大降低，油易被驅走，洗油效率提高。

2 泡沫驅國內外發展歷史

文獻記載1956 年Fried 首次對泡沫驅油開展了研究，1958 年，Bond 等人發表了世界上第1 份泡沫驅油的專利，第1 個文獻記載的泡沫礦場試驗案例是1964 年10 月至1967 年3 月美國聯合石油公司在伊利諾斯州Siggins 油田進行的，取得了良好的效果，泡沫試驗區的水油比從15%降到12%。水的流度降低了約70%，注入井的吸水剖面得到了顯著的改善。

1994 年，英國和挪威在北海油田的3 個試驗區對泡沫進行了為期4 年的試驗研究，研究了泡沫對高GOR 生產井錐進和指進的改善作用。泡沫試驗區的試驗表明，泡沫能有效地延遲氣體錐進并成功減少油井的產氣量［5］。

近幾年國外泡沫驅的研究受石油價格波動及國家政策的影響，主要集中在室內機理及相關因素研究，現場報道較少。相比較而言，國內泡沫驅研究從室內到現場更加豐富，并且取得了較好的效果，但由于泡沫驅的復雜性，盡管室內研究報道，驅油機理清楚，物模效果好，多個現場試驗也取得了較好的試驗效果，由于成本及其他因素的影響，總體效益并不理想，截止到目前，除了高溫泡沫劑在稠油蒸汽吞吐及蒸汽驅過程中作為流度控制劑已經工業化外，世界范圍內還沒有真正意義上的泡沫驅推廣生產。

我國1965 年在玉門老君廟油田開展了國內第1個泡沫驅試驗。注泡沫后見到了一定效果，但生產狀況不理想。克拉瑪依油田于1971 年5 月進行泡沫驅現場試驗。注入泡沫后，一方面吸水剖面得到了調整，另一方面，改善了平面指進狀況。試驗有效期達27 月之久，產油量上升了一半，綜合含水下降了一半，取得了良好的試驗效果。

百色油田于1996 年在砂巖油藏上進行了空氣泡沫驅油實驗，收到了良好的控水增油和提高采收率的效果，試驗區塊含水率下降，產液量、產油量明顯上升，累計增油1 945 t，投入產出比為1 ∶3.89［6］。

1997 年，大慶油田在薩北油田北二區東部的南端進行泡沫復合驅試驗，試驗區面積0.125 km2，滲透率335 mD，地質儲量12.02×104t，注采井距176 m，之前曾進行過注氣試驗，到注泡沫復合體系時，綜合含水為97.2%，累計采出程度高達43.8%。

大慶油田的泡沫復合驅由堿、表面活性劑、聚合物組成，注入氣體為天然氣。試驗后，注入井注入壓力上升，吸水指數下降。注入壓力由水驅時的7.0 MPa，上升到注液14.0 MPa，注氣18.8 MPa。受效高峰時，中心井北2-丁6-70 井含水由見效前的96.2%下降到最低時的50.7%，累計增油10 508 t，階段采出程度18.6%，累計采出程度62.4%；中心井北2-丁6-71 井含水由見效前的98.3%下降到最低時的45.1%。累計增油13 561 t，階段采出程度24.1%，累計采出程度67.9%。試驗區綜合含水下降10.3%，日增產原油40 t，日產液下降222 t，吸液剖面和產液剖面明顯改善，中心井采收率提高23%［7］。

1999 年遼河油田在錦90 斷塊興1 組開展了氮氣+熱水+發泡劑非混相驅現場試驗取得較好的效果，試驗位于錦90 斷塊中部，地層溫度50 ℃，地質儲量259×104t，9口注水井，46口采油井。設計注入0.2 PV 非混相段塞，氮氣與化學劑混注段塞為注10 d 停10 d 的小段塞方式。水連續注入，化學劑濃度0.3%，平均注入流體速度180 m3/d， 2005 年7 月，擴大試驗區擴大到注入井13口，氣液比0.8，化學劑濃度1.5%，累注水142×104m3，累注氮氣2 798×104m3，累注化學劑11 208 t；開井67 口，日產油157 t，綜合含水87.7%，注入壓力由6 MPa，上升到9～10 MPa。累產油31×104t（原9 井組產油27×104t），階段采出程度7.31%（原9 井組為10.5%），累計采出程度51.93%（原9 井組52.7%）［8］。

勝利油田于2003 年5 月在孤島中28-8 井注入強化泡沫進行驅油試驗，設計注入周期為180 d，分為前置段塞及主段塞2 部分。注入泡沫段塞后，44層的相對吸水量由6.08%提高到41.13%，而42 層的相對吸水量由92.56%下降到58.14%，層間吸水狀況得到有效改善，竄聚現象得到有效控制，29-3 井含水下降50%。整個井區綜合含下降4.4%，日產油量增加67 t，強化泡沫驅試驗取得了較好的效果。

3 泡沫驅存在的問題

目前泡沫驅油技術受到廣泛的關注，近幾年國內多個油田及研究院所相繼開展泡沫驅研究及現場試驗，從國家層面上，通過重大專項及863 課題進行支持，對于泡沫驅在油田的應用持肯定的態度，對于泡沫選擇性封堵及大幅度提高水驅后剩余油采收率形成了較為統一的觀點，現場試驗也取得了較好的效果，普遍見到降低生產井含水、提高原油產量的效果，采收率也有較大幅度的提高。但從已經報道取得較好現場效果的油田的后續推廣來看，都不盡人意，推廣的力度較小，還沒有形成規模性推廣，分析原因主要有以下幾點。

（1）泡沫驅的適用條件確定：目前尚未建立起泡沫驅的系統標準。泡沫驅注入參數，例如：注入方式、注入速度、表面活性劑的濃度等重要的施工參數還未形成一套行之有效的標準，注入方式、注入段塞大小等參數還有進一步研究的空間。

（2）目前相關的室內及礦場試驗報道，主要報道了泡沫驅有利的數據，對于泡沫驅存在的弱點及問題，研究不多，甚至采取回避的方法，致使在實施過程中暴露出許多問題，影響了泡沫驅的效果及推廣。

（3）雖然泡沫驅具有選擇性封堵，堵水不堵油的優點，但是泡沫的穩定性差、遇油消泡、有效期短、注氮成本高、注氮設備復雜、驅油效率低于聚合物、產出液乳化較為嚴重的特性沒有受到足夠的重視及研究出好的措施加以解決。

（4）設計的泡沫注入量偏小，注入方式沒有特色。泡沫調驅礦場應用過程中，考慮到投資和回收期的問題，實際設計的泡沫注入量偏小，并且多數是按照聚合物驅及其他的方式設計，還沒有形成針對泡沫驅特點的注入段塞、注入方式設計，導致調驅效果不明顯、有效期短等問題。

（5）泡沫的穩定性：泡沫調驅礦場應用過程中幾乎都存在氣竄的問題，導致波及系數降低，驅替效率下降；泡沫體系一個很大的缺點即為穩定性差，施工后有效期短。泡沫復合驅及強化泡沫驅在一定程度上解決了該問題，但是聚合物以及堿的加入，雖然提高了泡沫的穩定性及驅油效率，但并沒有從根本上解決泡沫的穩定性問題，并且聚合物的引入，使泡沫驅的使用范圍大大縮小，高溫高鹽油藏不能使用，并且氮氣及空氣中的氧對聚合物的性能具有致命性的破壞作用，配置水也有嚴格的限制；堿的引入同時引起設備腐蝕，井筒結垢及產出液嚴重乳化的后續問題，因此，研究更穩定的泡沫劑是泡沫驅研究的重要出路，目前還沒有突破性的進展，還需要在化學劑的合成領域做更深入的研究。

（6）表面活性劑的吸附：泡沫驅的注入過程中，表面活性劑被大量吸附在巖石表面，降低了液相的表面活性劑濃度，嚴重影響了地層中泡沫的生成，增加了泡沫驅的作業成本，研制高性能、低吸附量的泡沫劑也是泡沫驅發展的關鍵技術［9］。

（7）采出液的處理問題：泡沫驅尤其是泡沫復合驅采出液的乳化問題，是泡沫驅面臨的問題之一。堿的加入及氣體的影響大大加重了產出液的乳化，致使油井產能大幅度下降，泵效降低。產出液乳化在大慶油田現場實驗中造成不利影響，也是影響大慶油田泡沫復合驅推廣的關鍵因素之一，因此，要研究高效的產出液處理方法，同時在化學劑的選擇及配方設計時，就要考慮產出液乳化及處理問題。

4 泡沫驅的發展方向

（1）將泡沫作為封堵調剖的手段間歇式注入，是一項有效并有前途的提高老油田采收率的手段。在水驅或聚合物驅的區塊，選擇注入壓力低，注入流體竄流較為嚴重，油藏儲量豐富，見效較差的井或小井組。采用車載式氮氣車及泡沫劑溶液注入泵在井口混合式注入氮氣及泡沫劑溶液，連續注入10～30 d，恢復注水或注聚合物。間隔1～3 個月后，再次注入泡沫段塞，依次注入多個泡沫段塞。若小井組試驗，可以采用氮氣車在多口水井循環注入的方式注入，提高水井注入壓力，增加波及面積。

優點：間歇式注入投入少，在試驗階段，氮氣車可租賃，不需要建站及鋪設管線；可以大幅度降低注氮及注入泡沫劑的費用，若試驗成功采用空氣、煙道氣或生產井產出氣的回注，可以大幅度降低注氣成本；氣體不容易形成氣竄，注入的泡沫段塞可充分發揮作用；間歇式注入，整個注入周期可延長，克服泡沫回注水后有效期短的缺點，后續段塞可以修補前面泡沫段塞被沖開、調剖效果變差的問題；泡沫段塞與水或聚合物段塞間隔開，避免泡沫氣體中殘余的氧組分對聚合物黏度的破壞；單井或小井組試驗，涉及面小，方案靈活，見效快，可以根據現場情況及時調整，若取得理想效果，可以進一步擴大規模及推廣。并且一套設備可以服務多個井組。

（2）低張力泡沫體系的研制。殘余油的存在是影響泡沫在油藏條件下穩定性的重要因素，通過增加驅油體系的洗油能力，降低殘余油飽和度是提高泡沫在油藏環境條件下穩定性的重要措施，采用的方式主要有將泡沫段塞與具有良好降低油水界面張力、良好洗油及降低殘余油飽和度的段塞交替注入，洗油與調剖交替進行，或者研制新型的泡沫穩定性、耐油性強，同時具有良好泡沫性能及界面性能的泡沫劑及張力泡沫體系，這也是泡沫驅研究的重要方向，這項工作，通過國家863 及重大專項的支持，研究已經取得重要進展，室內試驗研究證明是可行的。

（3）將泡沫體系與其他提高采收率的體系復合使用也是泡沫驅研究的重要方向，將泡沫體系與注聚、注水、注二元及三元復合驅結合起來，充分發揮泡沫的強調及選擇性封堵的作用，使注聚及復合驅充分發揮，形成新型的復合驅油方式也是提高老油田采收率的新的方法，能夠起到意想不到的效果，目前此類研究工作在一些油田及研究單位已經開展研究。

（4）空氣及煙道氣作為發泡氣體的泡沫驅油體系，注氣成本在泡沫驅總成本中占有相當的比例，因此，空氣泡沫由于低的成本一直是科技工作者追求的目標，但空氣的不安全性及腐蝕性是制約其使用的關鍵因素［10-13］。近期的研究證明，在油藏的低溫氧化作用可大大降低空氣中的氧含量。但低溫氧化作用與地層溫度有關，當地層溫度低于80 ℃時，氧化作用減弱，不安全性增強。因此，空氣泡沫驅的使用范圍及作用機理需要進一步研究，電廠煙道氣的應用是一個重要的研究方向，不但可以降低成本，并且對于節能減排也有重要意義，此方面的研究已取得重要進展，其性能與氮氣泡沫驅性能近似。

5 泡沫驅發展前景

雖然泡沫驅目前還存在著許多的問題，并且現場的效果也沒有預期的好，但是泡沫驅具有選擇性封堵特性以及高封堵調剖作用和強洗油能力，目前還沒有其他流體同時具有這多方面的特性。現場試驗效果證明，泡沫驅是可行的，并且取得了較好的效果，因此說，泡沫驅是一種很有前途的三次采油新技術，通過對關鍵技術的深化研究和攻關，以及化學劑和注氣成本的降低，可以使之得以推廣和應用。這種新技術將對中度稠油水驅開發及高含水油田高效合理開發具有重要意義。是一項應用廣泛，很有發展前途的方法，必將在油田的開發中發揮重要作用。

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