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督中心）

模擬春光油田稀油小砂體油藏條件，優選耐鹽性能好的起泡劑CH-015、穩定劑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,泡沫穩定性好，在多孔介質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

春光油田經過10年多的高速開發，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，研發一種凍膠分散體有機顆粒穩泡體系，泡沫體系具有較高的穩定性，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生有效封堵，使后續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，優選出起泡體積較大的5種耐鹽型起泡劑進行評價。實驗結果表明（表1）：這5種發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據

1.3 穩定劑的篩選

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，不能滿足現場上的需要。為了提高泡沫的穩定性，延長泡沫的壽命，可加入穩定劑。通過三種穩定劑和上步優選出的三種起泡劑復配篩選，得出穩定劑HJ-1的穩泡效果最好，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定性。見表2。

1.4 凍膠分散體濃度優化

凍膠分散體是采用一定的交聯技術和分散技術，由地面形成的本體凍膠經機械剪切作用后，制得不同粒徑分布的均一分散水相溶液。分別配置不同質量分數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。實驗結果表明（見圖1）：隨著凍膠分散體質量分數增大，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量分數的增加，凍膠分散體顆粒在泡沫表面吸附的越來越多，形成穩定的吸附層，增強泡沫的穩定性。當達到臨界質量分數后，凍膠分散體無法繼續吸附到泡沫表面，因此泡沫穩定性不再改變。綜合考慮成本因素，優選凍膠分散體質量分數為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 不同穩定劑的穩泡能力實驗數據

圖1 不同質量分數凍膠分散體穩泡能力實驗

經激光粒度儀檢測，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篩網的巖心管，從篩網端面上看，無堵塞篩網情況，說明 DPG具有很好的篩網通過性能。

1.5 泡沫微觀形態評價

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?？梢钥闯觯?/p>

（1）三相泡沫體系中起泡劑單獨起泡，泡沫排列較為疏松，穩定性較差；

（2）加入穩定劑后泡沫排列較為緊密，原因是加入穩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，使泡沫穩定性進一步得到加強[6]。

圖2 電子顯微鏡下泡沫不同形態（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，在多孔介質中運移很容易消泡；三相泡沫穩定性強，可以在多孔介質中有較強的穩定性；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據

由實驗結果可以看出，滲透率級差越大，水驅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，造成調驅效果不佳；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，此時的調驅效果較好。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驅效果，滲透率級差越大，對高滲巖心的封堵越強，調驅效果越好。并且隨著滲透率級差的增大，調驅后分流量出現了反轉，調驅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，非均質雙管模型實現液流轉向，產液含水率下降，產油量明顯上升，對高滲地層實現有效封堵，從而實現有效動用低滲層中的原油。注入三相泡沫調驅體系前的采收率為 52.7%，注入調驅體系后的采收率為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果

3 結論

（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，增強泡沫穩定性，在多孔介質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驅效果，相對水驅提高采收率值達到24.2%，提高采收率效果明顯。

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

[2] 曹?。汗庥吞锏獨馀菽滤夹g可行性實驗研究[J]．石油地質與工程，2015，29（2）：140–142

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

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

[5] 李賓飛，李兆敏，劉祖鵬，等．多相泡沫體系調驅試驗[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．泡沫復合驅微觀驅油特性分析[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年畢業于中國石油大學（北京）石油工程專業，現主要從事油氣田開發技術工作。

李金華