氮氣泡沫流體調剖技術與應用

[摘要]：結合泡沫流體的基本性質，重點對環境對泡沫穩定性的影響，以及注氮氣泡沫復合調剖應用時行了論述，以期為同類區塊稠油開發提供技術參考。

[關鍵詞]：稠油開發 氮氣泡沫流體調剖技術 應用

泡沫流體是一種既典型又復雜的非牛頓流體，具有剪切變稀的特征。流變模式一般以假塑性為主，其次為賓漢性模式。當泡沫質量較低時，則可表現為牛頓流體特點。研究表明，泡沫流變性與下列因素有關：在高剪切速率下泡沫表觀粘度只與泡沫質量有關； 剪切速率一定時，泡沫表觀粘度隨泡沫質量的增加而增加；泡沫質量低于0.54時，泡沫具有牛頓流體的性質，此時泡沫的流變性類似于其基液，當泡沫質量大于0.96時就變為霧狀。當泡沫質量在0.54-0.96時，泡沫表現為非牛頓流體。根據流動條件的不同，其流變模式一般為假塑性、屈服假塑性或賓漢模式。

1泡沫流體的基本性質

泡沫流體密度低且方便調節，井筒液柱壓力低，并且泡沫中氣體膨脹能為返排提供能量，適用于低壓井和漏失井。

泡沫流體具有較高的表觀粘度，攜帶能力強，返排時可將固體顆粒和不溶物攜帶出井筒。

泡沫對地層滲透率有選擇性，堵大不堵小，即泡沫對高滲層具有較強的封堵作用，而對低滲層的封堵作用較弱。

泡沫對油水層有選擇性，泡沫遇油消泡，遇水穩定，堵水層不堵油層，泡沫對水層具有較強的封堵作用。

2環境對泡沫穩定性的影響

2.1溫度

溫度對泡沫穩定性的影響較復雜。（1）表面張力：溫度升高，表面活性劑自由能增加，所以表面活性劑溶液的表面張力出現最低值時的濃度，隨著溫度的升高而增加，因而也影響了泡沫的穩定性；（2）粘度：溫度升高，分子間作用力小，液相粘度減小，會影響泡沫的穩定性；（3）泡膜液體的蒸發：隨著溫度的升高，液膜的蒸發增加，促使液膜減薄，因而會降低泡沫的穩定性；（4）吸附：表面活性劑吸附在氣液界面，形成一層堅固的泡膜，從而增加了液膜的粘性與彈性，當溫度升高時，表面吸附量減小，則泡沫的穩定性降低。

2.2pH值的影響

泡沫溶液的pH值，影響起泡劑的溶解性和表面層的吸附狀態，因而影響泡沫穩定性。蛋白質溶液，一般在等電點pH之下，泡沫最為穩定。而含聚醚鏈節的表面活性劑，在堿性條件下，水溶性降低、濁點降低。因為表面活性劑只在不飽和條件下，有助于泡沫穩定性，所以，對于這類表面活性劑，堿性條件即會降低泡沫穩定性。

2.3原油對泡沫穩定的影響

泡沫被用于提高原油采收率（EOR）中的流度控制時，強烈的受到孔隙介質中泡沫—原油相互作用的影響。A型：在孔道中原油和泡沫相遇后界限分明，二者無相互作用，僅僅由于毛細作用。油以大滴狀沿固體表面略微上升。B型：原油和泡沫接觸后，形成含油珠的準乳液膜，挾帶這些油珠向前運動一定距離后破裂，放出所含油珠。C型：原油一旦與泡沫接觸便自發乳化，形成很小的油珠，進入并充滿泡膜，滲到氣液界面的油在泡膜表面迅速鋪展，原油的存在使泡沫變得非常不穩定。

2.4儲層巖石潤濕性對泡沫穩定性的影響

油濕與水濕的巖石可能共存于同一巖層中。水濕的巖石可以形成泡沫，油濕的地方，將不產生泡沫。即使已經存在的泡沫，在它通過巖石的油濕部分也會破裂。但在油濕而無油存在的介質中，可以產生泡沫。此性質有利于泡沫進入油富集地層，而對含水地層產生臨時堵塞，實現了泡沫選擇性暫堵分流。

2.5儲層滲透率變化的影響

地下含油帶的多孔介質是非均質的，氣體在由低到高滲透率變化的界面處會產生縮頸分離現象，而在由高到低的變化界面處沒有縮頸分離現象發生。高滲地層的穩定性大于低滲地層的穩定性，與毛管力大小有關。

稠油油藏在蒸汽吞吐開采過程中，隨著吞吐周期的增加，一般加熱半徑和加熱面積都會逐漸增加，但當吞吐周期數增加到一定程度后，向油層注入的蒸汽熱量僅能向頂、底蓋層熱損失時，加熱半徑或加熱面積不再擴大，向井底滲流的流體僅僅源于這一有限的加熱區，因而導致單井由于產油量及油汽比迅速遞減，經濟效益變低同時油層經過多次蒸汽吞吐大幅度降壓開采后，使得加熱區的原油即使被加熱，因沒有足夠的驅油動力而難于向井筒滲流。

泡沫流體的分散介質是水，是水基堵水調剖劑，當它進入地層時，它將優先進入水層。在水層泡沫是通過氣阻效應的疊加產生堵塞。泡沫也會進入油層，泡沫在油層是不穩定的。由于油相對活性劑分子親油部分的吸引力大于氣相，所以當油水界面、氣水表面共存時，活性劑將由氣水表面轉到油水界面，引起泡沫破壞。既在油層泡沫不產生它在水層那樣的堵塞。泡沫流體是一種選擇性堵水劑。

主要作用機理是：泡沫體系在油藏中，具有良好的封堵能力，能夠形成較高的封堵壓力。氮氣泡沫流體調剖堵水工作原理是利用穩定泡沫流體在注水層中疊加的氣阻效應——賈敏效應作用和地層孔隙中氣泡的膨脹，使水流在巖石孔隙介質中流動阻力大大增加，改變水流的指進或竄流，調整油層吸氣剖面，同時液體中的表面活性劑組分能改變巖石表面的性質，并能在一定的條件下使多孔介質的表面增油，便孔隙表面的油膜剝離。

3注氮氣泡沫復合調剖應用

某注蒸汽井，投產Ng3段，生產井段1058.88-1311.70，2010.4.18日注蒸汽2004t，注汽壓力14.6MPa，峰值日油18.1t，含水58%；該井一周期累計生產540天，累產液10410噸，累產油4846噸 ，油汽比達到2.4，回采水率270%。轉周累注2007噸，注汽壓力10.5MPa，峰值日油9.3t，截止2015年1月份二周期累計生產708天，累液12591噸，累油4965噸，油汽比2.47，回采水率380%，該井距離油水邊界170m，含水由66%上升至75.6%，在第三輪注汽過程中輔助氮氣泡沫調剖工藝。注汽前前置100方高溫復合堵劑，注汽過程中伴注氮氣泡沫12萬方，轉周后峰值日液24.2t，峰值日油14.3t，含水40.5%，高產期為7個月，較上一輪次的日油能力有了較大幅度的提升。

4結束語

蒸汽吞吐井泡沫調剖技術在各稠油油田都有較多井次的應用，并且取得了良好的應用效果，是蒸汽吞吐井開發后期一種有效的增產手段。利用泡沫調剖可以從以下幾個方面改善吞吐效果：降低蒸汽流度，提高注汽壓力，提高波及體積，但不會堵塞油流通道；提高中低滲透層和含油飽和度較高地層的蒸汽注入量；氮氣導熱系數低，可以減少熱損失，提高熱能利用率。

參考文獻：

[1]劉喜林.難動用儲量開發稠油開采技術.石油工業出版社，2005.

作者簡介：王向峰（1976—），男，山東萊州人，大學本科，工程師。