（油气田开发工程专业论文）常规稠油低气液比泡沫驱研究.pdf

， k r e s e a r c ho nf o a mf l o o d i n gw i t hl o wg a s - l i q u i d ，r a t i of o rc o n v e n t i o n a lh e a v yo i l at h e s i ss u b m i t t e df o r t h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：w a n gj i n g s u p e r v i s o r ：p r o f g ej i ji a n g p r o f z h a n g g u i c a i c o l l e g eo f p e t r o l e u me n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s tc h i n a ) 舢7 舢6帅5 67舢8m 1胛y ， ， l k i 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 垂盘一 日期：加，7 年多月罗日 h 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 0 指导教师签名： 日期：沙7 ，年万月了日 日期：p 年力月e l 捕 。 缸 t 摘要 水驱稠油采收率比常规原油约低1 0 。由于稠油油藏水油流度比大，波及系数小， 适合稠油油藏的提高采收率技术，既要考虑驱油体系的洗油效率，更要考虑驱油体系的 波及系数。泡沫驱可以提高驱油体系的波及系数，但常规泡沫驱( 气液比1 ：1 ) 技术注 气费用高、注入压力大的缺点限制了该技术在油田上的应用，为此本文提出了低气液比 泡沫驱，并对低气液比泡沫驱的可行性进行了研究。 首先用w a r i n g - b l e n d e r 法，构建了具有良好起泡性能与界面张力性能的低界面张力 起泡体系0 2 w t d s + 0 5 w t n a 2 c 0 3 ，以及聚合物强化低界面张力起泡体系0 2 w t d s + 0 5 w t n a 2 c 0 3 + 0 1 w t h p a m 。 采用岩心驱替实验( 岩心渗透率0 5 p m 2 ) 评价了气液比0 2 ：1 2 ：1 的泡沫驱对桩西 1 0 6 原油( 5 5 下3 2 5 m p a s ) 的驱替效果。结果表明，随气液比的增大泡沫驱提高采收 率的幅度增加，当气液比大于0 5 ：1 后，采收率增值幅度变缓。气液比0 2 ：1 的泡沫驱可 在水驱基础上提高采收率1 8 1 ，比单纯的表面活性剂碱复合驱采收率增值高近8 。 实验结果表明，即使在低气液比下泡沫驱也能取得好的驱油效果。通过填砂管驱替实验， 研究了气液比0 2 ：1 的聚合物强化泡沫驱的驱替效果。结果表明，聚合物强化泡沫驱可 使桩西稠油的采收率在水驱基础上提高3 9 8 ，比相同条件下聚合物表面活性剂碱复 合驱的采收率增值高1 1 4 。随着原油粘度的增加低气液比泡沫驱相对于a s p 复合驱的 优势显著降低。通过低气液比强化泡沫驱的平板模型驱替实验表明，低气液比强化泡沫 能够有效的调整注入剖面，可在水驱基础上提高采原油采收率3 0 ，含水率降低6 0 。 微观可视化实验发现，泡沫通过贾敏效应提高波及系数的机制有两个重要特征：一 是泡沫串行通过孔喉，不发生泡沫的架桥封堵作用；二是泡沫通过孔喉的过程是泡沫不 断变形的一个过程，泡沫的弹性越强，泡沫变形所产生的阻力越大。同时研究发现，泡 沫在稠油中的稳定性远高于轻油。 上述结果证明低气液比泡沫驱是常规稠油油藏开发中具有前景的提高采收率技术。 同常规泡沫驱( 气液比0 5 ：1 - 2 ：1 ) 相比，该技术注入气体的费用可节约至少5 0 。 关键词：低气液比泡沫驱，泡沫稳定性，常规稠油，微观模型 羹! ， r e s e a r c ho nf o a m f l o o d i n gw i t hl o wg a s - l i q u i d r a t i of o rc o n v e n t i o n a lh e a v y0 i l w a n g j i n g ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f g ej i j i a n g p r o f z h a n gg u i c a i a b s t r a c t c o m p a r e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a lr e s e r v o i r , t h er e c o v e r yo ft h eh e a v yo i lr e s e r v o i ri sa t l e a s t10 l o w e rt h a nt h a to fc o n v e n t i o n a lr e s e r v o i r t h eh i 曲o i lm o b i l i t yr a t i oo fh e a v yo i l l e a d st ot h el o ws w e e pe f f i c i e n c y , s oi ti sm o r ei m p o r t a n tt oi m p r o v es w e e pe f f i c i e n c yt h a n m i c r o s c o p i cd i s p l a c e m e n te f f i c i e n c yf o rt h ee o rt e c h n o l o g ys u i t a b l ef o rh e a v y o i lr e s e r v o i g p r e v i o u sr e s e a r c h e sh a v ep r o v e dt h a tf o a mf l o o d i n gc a ni n c r e a s et h es w e e pe f f i c i e n c ya n d c o n t r o lg a sm o b i l i t y , a n dt h u si n c r e a s eo i lr e c o v e r y h o w e v e r , i t sa p p l i c a t i o nw a sr e s t r i c t e d d u et ot h eh i g hc o s ta n di n j e c t i o np r e s s u r e ，s of o a mf l o o d i n g 谢ml o wg a s l i q u i dr a t i o ( g l r ) w a sp r o p o s e dt oe n h a n c et h eh e a v yo i lr e c o v e r y t w of o a m i n gs y s t e m sw i n lg o o df o a m i n ga b i l i t ya n dl o wi n t e r r a c i a lt e n s i o nw e r e s e l e c t e d t h ef i r s ti n c l u d e d0 2 w t d sa n d0 5 w t n a 2 c 0 3 ，t h eo t h e ri n c l u d e d0 2 w t d s ， 0 5 w t n a 2 c 0 3a n do 1w t p a r t i a l l yh y d r o l y z e dp o l y a c r y l a m i d ( h p a m ) i nc o r et e s t ，t a k i n gz h u a n g x ih e a v yo i l ( 3 2 5m p a sa t5 5 c ) a st h eo b j e c t ，as e r i e so f e x p e r i m e n t sw e r ep e r f o r m e db yi n c r e a s i n gt h eg a s l i q u i dr a d i oi n c r e m e n t a l l yf r o m0 1 ：1 t o 2 ：1 ，i ts h o w st h a tw h e nt h eg a s - l i q u i dr a t i oi sb e l o wo 5 ：1 ，t h eo i lr e c o v e r yi n c r e a s e s d r a s t i c a l l yw i 吐lt h ei n c r e a s eo f t h eg a s - l i q u i dr a t i oo f f o a mf l o o d i n g w h e nt h eg a s l i q u i dr a t i o i sa b o v e1 ：1 ，t h ei n c r e a s eo fg a s - l i q u i dr a t i or e s u l t si no n l yas m a l li n c r e m e n t a lr e c o v e r y f o a mf l o o d i n gw i t hg a s l i q u i dr a t i oo f0 2 ：1i m p r o v e so i lr e c o v e r yb ya b o u t18 1 ，w h i c hi s 8 h i g h e rt h a na l k a l i n ea n ds u r f a c t a n tf l o o d i n gu n d e rt h es a m ec o n d i t i o n s i ti n d i c a t e st h a t t h el o wg a s - l i q u i dr a t i os t i l lr e s u l t si nag o o de o re f f e c t i ns a n dp a c kt e s t s ，p o l y m e r e n h a n c e df o a mf l o o d i n gi m p r o v e st h eo i lr e c o v e r yb y3 9 8 w h i c hi s1 1 h i g h e rt h a na s p f l o o d i n g u n d e rt h es a m ec o n d i t i o n s a n dt h et e r t i a r yo i lr e c o v e r yd e c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s i n gv i s c o s i t yo fc r u d eo i l p o l y m e re n h a h c e df o a mf l o o d i n gi nt h ep l a t em o d e ls h o w s t h a tp o l y m e re n h a n c e df o a ms y s t e mh a se x c e l l e n tp r o f i l em o d i f i c a t i o ne f f e c tt oi n c r e a s e s w e e pa r e a , i tc a ni m p r o v e sr e c o v e r yb ya b o u t3 0 ni sd i s c o v e r e d b ym i c r o s c o p i cv i s u a lt e c h n i q u e t h a tt h e r ea r et w o i m p o r t a n t c h a r a c t e r i s t i co ft h ei m p r o v i n gs w e e pe f f i c i e n c ym e c h a n i s mo ff o a m o n ei st h a tt h ef o a m p a s s e st h ep o r et h r o a to n eb yo n es ot h e r ea l en of o a mb r i d g i n ga n dp l u g g i n g t h eo t h e ri s t h a tw h e nf o a mp a s s e st h ep o r et h r o a tf o a mi sd e f o r m e d ，t h eb e t t e re l a s t i c i t yo ft h ef o a mt h e b i g g e rr e s i s t a n c ed u e t ot h ee x t r u s i o nd e f o r m a t i o n m o r e o v e r , i ti sd i s c o v e r e db ym i c r o s c o p i c v i s u a lt e c h n i q u et h a tf o a mi sm o r es t a b l ei nh e a v yo i lt h a ni nl i g h to i l t h e s er e s u l t sc o n f i r mt h a tl o wg a s - l i q u i dr a t i of o a mf l o o d i n gi sap r o m i s i n gm e t h o df o r d e v e l o p i n gc o n v e n t i o n a lh e a v yo i lf o ri t sl o wc o s ta n dh i g hr e c o v e r y c o s to ft h i st e c h n o l o g y c a l lb er e d u c e db ya tl e a s t5 0 c o m p a r e dt ot h ec o n v e n t i o n a lf o a mf l o o d i n g ( g a s l i q u i dr a t i o r a n g e sf r o m0 5 ：1t o1 ：1 ) k e y w o r d ：l o wg a s l i q u i dr a t i of o a mf l o o d i n g , f o a ms t a b i l i t y , c o n v e n t i o n a lh e a v yo i l ， m i c r o s c o p i cm o d e l l n ， 簟 1 一 第 1 2 2 冷采技术4 1 3 泡沫驱油技术5 1 3 1 泡沫驱油技术发展5 1 3 2 泡沫在稠油开采中的应用现状7 第二章起泡体系构建1 0 2 1 仪器及试剂1 0 2 1 1 实验仪器1 0 2 1 2 实验药品1 0 2 2 实验方法1 3 2 2 1 起泡性能评价方法l3 2 2 2 界面张力测定方法1 4 2 3 实验结果与讨论1 5 2 3 1 起泡剂筛选1 5 2 3 2 稳泡剂筛选2 0 2 3 - 3 低界面张力起泡体系的构建：2 5 2 4 本章小结3 0 第三章低气液比泡沫驱物理模拟3 1 3 1 仪器及试剂31 3 1 1 实验药品及材料31 3 1 2 实验仪器3 2 3 2 实验步骤3 3 3 3 低气液比泡沫驱物理模拟实验3 5 3 3 1 低气液比泡沫驱岩心物理模拟3 5 3 3 2 聚合物强化的低气液比泡沫驱物理模拟4 5 3 3 3 低气液比泡沫驱平板模型物理模拟5l 3 4 本章小结。5 5 第四章泡沫驱微观驱油机理研究5 6 4 1 仪器及试剂5 6 4 1 1 实验药品及材料5 6 4 1 2 实验仪器5 6 4 1 3 实验步骤5 7 4 2 结果与讨论5 8 4 2 1 稠油水驱后剩余油状态5 8 4 2 2 泡沫驱的微观驱油机理5 8 4 3 本章小结7 0 结论7 1 参考文献7 2 攻读硕士学位期间取得的学术成果7 8 致谢7 9 v ， ， 冀。 k ， 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 第一章前言 石油作为一种高效的能源，已成为重要的战略物资，在国家经济中起到举足轻重 的作用。据2 0 0 8 年中国能源发展报告预测，2 0 0 7 2 0 2 0 年期间中国石油消费将继续保 持较高增长速度，2 0 1 0 年我国石油表观消费量首次突破4 亿吨，达4 3 9 亿吨，对外依 存度再创新高，达到5 3 8 。预计2 0 2 0 年中国石油消费量将达5 6 3 亿吨，成品油消 费需求将达到3 3 5 亿吨。为减少过高的原油对外依存度对经济安全所带来的威胁，我 们应该把石油供应立足于本国，在加大新区块勘探的同时要改进技术提高现有油田的 原油采收率。 原油是非可再生资源，上个世纪对常规油资源的大规模的开发，致使常规油资源 短缺。稠油油藏储量巨大，随着石油开采技术的不断提高，稠油资源的开发与提高采 收率技术越来越引起石油工作者的注意。根据美国能源部的预测，n - - 十一世纪中叶， 稠油和超稠油将占世界能源供应量的百分之五十以上【l 】。甚至有人宣称“我们正进入 一个重质原油的新石油时代 ，如何经济有效的开采稠油资源将成为当代石油人的重 任。 稠油油藏有两个特点，一、地质疏松。在生产压差、流体粘滞力等的作用下储层 容易产生发达的水流小通道。二、稠油粘度高。任何流体驱替稠油都会产生高的水油 流度比【2 翔。同时由于稠油粘度高，原油对地层岩石的粘附力大，稠油不易从岩石表面 剥离。许多矿场实验也表明水驱稠油油藏的最大缺点在于波及系数小【4 卅。这两个因素 都可能导致稠油油藏化学驱过程中化学剂的窜进。因此，稠油油藏的化学驱，既要考 虑驱油体系的洗油效率，更要考虑驱油体系的波及系数。 泡沫驱是可以同时满足上述要求的三次采油技术【7 8 1 。泡沫具有高的表观粘度，常 被用作流度控制剂【9 , 1 0 。但常规泡沫驱有两个缺点：一、注气费用高。在常规泡沫驱 中，一般要求气液比是l ：1 【1 1 2 0 。假定地层压力为1 0m p a ，要实现上述气液比，地面 上气液比则需达到1 0 0 ：1 。现场制取一立方米标准状况下的氮气至少需花费1 5 元，则 每注一立方米的液体驱油剂( 费用约5 0 元) 则至少需要1 5 0 元的氮气( 标准状况) 。 由此可见，注入气体的费用在泡沫驱总投入中起到举足轻重的作用。二、注入压力高。 目前为避免出现注入压力过高的现象，矿场实施泡沫驱往往采用气液交替注入。即便 如此，注入压力大幅度升高依旧出现在各矿场实验中。如大庆油田的萨北油田北二区 东部泡沫复合驱先导性矿场实验，注气压力比水驱空白压力提高近1 0m p a 2 1 ；胜利油 第一章前言 田孤岛中二区2 8 8 井，注强化氮气泡沫时也出了注入压力过分升高的现象。 鉴于上述泡沫驱存在的问题，水气同注的低气液比泡沫驱油技术的可行性值得进 行深入探讨。从国内泡沫驱的室内研究看，涉及的最低气液比仅为o 4 ：1 【1 3 】，由于随着 气液比的增加泡沫封堵能力增强，在之前的泡沫驱研究中往往只注重高气液比泡沫封 堵性能和驱油性能评价，忽视了低气液比泡沫驱研究。从大庆油田在萨北油田北二区 东部泡沫复合驱先导性矿场实验看，虽然实际气液比仅为0 3 4 ：1 ( 方案设计的气液比 为1 ：1 ) ，但泡沫复合驱矿场采收率仍比水驱高2 8 【2 1 1 ，说明了低气液比泡沫驱具有一 定可行性。 1 1 稠油分类 稠油具有较高的胶质与沥青质含量，使得稠油具有粘度高、密度大的特点。目前 国际上仍未有统一的稠油分类标准。表1 1 是联合国培训研究署对各国分类标准比较 研究后推荐的分类标准，表1 2 是联合国研究开发署以粘度和密度为依据的分类方法 【2 2 】 j o 表1 - 1u n i t a r 推荐的分类标准 t a b l e l - 1c l a s s i f i c a t i o ns t a n d a r dr e c o m m e n d e db yu n i t a r 表l - 2 油分类标准 t a b l e l - 2t h ec l a s s i f i c a t i o nc r i t e r i ao fv i s c o u sc r u d e 我国稠油沥青质含量低，胶质含量高，原油粘度偏高，相对密度较低。刘文章【2 3 】 总工程师根据我国稠油的特点提出了中国稠油分类标准，见表1 3 。 2 p t ，t ，。 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 表l - 3 刘文章总工程师推荐的中国稠油分类标准 t a b l e2 - 3c h i n ah e a v yo i lc l a s s i f i c a t i o ns t a n d a r dr e c o m m e n d e db ym r l i u w e n z h a n g 该标准依照原油粘度和相对密度两个指标对稠油进行分类，原油粘度为稠油分类 标准的第一指标，相对密度作为辅助。两者判定结果不一致时，以粘度分类为标准。 我们通常所指的常规稠油是油藏温度下脱气油粘度为5 0 1 0 0 0 0 m p a s 的稠油。 1 2 常规稠油油藏开发现状 中国的稠油主要分布在辽河，胜利油田的孤东、孤岛油田，渤海油田等。目前中 国拥有的稠油可采储量大约为8 0 亿b b l ，产量大约为1 5 b b l d 。稠油油藏的主要开采方 式可以分为“热采 与“冷采 两大类。 1 2 1 热采技术 1 2 1 1 蒸气吞吐 蒸汽吞吐技术，始于上世纪8 0 年代的委内瑞拉。除注入蒸汽以外通常还会注入天 然气、溶剂( 如轻质油) 及高温泡沫剂等助剂。蒸汽吞吐进行单井操作，对近井地带 的原油进行热力降粘，从而提高原油流动性。该技术相对简单，对不同油藏地质条件 都具有良好的适用性，且经济风险小，已能较为成熟的在稠油开采中进行应用。 1 2 1 2 蒸汽驱 蒸汽驱是蒸汽吞吐之后进一步提高稠油采收率的一项技术。蒸汽吞吐开采过后会 形成热连通，致使热受效范围降低，井间产生大量的死油区。在适当的井网下将蒸汽 从注入井注入，从近井地带到远井地带随着热量的损失会分别形成蒸汽带，热水带以 及冷水带，随着蒸汽的不断注入，将井间的稠油加热并从产出井产出，从而进一步提 高采收率。蒸汽驱在驱油过程中的主要作用有：降粘作用、蒸汽的蒸馏作用、热膨胀 3 第一章前言 作用、油的混相驱作用、溶解气驱作用和乳化驱作用等。在驱替过程中蒸汽相由水蒸 汽和烃蒸汽共同组成，两种蒸汽一起凝结，共同稀释与驱替前缘的稠油，从而只留下 较少的但较重的残余油。国外，尤其是美国与印尼，蒸汽驱得到大规模的应用，蒸汽 驱占热采产量的8 0 以上。 虽然热采技术已经得到成熟的应用，但随着稠油区块进入高轮次吞吐阶段后，油 层层内、层间矛盾愈加突出：储层内存水明显增多；储层横向与纵向上产生不平衡压 降，导致边水内侵、层间水窜、井间汽窜。这些矛盾的出现使得注入气体的热能严重 损失，区块油井难以正常开采。蒸汽驱油过程中，由于稠油与蒸汽的密度差异导致蒸 汽重力超覆现象的产生，加之油、汽粘度的差异，蒸汽指进现象严重，从而导致蒸汽 驱波及系数降低。同时，由于稠油粘度高，对地层岩石的附着力大，即使在蒸汽所波 及的区域，仍旧有大量稠油不能从岩石表面剥离下来，从而降低了洗油效率，导致热 采稠油最终采收率的降低。 1 2 2 冷采技术 1 2 2 1 出砂冷采技术 出砂冷采技术是指在没有人工能量补充的条件下，依靠天然能量，在保持地层骨 架不被破坏的前提条件下，通过调节生产压差使地层达到出砂，从而大幅度改善地层 的渗透率，提高产量的一种方法。该技术在加拿大已得到成熟而广泛的应用。在我国 稠油冷采技术还处于起步阶段，目前河南油田在该方面进行了较多的研究，并取得了 较好的研究成果，获得了明显的增产效果【2 4 】。 1 2 2 2 化学采油法 由于稠油粘度高，任一流体驱替工艺，都会由于水油流度比过大而导致驱替效果 不理想。在化学驱油法中，由于表面活性剂的使用降低了油水界面张力，减小了稠油 对地层岩石的粘附力，使之易于剥离，从而提高了稠油的洗油效率；通过表面活性剂 对稠油的乳化作用，降低稠油的粘度，提高驱替体系的相粘度，降低了水油流度比， 同时当形成的乳状液液滴较大时会在孔喉处产生封堵，或油滴较小时产生捕集作用使 驱替介质的波及系数大大提高【2 5 】。这里我们所指的化学剂主要指碱，聚合物以及表面 活性剂。 ( 1 ) 化学吞吐 化学吞吐与蒸汽吞吐一样进行单井操作，可以和蒸汽吞吐共同使用，也可以单独 4 毫 ， 譬 h 簟 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 使用。从套管注入化学剂进入地层，然后进行焖井，在地层温度和压力场下，油相与 水相在高温效应和搅拌效应的作用下发生乳化，原油粘度降低，之后再开井回采。该 技术是注化学剂开采稠油油藏的新工艺，国内这方面已经进行了较多的研究与现场应 用，并且取得了很好的现场应用经验。 ( 2 ) 碱驱技术 由于碱与岩石以及地层流体之间存在碱油反应、碱水反应、碱岩反应。根据油藏 的实际情况，将合适质量分数的碱性溶液通过常规井网注入油藏，实现增产目标。 j e r m i n g ( 1 9 7 4 ) 瞄1 曾在实验室对碱驱稠油( 原油粘度1 8 7 n 心a s ) 进行岩心驱替效果评 价。近年来，许多学者对稠油碱驱效果和碱对稠油的作用机理进行了大量的实验以及 理论的研究【2 2 1 ，碱液作为单独的驱油剂或碱表面活性剂复合驱的前置段塞，在稠油 化学驱中的作用逐渐受到重视。虽然目前碱驱技术开采稠油油藏的矿场实验成功率还 很低，但碱驱在稠油提高采收率方面的应用仍值得期待。 ( 3 ) 聚合物驱 聚合物由于相对于其他化学剂具有较高的粘度，能够降低油水流度比，减小水的 渗透率，从而增加波及面积，提高采收率。国内外在稠油聚合物驱方面也获得了较多 的研究成果【3 3 - 3 8 1 。于连东给出的聚合物驱在稠油油藏中的应用条件为：原油粘度， l o 1 5 0 m p a s 、渗透率大于o 0 2 0 1 t m 2 、油藏温度低于9 3 、聚合物质量分数为 2 5 0 2 0 0 0 m g l 、注人量为o 1 5 p v 0 2 5 p v 。然而油田地质条件各异的特点，使得聚合 物驱在稠油油藏中的应用较为局限，并且由于工程技术等原因，该方法的应用受到一 定的限制，其应用并不十分广泛。 ( 4 ) 表面活性剂驱 以表面活性剂作为稠油开采方法的优势在于：表面活性剂通过降低界面张力减少 了剩余油饱和度；其与原油相成的水包油或油包水乳状液也有助于提高水油流度比。 表面活性剂驱油效果的影响因素包括：表面活性剂碳链的长度、矿化度、温度、原油 的等效烷烃碳数【3 9 1 等。表面活性剂在储层岩石上的吸附与损耗是其应用中存在的主要 问题。 1 3 泡沫驱油技术 1 3 1 泡沫驱油技术发展 泡沫驱油技术即以泡沫流体作为驱替介质的提高采收率技术。由于纯液体难以产 5 第一章前言 生泡沫，通常以表面活性剂作为起泡剂。如果在起泡剂中加入聚合物、碱等化学剂时 可形成复合泡沫。泡沫在地层中具有较高的视粘度，同时由于“遇油消泡 的性能， 产生选择性封堵作用，可在高含水层中通过叠加的j a m i r l 效应，提高注入压力，迫使 注入流体发生转向，扩大波及范围。由于起泡剂是表面活性物质，可在一定程度上降 低油水界面张力，提高驱油效率。为此，泡沫驱技术是一项能够同时提高波及系数和 洗油效率的三次采油技术，并已逐步成为提高油田采收率的主力技术之一。 自1 9 5 6 年f r i e d 进行了首次泡沫驱油研究至今泡沫在驱油方面的研究与应用已有 5 0 多年的历史。世界上第一项泡沫驱油专利( u s 2 8 6 6 5 0 7 ) 产生于1 9 5 8 年，申请人 为b o n d 等。1 9 6 1 年，美国以泡沫作为驱替相进行的提高原油采收率的实验标志着泡 沫驱在矿场应用的开始。1 9 6 4 年s i g g i n s 油田进行了首例空气泡沫矿场实验，注水井 吸水剖面得到有效改善。1 9 8 7 年，在实验室内以加拿大k n y b o bs o u t h 油田岩心进行 了泡沫驱实验。结果证明，泡沫使气体流度降低约9 6 。1 9 9 4 年，北海o s e b e f g 油田 为应对高气油比井的指进与锥进问题进行了泡沫驱油实验。结果表明，泡沫驱能有效 降低气体指进、延长产气时间，并指出泡沫驱成功应用的关键在于泡沫的耐油性能、 表面活性剂的吸附性能、以及处理层的各向异性程度。1 9 9 8 年挪威s n o r r e 油田泡沫驱 研究认为气液交替注入的方式优于气液同注。 在国内，我国的玉门油田最早在六十年代就在老君庙油田中部区块进行了泡沫驱 提高采收率矿场实验【删。胜利坨七断块1 9 7 7 年进行了空气泡沫驱实验，在4 个月的 作业时间内，共注入泡沫5 0 吨，增油2 万多吨。1 9 8 5 1 9 8 9 年，克拉玛依油田用三相 泡沫对1 1 5 井次进行注水剖面调整，5 年时间增产原油4 1 5 7 7 t ，产水减少2 6 1 9 0 m 3 。 1 9 9 6 年9 月百色油田在上法油田灰岩油藏进行了泡沫驱油先导性实验，增油2 千多吨， 西区的投入产出比达到了1 ：7 6 2 。大庆油田于1 9 9 7 年2 月进行了泡沫复合驱( a s p + 天然气) 驱油实验，措施后油田含水率下降1 0 ，原油采收率得到较大幅度提高。 现今，石油资源日益紧缺，原油需求节节攀升，导致原油价格居高不下。高油价 给泡沫驱油技术在油田上的应用提供了条件。泡沫驱油技术在大庆油田与胜利油田的 成功实施，使得泡沫驱油研究得到了空前的关注。 王德民等】针对大庆油田稠油油藏的特点，通过在常规起泡剂中加入碱与聚合 物，使起泡体系体系具有超低界面张力，良好发泡性能与泡沫稳定性能。该起泡体系 所形成的泡沫成为复合泡沫。在此基础上王德民发明了能有效降低界面张力，扩大波 及体积的泡沫复合驱油技术，该项技术取得了中国、美国、等五国的发明专利，并获 6 电 k 盔 该技术已在孤岛油田实验成功，成为聚合物驱后一种可供选择的提高采收率方法【1 5 】。 1 3 2 泡沫在稠油开采中的应用现状 泡沫具有比被驱替流体更高的表观粘度，常被用作流度控制剂 4 2 1 。同时由于泡沫 在孔喉处的j a m i n 效应使得泡沫作为液流转向剂得到广泛的应用【4 3 钢。 j i n g 等指出在稠油开采过程，原油中含有泡沫时的产量要高于原油中不含泡沫时 的产量，泡沫油中的泡沫能够改善稠油的流动性能 4 6 1 。这主要是因为泡沫对原油的分 散，润滑作用以及对流动通道的润滑作用。 李振全等人【4 7 】，对孤岛油田中区2 区块的普通稠油进行了实验室内岩心驱替实验 研究。结果表明，聚合物强化泡沫可提高原油采收率2 2 ，在聚合物驱基础上进行的 聚合物强化泡沫驱，其原油采收率可以在聚合物驱的基础上再提高3 2 1 。在该区块 上进行的矿场实验结果表明，聚合物强化泡沫注入之后该区块日产量由7 1 2 t 上升至 1 4 0 9 t 。 刘仁静等人【镐】，以胜利油田普通稠油为研究对象，通过双管模型岩心驱替实验和 数值模拟方法对胜利稠油油藏氮气泡沫驱的适应性进行了研究。结果表明，水驱过后 后，氮气泡沫的注入，使驱替流体发生液流转向，进入流动阻力高的低渗管内，低渗 管驱油效率增加2 5 ( 从2 1 7 到4 7 6 ) 。同时研究表明，原油粘度对泡沫驱油效果 有很大的影响，并且粘度的影响与地层渗透率有关，渗透率越低，原油粘度对驱油效 果的影响程度越大。储层的变异系数对泡沫驱调整注入剖面的能力有影响。由于消泡 后气体的上浮作用，泡沫驱更适于在正韵律油藏中应用。 康万利【刀等以孤岛油田稠油( 原油粘度3 3 4 m p a s ，地层温度6 0 。c ) 为实验对象构 建了一种具有超低界面张力的聚合物强化起泡体系，该体系在均质及非均质的岩心驱 替实验中均可提高稠油采收率2 0 以上，并指出在泡沫提高稠油波及系数的基础上， 低界面张力的形成能够提高稠油的洗油效率。 裴海华等 4 9 1 人在实验室内通过微观仿真模型研究了稠油泡沫驱和三元复合驱的 微观驱油机理。研究指出，相较于三元复合驱，泡沫驱除具有相同的将原油拉丝乳化 7 第一章前言 的机理之外，还通过叠加的j a m i n 效应，显著的提高了驱替剂的波及系数。被驱替的 原油或乳化油滴能够沿着泡沫之间的液膜绕过气泡向前运移，间接提高了洗油效率。 因此，泡沫驱在稠油油藏的开发与提高采收率方面具有潜在的优势。 目前稠油蒸汽驱开采过程中出现了以下问题：蒸汽窜进，致使指进现象严重，导 致波及系数低，后期含水升高、油汽比降低、开发效益变差。在蒸汽吞吐进入高轮次 后，会造成周期产油和油汽比的快速降低、注汽压力下降、纵横向吸汽不均匀、汽窜 严重、生产效果明显变差的现状，这使得泡沫在提高稠油热采采收率方面的应用越来 越多受到学者们的关注。 首个泡沫蒸汽驱实验是1 9 7 6 年l o 月份至1 9 7 7 年3 月份在k e r nr i v e r 的蒸汽驱试 点区块进行的。之后d i l g r e n 5 0 】等人在实验室内利用o t t a w a 填砂模型对蒸汽氮气泡沫 驱所用的起泡体系进行先期筛选，然后进行氮气泡沫驱现场实验。结果表明，注入井 的井底压力明显升高，这说明注入蒸汽泡沫之后，泡沫对高渗层进行了有效的封堵， 同时采油速度明显增加，大大提高了原油采收率。 q c h e n ”】等人研究了以泡沫作为流度控制剂的蒸汽辅助重力泄油技术 ( f a s a g d ) ，通过自行建立的数学模型和c m g 软件对f a s a g d 的可行性进行了分 析。结果表明，泡沫的加入能够有效的减少非均质油藏中s a g d 气体的流度，减少蒸 汽的指进，能够扩大s a g d 的应用范围，进一步提高驱油效果。 刘文章等人针对稠油热采过程中出现的上述现象展开了研究。结果表明，在蒸汽 驱过后加入由耐高温起泡剂生成的热水氮气泡沫，能够有效降低水气流度比、提高驱 替波及体积系数、降低油水界面张力，大幅度的提高原油采收率【5 2 1 。氮气泡沫在油层 内的调剖具有选择性，更适于高渗低残余油饱和度的油藏。 宫俊峰【5 3 】等人针对胜利油田稠油油藏多轮次蒸汽吞吐之后的开发特点，研制了一 种高温复合泡沫体系，该体系伴随蒸汽一起注入，以提高蒸汽的驱替效率。0 4 年8 月 对胜利油田1 4 个井次进行了现场实验，单井注汽压力增长0 5 3 2 m p a ，单井f 1 增油 0 8 - 1 2 3 t ，截至2 0 0 5 年5 月，1 0 口生产井累计增油5 3 1 2 t 。 辽河油田金9 0 区块原油粘度1 1 0 1 2 9 m p a s ，该区块进行了9 年蒸汽吞吐致使地 层压力降低，大量原油仍未被采出。针对该区块热采之后出现的种种问题，林玉秋【2 0 】 等人对该区块进行了氮气泡沫驱技术研究，泡沫注入8 年之后油藏条件得到很大的改 善，地层压力回升，注入剖面得到很大的改善，相对于水驱而言，泡沫驱很大的提高 了原油采收率。 8 泰 甓 k ， 壤 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 辽河油田的孙德浩【硼指出，蒸汽驱井组氮汽泡沫调驱的机理主要是：封堵上部或 采出程度高的层系，憋开低渗透层，注入氮气泡沫段塞增加汽驱能量。1 9 9 8 年8 月在 高升采油厂3 4 0 5 6 汽驱井组进行的注氮气泡沫调剖实验，措施后井口压力由1 3 7 m p a 提高到1 4 2 m p a ，效果良好。2 0 0 1 年8 月在g d 2 2 3 5 3 7 井进行的氮气泡沫调剖实验 结果表明，措施后含水率明显降低，产油量增高，累积增油量5 1 7 5 t 。 毕长会【5 5 】等人对河南油田蒸汽气窜问题，开展了氮气泡沫调剖技术体系的室内实 验研究，并对最佳发泡剂质量分数和最佳气液比等参数进行了优化。2 0 0 7 年针对7 口 井展了氮气泡沫调剖现场实验，实验结果表明措施后注汽压力上升0 6 m p a ，注汽温度 上升3 。c ，增油7 5 0 7 t ，措施前后平均油汽比由o 2 7 提高到o 3 3 ，这说明泡沫在地层 中产生了封堵汽窜通道，调整吸气剖面，提高波及系数的作用。 郝立军【蚓在实验室内构建了一种可用于高温下的起泡体系，并通过一维填砂管模 型进行了蒸汽驱和蒸汽泡沫调驱实验。实验用油为井楼油田高浅3 区l 9 5 8 井地面脱 气原油，原油粘度为6 7 8 5 0 m p a s o 结果表明，蒸汽泡沫复合驱与单纯蒸汽相比，可提 高驱油效率2 5 个百分点以上。 陆先亮【5 7 】等人对氮气泡沫热水驱提高稠油采收率的机理进行了实验以及数值模 拟技术的研究。结果表明，在双管模型驱替实验中，驱油体系注入量为1 5 p v 时，氮 气热水驱与纯热水驱相比，采收率提高2 4 6 。同时提高的采油速度。研究认为，热力 降粘，调剖以及原油体积膨胀等式是氮气热水驱提高采收率的机理主要表现。 除上述研究之外，泡沫流体在我国其他稠油油藏中也取得了很好的应用效果【5 8 - 5 9 1 。 综上所述，泡沫在我国稠油油藏中的应用已越来越广泛，泡沫由于其良好的调剖 性能即将成为提高稠油油藏采收率的关键技术。 9 第二章起泡体系构建 第二章起泡体系构建 在油藏条件下，泡沫能否形成并且保持较长的稳定时间是现场实施泡沫驱技术的关 键。如果注入气、液不能形成泡沫，而是以单一相态分别进行驱替，将无法提高水驱采 收率，从而直接影响泡沫驱的驱油效果。因此必须对泡沫体系的起泡性能与泡沫稳定性 进行研究，以确保泡沫驱的成功实施。 针对桩西1 0 6 区块的储层物性条件，采用w a r i n g b l o n d e r 法对表面活性剂的起泡性 能进行评价。通过表面活性剂、碱、