强化泡沫驱体系起泡剂优选与评价实验

杨丽娜 王欣然 瞿朝朝 郑彬 李展峰 张立波

(1. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司， 天津 300452；2. 中海石油(中国)有限公司天津分公司， 天津 300459)

海上油田普遍采用的是大井距多段合采的开发策略，可在一定程度上提高经济效益。但对于注水开发油田，由此开发策略造成的层内和层间矛盾也十分突出。如，平面上驱替不均衡，使注入水易沿单一方向形成窜流，而层间储层非均质性，使低渗层水驱波及程度较差[1-4]。采用海上油田聚合物驱方式，可以改善以上问题，提升开发效果[5-9]。经过前期的矿场实践和研究，发现聚合物驱可以较好地改善平面注采矛盾，但纵向改善层间驱替均衡问题的效果一般[10-12]。具体表现在，注入井吸水剖面改善能力有限。因此，在实施聚合物驱的过程中，仍需要定期开展层间调剖措施，从而提高聚合物溶液纵向波及均衡程度。

泡沫体系因其具有视黏度高、封堵调剖能力强，且对储层伤害小的特点，广泛地应用于油田注水井调剖。此外，泡沫体系还能提高洗油效率。发泡剂本身是一种活性很强的表面活性剂，能大幅度降低毛管数，从而降低油水界面张力，使残余油饱和度降低，起到提高储层微观驱油效率的作用。然而，单一泡沫体系在油藏中遇油容易破灭，在储层中调剖有效期缩短，且作用半径有限，从而降低了泡沫调剖的有效性。向泡沫体系中加入聚合物溶液后，可形成强化泡沫体系。聚合物溶液的加入，使起泡剂在泡沫中的传输变得缓慢，减缓了在岩石表面上的吸附速度，稳定性大大增强[13-15]，从而可延长调剖措施的有效期。本次研究以渤海Z油田为例，根据油田储层物性和流体的特点，优选起泡剂，确定适用的强化泡沫体系。

1 油田概况

渤海Z油田位于渤海辽东湾北部海域，主力含油层系为东营组东二下段，为典型的三角洲前缘沉积油田。储层物性表现为中高孔渗储层，平均渗透率为650×10-3～2 650×10-3μm2，平均孔隙度为25.5%～31.2%，储层非均质性较强，渗透率级差为3.8～4.2。地下原油黏度平均为10.6～26.3 mPa·s，属于中黏原油。油田初期采用天然能量开发，由于储层压力下降较快，于2004年改为注水开发。但是，较强的储层非均质性导致注水后油田含水上升较快。采用了聚合物驱代替注水开发后，初期取得了明显的降水增油效果。目前，油田开发已处于聚合物驱的含水率回返阶段，增油效果逐渐变差。常规调剖措施已不能满足油田开发生产的需求，亟待探索更为有效的调剖方式以改善油田开发效果，增强聚合物驱后期开发效果。

2 实验步骤

采用罗氏起泡仪对多种工业发泡剂样品进行筛选，最终优选出具有良好发泡性和泡沫稳定性的样品作为起泡剂。罗氏起泡法又叫倾注法，可以用来测量起泡剂溶液生成泡沫的高度和半衰期(泡沫高度减少一半所用的时间)。罗氏起泡仪主要由起泡管和滴液管两大部分组成，如图1所示。

图1 罗氏起泡仪示意图

实验具体操作步骤如下：

(1) 打开恒温水浴，调节好温度，循环一段时间后，使实验装置保持所需的实验温度。

(2) 从起泡管底部注入已加热的起泡剂溶液50 mL，稳定一段时间。

(3) 将200 mL起泡剂溶液注入滴液管，滴液管固定在起泡管的上部管口，使滴液管的下端刚好与起泡管的上部刻度线持平，并使其中的起泡剂下落时能落在起泡管的中心。

(4) 打开滴液管的开关，使起泡剂溶液流下并冲击起泡管底部的溶液，从而产生泡沫。

(5) 待滴液管中溶液流完且稳定后，读取泡沫的高度，并开启秒表记录时间，直至泡沫高度小于初始高度的50%为止，此段时间即为泡沫的半衰期。

(6) 重复实验3次，取平均值，每一次实验前均应将起泡管和滴液管清洗干净。

3 实验结果及分析

3.1 起泡剂种类筛选

聚合驱强化泡沫体系由聚合物溶液和起泡剂溶液复配而成。起泡剂选取矿场应用最为广泛的6种类型，桓-16、AG-166、SP-4073、HYFQ-B、甜菜碱、甜菜碱(0.30%)+十二醇(0.04%)复配体系；聚合物溶液则选用渤海Z油田实际注入质量浓度为1 200 mgL的聚合物溶液。分别取这6种起泡剂，以质量分数0.3%与此聚合物溶液复配形成6种起泡剂溶液。应用罗氏泡沫仪测试实验温度下不同起泡剂溶液的初始起泡高度和半衰期，观察并测试起泡性能(见表1)，据此优选出初始起泡高度大、半衰期长的起泡剂。根据表1数据比较6类起泡剂溶液的初始起泡高度和半衰期。

(1) 初始起泡高度。SP-4073的初始起泡高度最低；HYFQ-B的初始起泡高度最高，起泡性能最好；甜菜碱(0.3%)+十二醇(0.04%)复配体系的初始起泡高度仅次于HYFQ-B；其他起泡剂的初始起泡高度也能保持7.5 cm以上。

(2) 半衰期。HYFQ-B的半衰期仅为0.3 min；甜菜碱(0.3%) + 十二醇(0.04%)复配体系的半衰期最长能够达到64.0 min，泡沫稳定性能最好。所以，在渤海Z油田储层条件下，选择以甜菜碱加十二醇复配体系作为起泡剂。

表1 6类起泡剂溶液的初始起泡高度及半衰期

3.2 起泡剂质量浓度优选

根据起泡性能和泡沫稳定性能测试实验，认为甜菜碱加十二醇复配体系整体起泡性能较好。在此，将甜菜碱加十二醇复配体系，与质量浓度为1 200 mgL 的聚合物溶液进行配制，形成不同配比的起泡剂溶液。使十二醇质量分数保持0.04%，甜菜碱质量分数在0.10%～0.50%范围内调整。在65 ℃温度条件下测试起泡性能，测定其初始起泡高度和半衰期，优选最佳配比。

不同配比甜菜碱加十二醇复配体系的起泡剂高度和半衰期均有所区别(见图2)。由图2可看出，甜菜碱加十二醇复配体系的初始起泡高度最高可达11.5 cm，半衰期最长可达64.0 min。当甜菜碱质量分数小于0.30%时，随着复配体系甜菜碱的质量分数加大，初始起泡高度迅速升高，半衰期也迅速延长；当甜菜碱质量分数大于0.30%时，初始起泡高度和半衰期基本不再变化，甚至出现小幅回缩的现象。这主要是因为，在甜菜碱质量分数较小时其浓度较低，而随着浓度增加泡沫液膜上的表面活性剂分子数量也逐渐增多，从而在很大程度上降低了界面张力，提高了泡沫的整体性能；而甜菜碱质量分数达到0.30%，即达到较高浓度范围，此时表面活性剂分子在液膜上的分布达到了临界胶束浓度，因而起泡剂的起泡性能和泡沫稳定性能变化非常小。当甜菜碱质量分数为0.30%、十二醇质量分数为0.04% 时起泡剂性能最优，因此，优选此配比起泡剂与聚合物溶液形成复合泡沫体系。

图2 不同配比甜菜碱加十二醇复配体系的起泡剂高度和半衰期

4 矿场应用效果

为验证此优选强化泡沫体系的应用效果，在渤海Z油田的典型聚合物驱井组 —— Z11井进行了矿场应用试验。Z11井为注聚区域内反九点井网中的一口注聚井，周边有9口采油井与其对应。该井组主要包括东营组东二下段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ油组，各油组间渗透率级差为3.9。在实施聚合物驱方案期间，该井组表现出典型的降水增油受效特征。

由图3所示Z11井组聚合物强化泡沫驱效果可以看出，该井组已处于注聚末期含水回返期。2017年，将聚合物强化泡沫复合体系应用到井组矿场试验中，所用起泡剂溶液为甜菜碱(0.30%)+十二醇(0.04%)复配体系。实施聚合物强化泡沫驱试验后，井组的含水率再次出现下降趋势，日产油量由转驱前的90 m3提高至转驱后的115 m3，日增油幅度达到了27.8%。这说明应用所优选的强化泡沫体系，能够有效改善井组的开发效果。

图3 Z11井组聚合物强化泡沫驱效果

5 结 语

通过初始起泡高度和半衰期评价，优选出甜菜碱加十二醇作为起泡剂，加入聚合物溶液形成复配体系，该体系适用于渤海Z油田储层条件下聚合物强化泡沫驱。起泡剂浓度敏感性分析显示，超过临界浓度后起泡剂性能增强，因而最终确认起泡剂最佳配比为甜菜碱质量分数为0.30%，十二醇质量分数为0.04%。矿场应用试验表明，将优选的起泡剂与聚合物溶液复配成强化泡沫体系，能够有效缓解井组聚合物驱后期的层间矛盾，改善试验井组的开发效果。建议在渤海Z油田推广应用此复配体系。