凍膠分散體三相泡沫配方研究與評價

張紅華，孫迎勝，耿 超，張紅雙，李新丹，張喜玲

（1.中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院，河南南陽 473132；2.中國石化河南油田分公司技術監(jiān)督中心）

凍膠分散體三相泡沫配方研究與評價

張紅華1，孫迎勝1，耿 超1，張紅雙2，李新丹1，張喜玲1

（1.中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院，河南南陽 473132；2.中國石化河南油田分公司技術監(jiān)督中心）

模擬春光油田稀油小砂體油藏條件，優(yōu)選耐鹽性能好的起泡劑CH-015、穩(wěn)定劑HJ-1及凍膠分散體構成三相泡沫，并進行了性能實驗評價，實驗結(jié)果表明：凍膠分散體三相泡沫起泡能力強，析液半衰期長,泡沫穩(wěn)定性好，在多孔介質(zhì)中阻力因子高于普通泡沫體系，對注水剖面改善能力性能好，注入三相泡沫后實驗巖心的的采收率提高值達到24.2%，提高采收率效果明顯。

凍膠分散體；三相泡沫；性能評價

春光油田經(jīng)過10年多的高速開發(fā)，稀油小砂體油藏主要存在邊水能量強、采出程度高、邊水推進速度快、水淹井不斷增加等問題[1-2]。春光稀油小砂體油井均為機械防砂方式完井，要求堵水劑具有較好的通過防砂篩管能力。本文研究了凍膠分散體三相泡沫抑水技術，研發(fā)一種凍膠分散體有機顆粒穩(wěn)泡體系，泡沫體系具有較高的穩(wěn)定性，同時復合泡沫體系消泡后，依靠凍膠分散體顆粒的聚集膨脹性能對高滲流通道產(chǎn)生有效封堵，使后續(xù)水流壓力保持較高水平，從而達到控制邊水推進速度、延長中低含水采油期、提高最終采收率的目的。

1 三相泡沫體系配方研究

1.1 三相泡沫配方實驗方法

國內(nèi)外對泡沫劑的評價方法很多，常用的有四種方法：攪拌法、傾瀉法、攜液法、吹氣法。攪拌評價法操作簡單并且節(jié)省時間，在進行三相泡沫體系的配方篩選時采用攪拌法[3]。

攪拌法能比較直觀地觀察出泡沫體積和半衰期，所需的儀器是Waring高速攪拌器，具體實驗方法為：配置一定濃度的泡沫劑溶液100 mL；將配好的溶液倒入高速攪拌器的容器中，在3 000 r/min轉(zhuǎn)速下，攪拌3 分鐘；攪拌后的溶液倒入500 mL 量筒中，記錄此時泡沫液的起泡體積和初始時間；記錄從泡沫中析出50 mL液體所用的時間，即析液半衰期。實驗條件：模擬春光油田地層溫度50 ℃，模擬地層水礦化度80 699 mg/L。

1.2 起泡劑的篩選

通過對十幾種起泡劑進行篩選實驗，優(yōu)選出起泡體積較大的5種耐鹽型起泡劑進行評價。實驗結(jié)果表明（表1）：這5種發(fā)泡劑的泡沫體積和半衰期相差不大，綜合考慮選用性能較優(yōu)越的 CH-015、WZJ-013、GCSF-3作為下步實驗用起泡劑。

表1 不同起泡劑在模擬水中的起泡能力數(shù)據(jù)

1.3 穩(wěn)定劑的篩選

如果使用單一的起泡劑溶液，其起泡性雖然很好但半衰期一般都很短，不能滿足現(xiàn)場上的需要。為了提高泡沫的穩(wěn)定性，延長泡沫的壽命，可加入穩(wěn)定劑。通過三種穩(wěn)定劑和上步優(yōu)選出的三種起泡劑復配篩選，得出穩(wěn)定劑HJ-1的穩(wěn)泡效果最好，它的加入使泡沫體系的析液半衰期大幅提高，而且起泡劑CH-015與穩(wěn)定劑HJ-1配伍性較好，起泡體積達到375 mL，半衰期延長至61.3 min，大大加強了泡沫體系的穩(wěn)定性。見表2。

1.4 凍膠分散體濃度優(yōu)化

凍膠分散體是采用一定的交聯(lián)技術和分散技術，由地面形成的本體凍膠經(jīng)機械剪切作用后，制得不同粒徑分布的均一分散水相溶液。分別配置不同質(zhì)量分數(shù)凍膠分散體泡沫體系溶液，測定體系的起泡體積和析液半衰期。實驗結(jié)果表明（見圖1）：隨著凍膠分散體質(zhì)量分數(shù)增大，泡沫體系的起泡體積變化不大，析液半衰期呈下降的趨勢；但隨著凍膠分散體質(zhì)量分數(shù)的增加，凍膠分散體顆粒在泡沫表面吸附的越來越多，形成穩(wěn)定的吸附層，增強泡沫的穩(wěn)定性。當達到臨界質(zhì)量分數(shù)后，凍膠分散體無法繼續(xù)吸附到泡沫表面，因此泡沫穩(wěn)定性不再改變。綜合考慮成本因素，優(yōu)選凍膠分散體質(zhì)量分數(shù)為0.1%。凍膠分散體在體系中的加入構成了三相泡沫，起泡體積達到370 mL，析液半衰期73.2 min。

表2 不同穩(wěn)定劑的穩(wěn)泡能力實驗數(shù)據(jù)

圖1 不同質(zhì)量分數(shù)凍膠分散體穩(wěn)泡能力實驗

經(jīng)激光粒度儀檢測，凍膠分散體顆粒粒徑分布在0.578～9.25 μm之間，粒徑較為均勻，注入添加2層0.1 mm篩網(wǎng)的巖心管，從篩網(wǎng)端面上看，無堵塞篩網(wǎng)情況，說明 DPG具有很好的篩網(wǎng)通過性能。

1.5 泡沫微觀形態(tài)評價

分別采用電子顯微鏡（放大40倍）觀察加入起泡劑0.3%CH-015（圖2a）、穩(wěn)定劑0.1%HJ-1(圖2b)和凍膠分散體 0.1%DPG(圖 2c)的泡沫體系起泡后泡沫的微觀形態(tài)。可以看出：

（1）三相泡沫體系中起泡劑單獨起泡，泡沫排列較為疏松，穩(wěn)定性較差；

（2）加入穩(wěn)定劑后泡沫排列較為緊密，原因是加入穩(wěn)定劑后泡沫體系的黏度增大，泡沫向液膜外排液阻力增大，大大增強了體系的穩(wěn)定性[4-5]。

（3）凍膠分散體加入后，泡沫排列更加致密，主要是顆粒粘附在液膜上，成為體系的硬骨架，使泡沫穩(wěn)定性進一步得到加強[6]。

圖2 電子顯微鏡下泡沫不同形態(tài)（放大40倍）

2 三相泡沫體系性能評價

2.1 三相泡沫體系封堵性能評價

實驗評價了普通泡沫與三相泡沫兩種不同體系對填砂管封堵的效果，氣液體積比設定1∶1 ，填砂管滲透率2.37 μm2，注入速度1 mL/min。

圖3可以看出，三相泡沫的封堵能力高于普通泡沫。普通泡沫通常是松散和不均勻的，在多孔介質(zhì)中運移很容易消泡；三相泡沫穩(wěn)定性強，可以在多孔介質(zhì)中有較強的穩(wěn)定性；三相泡沫中的固體顆粒也滯留在孔喉中，降低巖心的滲透率，從而使凍膠分散體三相泡沫阻力因子高于普通泡沫體系。

2.2 三相泡沫改善注水剖面能力性能評價

采用雙管實驗模型研究三相泡沫的注水剖面改善能力，填砂管長20 cm，直徑2.5 cm。實驗采取氣液混注方式注入泡沫，以1 mL/min的注入速度注入1 PV三相泡沫，氣液比1∶1，實驗溫度為50 ℃，模擬水礦化度為80 000 mg/L，注入過程中各填砂管基本參數(shù)及剖面改善效果如表3所示。

圖3 普通泡沫和三相泡沫封堵性能比較

表3 三相泡沫雙管注水剖面改善數(shù)據(jù)

由實驗結(jié)果可以看出，滲透率級差越大，水驅(qū)階段分流量的差異越大[7]。在滲透率級差較低時，三相泡沫會進入低滲層，造成調(diào)驅(qū)效果不佳；隨著滲透率級差的增大，三相泡沫較少地進入低滲層，降低對低滲層的封堵，此時的調(diào)驅(qū)效果較好。因此可知，三相泡沫對滲透率級差較大的地層能夠起到較好的調(diào)驅(qū)效果，滲透率級差越大，對高滲巖心的封堵越強，調(diào)驅(qū)效果越好。并且隨著滲透率級差的增大，調(diào)驅(qū)后分流量出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)，調(diào)驅(qū)后低滲巖心注水分流量的增幅越大。

2.3 三相泡沫提高采收率能力評價

使用雙管模型測量三相泡沫的提高采收率能力，注入氣液比1∶1，注氣速度為1 mL/min，氣液混注，高低滲填砂管滲透率級差2.6。由圖4可知，注入三相泡沫后，非均質(zhì)雙管模型實現(xiàn)液流轉(zhuǎn)向，產(chǎn)液含水率下降，產(chǎn)油量明顯上升，對高滲地層實現(xiàn)有效封堵，從而實現(xiàn)有效動用低滲層中的原油。注入三相泡沫調(diào)驅(qū)體系前的采收率為 52.7%，注入調(diào)驅(qū)體系后的采收率為76.9%，提高采收率值達到24.2%，提高采收率效果明顯。

圖4 三相泡沫提高采收率實驗結(jié)果

3 結(jié)論

（1）凍膠分散體三相泡沫在溫度50 ℃、礦化度80 699 mg/L的情況下，起泡體積為370 mL，析液半衰期為73.2 min，泡沫穩(wěn)定性好。

（2）凍膠分散體在泡沫體系中的加入，使泡沫排列更加致密，增強泡沫穩(wěn)定性，在多孔介質(zhì)中阻力因子高于普通泡沫。

（3）凍膠分散體三相泡沫對滲透率級差較大的地層能夠起到較好的調(diào)驅(qū)效果，相對水驅(qū)提高采收率值達到24.2%，提高采收率效果明顯。

[1] 劉傳虎，王學忠．春光油田邊水驅(qū)巖性油藏特色開發(fā)技術[J]．特種油氣藏，2011，18（2）：52–55

[2] 曹健．春光油田氮氣泡沫堵水技術可行性實驗研究[J]．石油地質(zhì)與工程，2015，29（2）：140–142

[3] 吳文祥．泡沫復合驅(qū)微觀驅(qū)油機理及泡沫復合體系在多孔介質(zhì)中流動特性[D]．黑龍江大慶：大慶石油學院，1999．

[4] 張紅杰，杜沛陽，劉豐鋼．多孔介質(zhì)中多相泡沫微觀流動規(guī)律研究[J]．石油地質(zhì)與工程，2015，29（5）：90–93

[5] 李賓飛，李兆敏，劉祖鵬，等．多相泡沫體系調(diào)驅(qū)試驗[J]．中國石油大學學報：自然科學版，2010，34（4）：93–97

[6] 劉中春，侯吉瑞，岳湘安，等．泡沫復合驅(qū)微觀驅(qū)油特性分析[J]．石油大學學報：自然科學版，2003，27（1）：49–53.

[7] 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(zhì)與采收率，2012，19（2）：44–46．

TE357

A

1673–8217（2017）06–0105–03

2017–07–10

張紅華，1967年生，助理工程師，2014年畢業(yè)于中國石油大學（北京）石油工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)技術工作。

李金華