泡沫凝胶调驱技术在低渗透油田的适用性试验研究

张健*

（中国石化集团国际石油勘探开发有限公司）

张健. 泡沫凝胶调驱技术在低渗透油田的适用性试验研究. 石油规划设计，2014，25（4）：24～26

我国大部分低渗透油田采用注水开发，为了防止注入水在高渗透层的突进，提高中、低渗透层的水驱效果，需对注水井吸水剖面进行调整。目前，各油田主要采用泡沫作为调剖剂。对于低渗透油田，由于低渗透储层对流动泡沫的剪切作用远大于高渗透储层［1-2］，严重影响了泡沫在低渗透储层的稳定性，制约了泡沫调剖技术在低渗透储层的应用。

泡沫凝胶是近年研发出来的一种现代化堵水剂，具有凝胶与泡沫的两种特性［3］。在交联剂反应之前，泡沫凝胶具有水泡沫的特点，气泡通过狭小孔隙喉道时产生贾敏效应，起到封堵作用；另外，由于泡沫具有在流动中破裂后重新起泡的能力，因此，泡沫可以用来进行深度调剖。在交联剂反应后，泡沫凝胶的连续外相是凝胶，凝胶为气泡提供了较高的机械稳定性，同时，由于凝胶内含有大量均匀分布的气体，也降低了凝胶渗入小孔隙的可能性。在液流驱替了泡沫凝胶内的气体，导致泡沫凝胶完全破裂后，残留在孔隙喉道中的凝胶残余物仍然对流体起到一定的阻碍作用。目前，泡沫凝胶在中、高渗透率油田已得到广泛应用，且应用效果良好，但是，在低渗透油田调剖方面尚未得到应用。为研究泡沫凝胶在低渗透储层的适用性，开展了室内试验，对泡沫凝胶在低渗透储层的封堵性能及各种因素对封堵效果的影响进行了初步研究，以期为进一步矿场试验提供借鉴。

1 试验方法

1.1 试验岩芯选取

在注水井与生产井之间，选取了高渗透层和低渗透层的岩芯共6块，岩芯基本数据见表1。由表1可知，在注入水长期冲刷的作用下，注水后储层的渗透率明显变大，且高渗透储层的变化幅度高于低渗透储层。

表1 岩芯基本数据

1.2 泡沫凝胶的配制

泡沫凝胶由起泡剂、聚合物和交联剂配制而成，其气含率一般只有40%～60%，较泡沫的气含率小。将起泡剂溶于高分子的聚合物溶液中并加入交联剂，然后注入气体。

1.3 岩芯试验方法

采用三轴岩芯试验装置进行模拟试验，可同时并联多个不同类型的岩芯。将调剖剂直接与岩芯接触，通过观察调剖剂的压力和出口端流量的变化，分析泡沫凝胶的封堵性能及改善渗流剖面的能力。

2 泡沫凝胶的封堵性能研究

2.1 不同渗透率级差岩芯试验

为了分析泡沫凝胶是否对低渗透储层具有调剖作用，将1号、2号、5号、6号岩芯并联，以2m L/min恒速挤入调剖剂，记录入口端的压力变化及出口端流速变化。试验结果见表2。

表2 不同渗透率级差岩芯封堵试验结果

从表 2可以看出，1号岩芯出口见液压力为1.05kPa，2号岩芯为0.90kPa，5号、6号岩芯出口见液压力为0.35kPa。随着泡沫凝胶挤入压力逐渐升高，1号、2号岩芯出口瞬时流速逐渐上升，5号、6号岩芯出口瞬时流速逐渐下降。调剖前，1号岩芯吸水指数为4.12，调剖后为18.00；2号岩芯调剖前吸水指数为4.65，调剖后为20.50；5号岩芯调剖前吸水指数为 43.55，调剖后为 32.00；6号岩芯调剖前吸水指数为47.69，调剖后为29.50。通过对比调剖前后岩芯吸水指数的变化情况可知，高吸水层的吸水指数逐渐减低，低吸水层吸水指数逐渐升高，可见，泡沫凝胶起到了改善吸水剖面的效果。

将调剖剂完全挤入岩芯后岩芯两端的压差与单相水以相同流速挤入岩芯后岩芯两端的水相压差的比值定义为阻力因子。5号岩芯在流量 0.59mL/min时，阻力因子为 6.46，6号岩芯在流量 0.64mL/min时，阻力因子为 6.52，可见，泡沫凝胶对高吸水层的5号、6号岩芯起到了很好的封堵作用。

2.2 含油饱和度对泡沫凝胶封堵性能影响分析

为了研究含油饱和度对泡沫凝胶稳定性的影响，对5号岩芯以恒速0.50m L/min开展了相关试验，研究了不同剩余油饱和度条件下泡沫凝胶的封堵性能，结果见表3。

表3 含油饱和度对泡沫凝胶流动阻力的影响

从表3可以看出，岩芯中剩余油饱和度越高，阻力因子越小。当剩余油饱和度为23%时，阻力因子为1.5，不具有封堵能力，泡沫凝胶起到有效封堵作用的剩余油饱和度上限值为21%。在地层流体体系中，微量的油相会极大降低泡沫的稳定性，这是由于原油一旦与泡沫接触便自发乳化，形成很小的油珠后进入并充满气泡液膜，并逐渐铺展到整个气液界面上，而铺展油珠后的气泡液膜在流动中是极不稳定的。该特性使泡沫凝胶在含油富集区不会产生较高的流动阻力，而在含油饱和度较低的区域却能产生极大的流动阻力，说明储层的剩余油饱和度越低，泡沫凝胶的封堵性能越好。

2.3 渗透率变化对泡沫凝胶封堵性能影响分析

为了研究渗透率对泡沫凝胶封堵能力的影响，对2号、3号、4号、5号、6号岩芯进行了泡沫凝胶封堵试验，得出了不同渗透率条件下泡沫凝胶流动时阻力因子的变化情况，结果见图 1。从图 1可以看出，随着岩芯渗透率的升高，阻力因子越大，说明泡沫凝胶的封堵效果越明显，反映出泡沫凝胶对高渗透层和低渗透层具有选择性封堵能力，可以起到较好的调剖作用。由图1可知，泡沫凝胶起到有效封堵作用的渗透率下限值约为150×10-3µm2。

图1 不同渗透率条件下的阻力因子变化曲线

3 结论及建议

一是，相对于普通泡沫，泡沫凝胶在多孔介质流动时可以承受更高的剪切力，具备更好的稳定性，可以作为调剖剂在低渗透油田进行深度调剖。

二是，储层的剩余油饱和度越低，泡沫凝胶的封堵性能越好。泡沫凝胶起到有效封堵作用的含油饱和度上限值为21%。

三是，储层的渗透率越高，泡沫凝胶的封堵性能越好。泡沫凝胶起到有效封堵作用的渗透率下限值约为 150×10-3µm2。

四是，对于长期注水开发的低渗透油田，当含水率急剧上升时，可考虑应用泡沫凝胶进行调剖。

[1]Siddiqui S,Talabani S,Saleh T,et al.Foam Flow in Low-Permeability Berea Sand Stone Cores:A Laboratory Investigation[J].Journal of Petroleum Science and Engineering,2002,36(3-4): 133-1481.

[2]Siddiqui S,Talabani S,Yang J.An Experimental Investigation of the Diversion Characteristics of Foam in Berea Sandstone Cores of Contrasting Permeabilities[J].Journal of Petroleum Science and Engineer,2003,37(1-2): 51-67.

[3]买尔当·吐尔逊,帕提古丽·麦麦提,阙庭丽,等.油田堵水调剖技术研究进展与发展趋势探析[J].中国石油和化工标准与质量,2013(14): 21.