王鹏涛 郭睿 许尧

摘      要：聚合物驱采油技术经过近年来的发展和实践应用，在国内外许多油田提高采收率方面起到了良好的作用，特别是针对开发后期含水率上升具有良好控水效果。但部分低孔、低渗油田在聚合物采油后期，出现了储层非均质性加剧和孔隙厚度封堵的情况，导致地层窜流，影响了降水增油效果。泡沫驱油技术以其泡沫独特性质被得到了足够的重视，采用室内实验评价方法，筛选了6种起泡剂和4种稳泡剂进行分析，评价各类性能，并优选出良好的泡沫体系。利用物理模拟实验，确定了氮气泡沫调驱注入参数，证实了氮气泡沫驱油的优良性能。

关  键  词：氮气泡沫;岩心实验;提高采收率;驱替实验

中图分类号：TE 357       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）02-0358-06

Abstract： After the development and practice of polymer flooding technology in recent years， it has played a good role in improving oil recovery in many oilfields at home and abroad. Especially， it has good water control effect for the increase of water content in the late development. However， in the late stage of polymer oil recovery in some low porosity and low permeability oil fields， the heterogeneity of the reservoir and the blocking of pore thickness occurred， which resulted in the formation of formation flow to affect the effect of increasing oil production. The foam oil displacement technology has been paid enough attention due to its unique foam properties. By using the laboratory evaluation method， 6 kinds of foaming agent and 4 kinds of foam stabilizer were screened out， and all kinds of properties were evaluated， and a good foam system was selected. The injection parameters of nitrogen foam flooding were determined by physical simulation experiments， which confirmed the excellent performance of nitrogen foam flooding.

Key words： Nitrogen foam; Core experiment; Enhanced oil recovery; Displacement experiment

強化氮气泡沫驱作为泡沫驱系列技术之一，通过氮气、泡沫剂以及具有稳泡性能的聚合物等，形成具有驱油作用的泡沫复合体系，注入地层后起到提高采收率的作用[1-4]。该技术既能通过泡沫的封堵效应改善纵向非均质性，提高波及体积，同时又能利用泡沫剂降低油水界面张力的特性达到提高驱油效率的目的[5]。这一技术在国内外多个油田已得到了成功实施，其经济效益巨大。通过室内实验研究氮气泡沫驱机理及相关参数，为提高采收率提供理论指导。

1  氮气泡沫驱机理及方法

1.1  氮气泡沫驱机理

强化氮气泡沫驱由水、氮气、起泡剂生成泡沫，同时加入聚合物作为稳泡剂，其提高采收率的机理主要体现在如下几方面：（1）改善流度比，调整注入剖面，扩大波及体积，具有“调”和“驱”的双重作用;（2）乳化降粘及降低界面张力、提高水驱油效率;（3）提高驱替液粘度降低流度比，提高驱油效率;（4）增加弹性能量，提高洗油效率[6-8]。

1.2  氮气泡沫驱研究方法

根据油田油藏地质特征，进行强化氮气泡沫驱选井选层研究;利用室内实验，筛选出市场上常见的起泡剂和稳泡剂，分析影响其性能的因素及确定出适用于研究区地质特征的聚合物体系。并通过物理实验模拟，确定出氮气泡沫驱工艺方案实施各类参数。最终利用综合性能评价实验，证实了该工艺技术的实际效果。

2  物理模拟研究

2.1  静态实验研究

2.1.1  起泡剂筛选评价实验

实验采用Waring Blender法，以药剂体系的起泡体积、稳泡时间以及两者乘积得到的泡沫性能综合值为评价标准（以下起泡能力评价实验方法及评价标准与此相同）[9]。实验中选择了目前各油田常用的6种综合能力高的起泡剂（分别命名为QP-1、QP-2、 QP-3、QP-4、QP-5和QP-6）进行性能评价[10]。实验对6种起泡剂的筛选结果如表1所示，其中QP-4、QP-5表现相对较好。

2.1.2  起泡剂浓度确定实验

选择各特性参数占优的QP-5，进行不同浓度条件下的界面张力及起泡能力实验，确定起泡剂浓度的范围[11]。

实验结果如图1、图2所示，实验确定了起泡剂浓度应大于0.3%为宜。

2.1.3  稳泡剂筛选评价实验

目前现场使用最多的稳泡剂是聚合物，如聚丙烯酰胺、黄胞胶等[12]。本次实验筛选评价了常用的WP-1、WP-2、WP-3、WP-4这4种系列聚合物。评价指标包括溶解性实验，水不溶物实验，粘浓及粘盐、粘温关系实验，流变性实验，综合性能实验。

2.1.4  稳泡剂浓度确定实验

稳泡剂浓度过低，泡沫破灭时间很短，达不到驱油效果，稳泡剂浓度过高，氮气泡沫驱技术的经济性降低[13]。因此，静态实验应优选出相对适宜的稳泡剂浓度。

2.2  动态实验研究

2.2.1  基础性动态实验

泡沫体系基础性动态实验研究主要包括起泡剂浓度和稳泡剂浓度对岩心的封堵能力实验，不同渗透率条件下泡沫封堵能力实验，泡沫体系的耐冲刷性能及耐油性能实验，通过上述实验，进一步验证氮气泡沫体系的调驱效果。

起泡剂、稳泡剂浓度对封堵性能影响实验，实验结果如图5、图6所示，最终确定PM-1体系中，起泡剂为0.3%的QP-5，稳泡剂为700 mg/L的WP-1。

渗透率对氮气泡沫体系封堵影响实验研究，根据优选的PM-1泡沫体系，在不同渗透率条件下泡沫体系的封堵能力实验，以检验PM-1泡沫体系在矿场条件下的适应性。实验结果见表4，由实验可知，相同条件下，泡沫体系的阻力系数随着渗透率的升高而变大，当渗透率大于一定数值后，泡沫的封堵能力逐渐减弱;残余阻力系数随着渗透率的增大先增大后减小。

泡沫体系耐冲刷性实验能直接反映泡沫体系对地层调驱的有效期的长短。因此，进行各种不同因素对封堵能力影响的实验以后，停泵，改换流程，转为水驱，进行氮气泡沫体系的耐冲刷实验。实验结果如图7，充分说明了氮气泡沫体系在地层中作用时间很长，具有很好的耐冲刷性能。

泡沫体系耐油性实验，泡沫具有“遇水稳定，遇油消泡”的特性。实验填砂管岩心基本参数如表5所示，实验结果如图8所示，从实验中可以看出饱和水岩心在注入泡沫体系时压力不断上升，最终稳定在约为压差1.17 MPa的水平。而残余油岩心在注入泡沫体系过程压力不断上升，且压力具有一定的波动。

2.3  注入参数实验研究

实验室条件下利用氮气泡沫驱物理模拟实验，针对包括气液比、注入速度和注入方式和段塞大小等参数进行封堵实验研究，优选适合于研究区油田油藏条件的氮气泡沫驱的注入参数。

2.3.1  不同气液比实验

对不同渗透率条件下，不同气液比的体系进行评价。图9为渗透率在2 000～4 000×10-3 μm2区间范围体系封堵能力。根据实验结果，同时考虑研究区油田渗透率介于2 000～4 000×10-3 μm2，建议气液比在1∶1～3∶1为宜。

2.3.2  注入速度实验

实验分别取1、2、4 mL/min的注入速度进行实验，以確定最佳的注入速度。实验结果如表6所示，从实验结果可以看出，随着注入速度的增大，阻力系数和残余阻力系数都随之增大。考虑到注入性问题，确定室内实验注入速度为2 mL/min。

2.3.3  注入方式实验

本次实验评价了混合注入和交替注入两种不同注入方式下的最终采收率。实验结果如图10所示。

由实验结果可以看出，先进行水驱，之后转氮气泡沫交替注入，实验测得的采收率从43.6%提高到61.7%，提高了18.1%。而水驱后转氮气泡沫混合驱注入，采收率从43.6%提高到65.2%，提高了21.6%。氮气泡沫混合注入比氮气泡沫交替注入的提高采收率的幅度要大。通过实验结果对比发现，氮气泡沫混合注入驱油效果好于氮气泡沫交替注入。

2.3.4  段塞大小设计实验

实验计算注入量分别为0.1～0.5 PV时的调驱效果，根据研究区油田一般在含水率为80%时进行注入，因此确定含水率为80%为注入界限。实验结果如图11所示，从实验结果看出，随着注入段塞的增大，采收率逐渐增大。注入段塞从0.1 PV增大到0.3 PV的过程中，采收率增加幅度较大，注入段塞从0.3 PV增大到0.5 PV的过程中，采收率增加幅度变缓，根据实验结果，推荐注入段塞大小为0.3 PV。

3  综合性能实验

3.1  氮气泡沫体系调剖性能实验

氮气泡沫驱不仅可以利用起泡剂的洗油能力来提高注入水在高渗透层的驱油效率，还可以利用泡沫剂的封堵性能进行调剖，进而改善低渗透层的启动程度。实验主要是通过对一定渗透率级差的两根填砂管岩心进行驱油实验，验证氮气泡沫调驱对油层的调剖作用[14]。实验结果见表7。

早期水驱过程高渗岩心出现明显的窜流，而低渗岩心几乎无流量贡献，具有较大的流量差。在注入泡沫体系后，高渗岩心流量降幅较大，水沿着高渗通道流动得到了有效的阻碍，高渗岩心和低渗岩心中流量随着注入的持续逐渐均衡。

3.2  渗透率级差对体系调剖性能影响实验

实验结果见表8，由实验结果可知在未注入泡沫体系时，水在高渗岩心和低渗岩心内产生了明显的流量差，低渗岩心内几乎无流量贡献。在注入泡沫体系后，高渗岩心流量降幅较大，水沿着高渗通道流动得到了有效的阻碍，低渗岩心内流量相应有所增加，随着注入的持续，岩心内流量差趋于均衡。

3.3  氮气泡沫驱油性能实验

实验将通过水驱、聚合物驱、泡沫驱和强化泡沫驱四种不同的驱油方式进行比较，评价不同驱替方式下的驱油效果，同时也进一步明确强化泡沫驱的实际性能。实验结果见图12，实验分析表明水驱后转三种驱油方式都能有效的提高采收率。聚合物驱使得采收率从43.6%提高到56.7%，增幅13.1%;单一氮气泡沫驱使得采收率从43.6%提高到58.2%，增幅14.6%;强化氮气泡沫驱使得采收率从43.6%提高到65.1%，增幅21.5%。实验可知，强化泡沫驱为三种提高采收率驱油方式中增幅效果最好。

4  结 论

（1）优选泡沫体系PM-1：（700～1 000）mg/L稳泡剂WP-1+0.3%起泡剂QP-5为研究区油藏地质条件下最佳的泡沫体系，实验表明该体系具有最佳的起泡、封堵、耐油等性能。

（2）根据注入参数实验优化，在气液比1∶1，注入速度为2 mL/min，注入段塞0.3 PV，注入方式混合注入条件下，氮气泡沫体系具有最优的提高采收率性能。同时验证了强化泡沫驱注入方式效果更佳。

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