泡沫調驅體系性能評價

潘俊良，袁 英

（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

泡沫調驅體系性能評價

潘俊良，袁 英

（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

目前，調驅體系性能評價主要是研究發泡劑所產生的泡沫在地層中的實際作用能力。既然是被應用于注蒸汽開發用的調驅劑，不僅要滿足耐高溫的條件，而且應該具備能夠產生大量泡沫的能力，生成的泡沫應該具有較高的黏度，流動性應較差，這樣的泡沫對注入到地層的高溫蒸汽具有良好的封堵能力，從而提高蒸汽驅的驅油效率。通常情況下，采用室內物理模擬實驗的方法對泡沫調驅體系進行性能評價，包括靜態性能評價和動態性能評價。其中，靜態性能評價實驗是指在室溫條件下對樣品的界面張力的測定、樣品的衰減規律曲線的繪制以及樣品在高溫條件下的起泡體積以及泡沫穩定時間的測定；動態性能評價包括溫度、調驅劑濃度、氣液比、滲透率、壓力等對泡沫在高溫地層內實際作用情況的影響[1]。

調驅體系；封堵能力；動態性能

1 實驗裝置與實驗步驟

動態性能評價實驗主要設備包含以下八部分：ISCO泵、恒速恒壓泵、泡沫發生裝置、恒溫箱、加熱裝置、壓敏傳感器、回壓閥、數據采集儀器。泡沫蒸汽驅油模擬實驗流程示意圖如下圖1所示。

圖1 泡沫蒸汽驅模擬實驗流程示意圖

根據實驗要求以及實驗室的技術條件，選用人造的填砂巖心模型，實驗室內常用的填砂巖心是由一根長度為600mm，直徑為25mm的填砂管組成的，在填砂管的內部裝有40～220目的石英砂，則填砂巖心的滲透率可根據填砂管內部的填充的石英砂的種類和粒徑進行調控。然后，將選用的發泡劑溶液用恒速恒壓泵按照預先設置好的壓力和流速進行注入，通過ISCO泵將實驗用水注入中間容器，產生的壓力推著空氣進入巖心夾持器，將注入的空氣與流體在通過巖心夾持器但在進入巖心之前匯合，然后再進入巖心，在巖心夾持器的兩端安裝壓力傳感器，通過收集壓力參數，計算巖心兩端的壓差變化[1-2]。

根據現場試驗要求的實驗方案，結合實驗室自身的技術能力，現編制泡沫調驅體系性能評價的基本實驗步驟如下：

1）根據實驗方案里要求的孔隙度和滲透率的條件，選用顆粒直徑在40～250目的石英砂（人造）填充填砂管以制作填砂巖心模型；

2）制作好填砂巖心模型之后，將填砂巖心抽真空，飽和水，記錄飽和水量，計算填砂巖心的孔隙度，為后續實驗計算做準備，然后將飽和水之后的填砂巖心在恒溫箱（實驗要求溫度）內放置12h，模擬地層老化；

3）按照實驗操作規范連接好試驗管線以及各個中間容器，進行飽和油，實驗開始時用0.3mL/min的速度驅填砂巖心中的水，驅5PV；然后換速度為0.5mL/min，驅至填砂巖心出口端水量不再增加（只出油），計算此時填砂巖心模型的含油飽和度，在恒溫箱內放置12h，模擬地層老化；

4）基礎壓差的測定：在滿足實驗要求的溫度條件下，使飽和蒸氣壓高于預先設置的回壓，按照實驗方案中計算好的氣液比，輸入水泵、氣泵的注入速度，然后打開旁通閥，使蒸汽和空氣的混合物流經旁通閥，緊接著關閉旁通閥，然后觀察巖心夾持器入口端的壓力變化，當壓力低于飽和蒸汽壓時，同時打開巖心夾持器入口端和出口端的閥門，模擬流動性實驗，當巖心夾持器兩端的壓差不再變化時，錄下此時兩端的壓差；

5）工作壓差的測定：將中間容器里的實驗污水換成配制好的調驅劑溶液，在滿足實驗要求的溫度條件下，然后重復4）中的步驟，當巖心夾持器兩端的壓力不再變化時，錄下此時兩端的壓差。

通過閱讀有關泡沫調驅方面的文獻資料，我們知道阻力因子是調驅劑的起泡性能以及調驅劑在地層內的作用情況的衡量標準，從文獻中查閱到行業內把工作壓差與基礎壓差的比定義為阻力因子。

2 溫度對調驅劑阻力因子的影響

根據實驗方案要求，通過室內物理模擬實驗探究不同溫度（150℃、200℃、250℃、300℃、350℃）下的調驅劑的阻力因子變化情況，為滿足礦場試驗的要求，將調驅劑的質量分數調配為0.3%，實驗時的回壓設定在4MPa，按照實驗要求的氣液比進行實驗（測定基礎壓差和工作壓差），記錄好實驗數據，處理、繪制成圖表如下：

由圖2、圖3曲線走勢我們可以直觀地發現：在五種實驗溫度下，隨溫度的升高，工作壓差呈現大幅度下降的狀態，因此阻力因子也出現較為明顯的下降情況。由此我們可知，溫度對調驅劑的工作壓差以及人造填砂巖心的阻力因子的影響是十分巨大的。

圖2 基礎壓差和工作壓差隨溫度的變化

圖3 阻力因子隨溫度的變化

3 調驅劑濃度對其阻力因子的影響

調驅劑有兩個基本組成部分：驅油劑和發泡劑。關于驅油劑的實驗濃度，從我們的項目實驗編制方案里查閱以及結合實驗室的基本情況和實驗的合理性，本次模擬實驗采用的濃度為：0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%。另一方面，查閱相關的發泡劑濃度的優選實驗，初步選定本次實驗固定發泡劑的濃度為0.5%。然后，將候選的驅油劑濃度與發泡劑濃度進行一一組合，得到五組調驅劑的比例濃度，進行后續實驗。根據溫度對阻力因子的影響情況，設定實驗溫度為300℃，注入氣液比為1∶1，回壓4MPa，注入速度3.5mL/min。將本項模擬實驗的實驗數據錄入電腦、匯總、處理，如表1、圖4和圖5所示。

表1 不同調驅劑比例濃度對阻力因子的影響

圖4 不同驅油劑濃度下的基礎壓差變化曲線

圖5 不同驅油劑濃度下的阻力因子關系曲線

表1是實驗過程中記錄的數據，將數據處理成如圖4、圖5所示，可以很直觀的看出，固定發泡劑的濃度不變，隨著驅油劑的濃度增大，工作壓差和阻力因子呈現先增大（驅油劑濃度在0.25%～0.35%）而后趨于很小幅度增加或平穩狀態（驅油劑濃度在0.35～0.45），基于此項實驗我們將調驅劑的合理的比例濃度設為0.35%驅油劑+0.5%發泡劑。

4 氣液比對調驅劑的阻力因子的影響

根據實驗要求，設置五種氣液比（0∶1、0.5∶1、1∶1、1.5∶1、2∶1），通過室內模擬實驗研究這五種氣液比的條件下的阻力因子的變化情況。設定實驗溫度為300℃，回壓為4MPa，注入速度為3.5mL/min。記錄實驗數據，匯總處理如下：

表2 阻力因子隨氣液比的曲線變化圖

由表2所列的實驗結果表我們可以很直觀的知道，氣液比的確對調驅劑的阻力因子存在著影響，如表所示，氣液比為0.5∶1、1∶1、2∶1時，阻力因子相對較大，因此對于泡沫在地層中的流動能力的作用情況也相對較好；氣液比為0∶1、1.5∶1時，阻力因子相對較小，對于泡沫在地層中的流動能力的作用情況也相對較差。綜上，在礦上實驗中，推薦將氣液比設置在0.5∶1、1∶1、2∶1左右。

5 滲透率對調驅劑的阻力因子的影響

制作人造填砂巖心時，調整填充在填砂管內的不同目數砂巖的比例，制作三種不同滲透率的人造填砂巖心，設定實驗溫度300℃，氣液比為1∶1，回壓為4MPa，注入速度為3.5mL/ min，然后分別進行物理模擬實驗，探究巖心滲透率和調驅劑的阻力因子之間的關系。記錄實驗數據，匯總如下表3所示。

表3 不同滲透率條件下測得的阻力因子數據表

由表3可知：隨著滲透率的增加，調驅劑的阻力因子也相應的增加，表明發泡劑在滲透率較高的地層或者孔道內發泡性能以及封隔高溫蒸汽的能力較滲透率小的地層或孔道要好。

6 壓力對調驅劑的阻力因子的影響

為了探究壓力對調驅劑的阻力因子的影響情況，實驗選取4.5MPa、8MPa、12MPa三種回壓，分別進行室內驅油模擬實驗，設定實驗溫度為300℃，氣液比為1：1，注入速度為3.5mL/ min，測得實驗數據處理之后如下圖6所示。

圖6 調驅劑的阻力因子隨回壓的變化曲線圖

由圖6所示，可以得出如下結論：隨著回壓的增加，調驅劑的阻力因子也會相應的增加，說明壓力的增加對于發泡劑的起泡性能有著正面的輔助作用，再者，隨著壓力的增加，泡沫之間的吸附量也會增加，分子獨立占用體積就會降低，會引起表面黏度增加，則泡沫的穩定性就會增加。

7 結論

本文通過室內物理模擬實驗的方法對泡沫調驅體系進行了動態性能評價，通過給出阻力因子的定義，把阻力因子作為本次實驗探究的參照因數，分別研究溫度、調驅劑濃度、氣液比、滲透率以及壓力對調驅劑阻力因子的影響，通過實驗采集數據、繪制圖表，分析這些因素與調驅劑阻力因子之間的關系。

[1] 張廣卿，劉偉，李敬，等.泡沫封堵能力影響因素實驗研究[J].油氣地質與采收率，2012，19（2）：44-46.

[2] 楊公鵬.齊40塊蒸汽驅油藏深部調驅機理與實用技術研究[D].大慶：東北石油大學，2009.

P e r f o r ma n c e E v a l u a t i o n o f F o a m P r o f i l e C o n t r o l a n d F l o o d i n g S y s t e m

Pan Jun-liang，Yuan Ying

At present，the performance evaluation of prof i le control and displacement system mainly focuses on the practical role of foam produced by blowing agents in formation.Since it is being applied to steam injection development for fl ooding agent，not only to meet the high temperature conditions，but also should have the ability to produce a large number of bubbles，bubble generation should have a higher viscosity，liquidity should be poor，so the foam has good sealing ability of the high temperature steam is injected into the formation，thus to improve the oil displacement eff i ciency of steam fl ooding.Normally，we evaluate the performance of foam displacement control system by physical simulation experiments，including static performance evaluation and dynamic performance evaluation.The experimental evaluation of static performance refers to the determination of interfacial tension of samples was measured and the sample attenuation curve drawing and sample under high temperature foaming volume at room temperature and foam stability time；dynamic performance evaluation including temperature，flooding effect agent concentration，gas-liquid ratio，permeability，pressure and so on the actual effect of bubble formation at high temperature.

displacement system；sealing ability；dynamic performance

TE357

A

1003-6490（2017）08-0051-02

2017-06-10

潘俊良（1993—），男，河南商丘人，碩士在讀，主要研究方向為提高采收率。