二元泡沫体系在含油多孔介质中的渗流特征研究

曾嘉

二元泡沫体系在含油多孔介质中的渗流特征研究

曾嘉

(中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712)

[摘要]为研究泡沫流体在地下含有条件下的渗流特性，通过泡沫流动试验和驱油试验，考察不同注入泡沫体系的提高油层体积波及系数及降低油层渗透率的作用和驱油效率。试验结果表明，随发泡剂及聚合物的浓度增加，泡沫在岩心中的阻力系数和残余阻力系数先增加，而后趋于平缓；泡沫在岩心中的流度均随发泡剂及聚合物的浓度增加而降低；发泡剂浓度大于0.3%、聚合物浓度大于400mg/L时泡沫的驱油效率达到最大。

[关键词]泡沫流动性；阻力系数；残余阻力系数；流度

Bond等[1]于1958年首次提出用泡沫作为流度控制剂的思想，泡沫具有驱油作用的主要原因在于泡沫在多孔介质内的渗流特性[2~5]。通过测定不同注入泡沫体系的阻力系数和残余阻力系数，可以比较出不同注入体系在模型中流度的大小，从而通过选择合适的注入流体，降低注入流体与原油的流度比，减少注入液突进，提高波及体积。因此,研究和评价注入体系在岩心上的阻力系数和残余阻力系数，是评价和确定体系是否具有理想驱油效果的重要参数和技术指标。下面，笔者对二元泡沫体系在含油多孔介质中的渗流特征进行了研究。

1试验部分

1.1试验材料

发泡剂为烯烃磺酸钠，聚合物分子量均为1660×104。三层非均质人造岩心，其气测渗透率在1000mD左右。

1.2试验装置

试验装置为江苏华安石油仪器公司生产的泡沫驱油装置。

1.3试验方法

泡沫流动性能试验步骤如下：①恒温箱恒温45℃，岩心抽空4h，饱和模拟盐水，放置12h；②用模拟盐水测量岩心水测渗透率，然后以0.6ml/min的速度注入泡沫体系，气体为氮气，注入到压力平稳，改注模拟盐水至压力平稳；③对于含油岩心，在注泡沫前需饱和原油，计算含油饱和度，老化12h以上，然后在注泡沫和后续水；④改变条件，进行泡沫流动试验，计算不同条件下泡沫体系的阻力系数和残余阻力系数。

岩心驱替试验步骤如下：①恒温箱恒温45℃，岩心抽空2h，饱和模拟盐水，放置12h；②用模拟盐水测量岩心水测渗透率，饱和模拟油，计算含油饱和度，老化12h以上；③再以0.6ml/min的速度水驱到含水98%；④改变条件，进行泡沫复合驱油试验。

2结果与讨论

2.1发泡剂浓度对泡沫流动性能的影响

1)不同浓度泡沫在含油岩心中的流动性能泡沫在油藏中运移必然受到油的影响，而油是一种对泡沫的稳定性影响极大的物质。泡沫在含油岩心的稳定性是泡沫驱成败的关键因素，因此研究泡沫体系在含油状态下的流动性能非常必要[6,7]。含油岩心中发泡剂浓度与阻力系数关系图如图1所示。由图1可知，泡沫的阻力系数和残余阻力系数随发泡剂浓度增加而增加，泡沫的阻力系数和残余阻力系数在发泡剂浓度大于0.3%后增加缓慢。由于岩心中孔隙的吸附和捕集作用以及岩心中的饱和水对发泡剂的稀释作用，使得发泡剂在浓度较低时，泡沫的阻力系数和残余阻力系数较低。随着发泡剂浓度的增加，泡沫体系中有足够的发泡剂用来弥补由于以上2种作用产生的损失。在发泡剂浓度超过0.3%后，吸附、捕集作用基本达到饱和，且稀释作用对岩心中的泡沫性能影响降低到最小，此时泡沫的流度控制能力达到最佳，发泡剂浓度再增加对泡沫的流度控制能力影响较小[8]。

含油岩心中发泡剂浓度与泡沫流度的关系如图2所示。由图2可知，泡沫在含油岩心中的流度随发泡剂浓度增加而降低，当发泡剂浓度大于0.3%时，泡沫流度降低趋于变得平缓,这与泡沫阻力系数和残余阻力系数的变化趋势相一致,表明泡沫体系在发泡剂浓度为0.3%泡沫具有较低的流度，从而有利于提高岩心中原油的采出程度。

图1　含油岩心中发泡剂浓度与阻力系数关系图　　　　　　　　　图2　含油岩心中发泡剂浓度与泡沫流度关系图

2)发泡剂浓度对采收率的影响发泡剂浓度与采收率的关系如图3所示。由图3可知，在发泡剂浓度低于0.3%时，泡沫驱采收率随浓度增加快速增加，后续水的采收率逐渐降低；当浓度大于0.3%后，泡沫采收率和后续水采收率均保持稳定。此外，当发泡剂浓度大于0.3%时，泡沫驱油见效快，在泡沫注入完成时采收率已达27%左右，而后续水采收率则降到低于10%。这是由于泡沫在岩心中有效封堵住高渗透层，扩大了波及体积，进入中、低渗透层进而驱动中、低渗透层的剩余油。上述试验结果表明，发泡剂浓度大于0.3%时驱油效果可以达到最佳。

图3　发泡剂浓度与采收率关系图　　　　　　　　　　图4　发泡剂中聚合物浓度与阻力系数关系图

2.2发泡剂中聚合物浓度对泡沫流动性能的影响

1)添加不同浓度聚合物的泡沫在含油岩心中的流动性能针对含油岩心，在发泡剂中添加不同浓度聚合物对泡沫的阻力系数和残余阻力系数的影响如图4所示。由图4可知，随着发泡剂中聚合物浓度的增加，泡沫的阻力系数和残余阻力系数逐渐增加，当聚合物大于400mg/L后残余阻力系数保持平稳。发泡剂中不加聚合物的泡沫阻力系数和残余阻力系数较低，两者相差不大(均为3左右)，当发泡剂中加入聚合物后，泡沫的封堵能力明显增加，其阻力系数为26，增加10倍左右，残余阻力系数为11，增加5倍左右。这是由于聚合物的加入可以提高泡沫体系黏度，增强泡沫的稳定性，同时可以减少泡沫剂在油藏中的吸附损耗。

含油岩心发泡剂中添加不同浓度聚合物对泡沫流度的影响如图5所示。由图5可知，在含油岩心中，随着发泡剂中聚合物浓度的增加，泡沫的流度逐渐降低，由37μm2/(Pa·s)降到14μm2/(Pa·s)左右。

2)添加不同浓度聚合物的发泡剂对采收率的影响发泡剂中添加不同聚合物浓度对采收率的影响如图6所示。由图6可知，在聚合物浓度较低时，泡沫驱采收率随浓度增加快速增加，后续水的采收率逐渐降低，当浓度大于400mg/L后，泡沫采收率和后续水采收率均保持稳定。发泡剂中加入聚合物后泡沫驱总采收率提高大于10%，聚合物加入后，泡沫驱阶段采收率增加，这表明聚合物加入后泡沫驱见效快。因此，聚合物浓度大于400mg/L泡沫的驱油效果最佳。

图5　含油岩心发泡剂中聚合物浓度与泡沫流度关系图　　　　　　　图6　发泡剂中聚合物浓度与采收率关系图

3结论

1)随发泡剂及聚合物的浓度增加，泡沫在岩心中的阻力系数和残余阻力系数先增加，而后趋于平缓。泡沫在岩心中的流度均随发泡剂及聚合物的浓度增加而降低。

2)发泡剂浓度为0.3%、聚合物浓度为400mg/L时泡沫的驱油效率达到最大。

[参考文献]

[1]Bond D C,Holbrook I C.Gas drive oil recovery process[P].US：Patent2866507,1958.

[2]伍晓林,陈广宇,张国印.泡沫复合体系配方的研究[J].大庆石油地质与开发,2000,19(3):27~29.

[3]程杰成.“十五”期间大庆油田三次采油技术的进步与下步攻关方向[J].大庆石油地质与开发，2006，25(1):18~22.

[4]赵淑霞,彭彦素,于红军,等.氮气泡沫驱提高高渗透特高含水油藏采收率技术[J].油气地质与采收率,2010, 17(2):74～76.

[5]盛强,郭平,陈静,等.多孔介质中泡沫的直观特征研究[J].特种油气藏,2012,19(4):122~125.

[6]刘合,叶鹏,刘岩,等.注氮气泡沫控制水窜技术在油田高含水期的应用[J].石油学报,2010, 31(1):91~95.

[7]王冬梅, 韩大匡,许关利,等.部分水解聚丙烯酰胺对α-烯烃磺酸钠泡沫性能的影响[J].石油勘探与开发, 2008, 35(3):335～338.

[8]袁新强,王克亮,陈金凤,等.复合热泡沫体系驱油效果研究[J].石油学报,2010,31(1):87~90.

[编辑]李启栋

[引著格式]曾嘉.二元泡沫体系在含油多孔介质中的渗流特征研究[J].长江大学学报(自科版)，2015,12(13)：24~26.

20 Study on Synthesis and Rheology of TACK-2 Viscosifier for Oil-based Drilling Fluid

Kuang Xubing(EngineeringResearchInstitute，CNPCGreatwallDrillingCompany,Panjin124010)

Abstract:A viscosifier for oil-based drilling fluid is synthesized by condensation method and using fatty acid and polyols as main starting materials.The rheological properties of the samples of viscosifier in different fluid systems such as 5#white oil,5#white oil+organoclay system and oil-based drilling fluid for all-formulation are tested.Furthermore, the influence of its dosages, density of drilling fluid on the rheological property of the oil-based drilling fluid is discussed.The results show that the viscosifier is easy for preparation and it is low cost, it has preferable thickening properties in 5# white oil+organoclay and full oil-based drilling fluid systems.And in white oil all-formulation drilling fluid system, 1.5% TACK-2 is added into it and after it is hot rolled at 150℃ for 16h， the Φ3value could be improved from 2 to 6.

Key words:viscosifier; oil-based drilling fluid; rheological properties

[作者简介]卢伟(1980-)，男，工程师，现主要从事环境保护监测技术、环境工程技术与管理方面的研究工作；E-mail:shangjingyuan163@163.com。

[基金项目]湖北省自然科学基金重点项目(2013CFA107)。

[收稿日期]2014-01-16

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2015)13-0024-03

[中图分类号]TE39