气体泡沫驱油研究进展

刘荣全 杨双春 潘一 等

摘 要： 气体泡沫驱油是在水驱油、化学驱油后再次进行驱油的主要手段。主要介绍了近年来研究较多的气体泡沫驱油的研究进展，包括氮气泡沫驱油、空气泡沫驱油、二氧化碳泡沫驱油、甲烷泡沫驱油四种驱油方式，对上述四种方法进行了评价和比较，并对今后的研究方向提出建议。

关 键 词：泡沫驱油；氮气；空气；二氧化碳；甲烷

中图分类号：TE 357.9 文献标识码： A 文章编号：1671-0460（2016）03-0627-03

Abstract： The gas foam flooding is the main method after water flooding and chemical flooding. In this paper， development of the gas foam flooding technology in recent years was introduced， including evaluation and comparison of nitrogen foam flooding， air foam flooding， carbon dioxide foam flooding and methane foam flooding. The future research direction was proposed.

Key words： Foam displacement of reservoir oil； Nitrogen； Oxygen； Carbon dioxide； Natural gas

《21世纪中国石油发展战略：中国石油论坛报告文集（第一辑）》中指出：我国石油供需缺口逐年增大， 对外国油气资源的依赖程度不断增加，如何以较小的经济代价实现石油长期的稳定供应以成为保障国民经济健康发展的主要问题[1]。第八届科博会中国能源战略高层论坛中明确指出：建立稳定的石油储备和供应体系，依靠科技创新提高石油利用效率，以满足国民经济持续发展对石油的需求[2]。气体泡沫驱油是利用空气加起泡剂经气液接触后产生泡沫的原理，借助泡沫可有效封堵大孔道，防止气窜现象的发生，显著提升波及效率从而促使原油产出[3]。它是一种在水驱油以及聚合物驱油后提升采收率的重要方式，在很多油田广泛使用。本文介绍了氮气泡沫驱油、空气泡沫驱油、二氧化碳泡沫驱油、甲烷泡沫驱油近年来的发展状况，并对今后的发展方向提出建议。

1 泡沫驱油

气体驱油法是在注水过程中按一定比例添加气体和泡沫剂，利用水、气体、泡沫剂之间产生的相互作用，促使采油率提高的方法。

1.1 氮气泡沫驱油

由于氮气密度比常见的油藏注入气体密度小，因此开发中有很大的优势。郑继龙[4]等将氮气作为介质，以矿化度为9 907.98 mPa/L的模拟油田地层水，矿化度为6 656 mPa/L的注入水、浓度为99.9%的氮气和阴离子表面活性剂为实验材料，通过模拟实际地层环境进行了静态吸附实验、热稳定性实验、驱油性能实验。结果表明，氮气泡沫驱油具有半衰期长、配伍性能良好等优势，体系稳定性、吸附性能均适用于Z36-1油田，且地层吸附对泡沫体系吸附性能影响较小，耐油性能佳，采收率提高了21.1%。中油辽河油田公司[5]对注采比高、单井取液速度低的锦16油田进行水驱转氮气泡沫驱油试验，对两口注水井进行配注，单井产液45 t，注采比1.05，气液比1∶1，锦2-丙7-238注水125 m3，氮气体积13 750 m3，药剂量为2.5 t，锦2-8-08注水110 m3，氮气体积12 210 m3，药剂量2.3 t。日产油由转驱前的27.1 t/d提升到转驱后的45 t/d，采收率由转驱前的45%提升到转驱后的52%。陈平[6]等为解决海油开发难度大的问题，在高温高压可视砂管中以QHD32-6的地层水（矿化度4 500 mg/L）、注入水（矿化度2 497 mg/L）、阴离子起泡剂等材料做静态实验及动态实验。静态实验中随压力增大，N2泡沫与原油形成的混合区域颜色变浅，即N2泡沫在驱替完上层的原油且封堵上部渗流通道后，可有效的驱替下部的原油；动态实验中随压力升高后更多的N2溶于原油，使原油黏度大幅下降，原油采收率有明显提高。

BZ25-1[7]油田埋藏深、温度高、压力大，宋志学等人为克服采油问题，以BZ25-1油田地层水（矿化度为8 907 mg/L），注入水（矿化度为6 556 mg/L），BZ25-5油田原油（黏度为6 mPa·s）及阴离子型起泡剂为材料进行实验。配伍实验得出该氮气泡沫驱油体系有良好的配伍性。在静态吸附实验中起泡体积和稳泡时间仅有略微减少，即底层吸附对该氮气泡沫驱油体系影响很小。在该氮气泡沫驱油效果实验中，水驱后转泡沫驱采收率由43.6%提升到58.1%。

赵金省[8]等采用并联岩心模拟不同渗透率级差和驱替历史的非均质储层泡沫流动实验，分析渗透率级差与余油分布对泡沫流动影响，进行氮气驱油特性及效果实验，实验用油在45 ℃时密度为0.865 cm3，黏度为10 mPa·s，3种不同矿化度的合成盐水（浓度分别为6 778，3 700，918 mg/L），发泡剂主要成分为部分水解聚丙烯酰胺。实验中在渗透率级差从5.3增加至20时，氮气泡沫驱采收率提高5.2%～12.9%。吕广忠[9]等进行氮气泡沫热水驱油室内研究，进行了高温一维模型驱油效率实验以及双管模型提高采收率实验。通过对结果分析，得出了随着含油饱和度的下降，泡沫逐渐增多，提升采油率效果逐渐明显，且在改善波及效率及提升出油率的同时，还能增加出油速度。Kuiqian Ma[10]针对渗透率高、非均质性严重的SZ油田进行研究，由于注水过程中油水粘度比大，含水率高，进行氮气泡沫驱油可行性实验。注入气液比为1∶1～3∶1，浓度为3 000～5 000 mg/L的发泡剂，稳泡剂浓度为700～1 000 mg/L，以混合注入的方法注入，2011年生产结果显示，含水率下降到3.2%～14.5%，石油产量增加30 283 m3，产量飞升0.5%，表明氮气泡沫驱油在海上稠油油藏应用前景良好。

1.2 空气泡沫驱油

空气中的氧气与原油会发生低温氧化反应，消耗掉氧气形成氮气驱，同时产生大量热量和CO2。空气泡沫驱油已引起了国内外学者的关注。杜朝锋等[11]针对长庆油田低渗度的地层状况进行室内模拟实验，用模拟油、模拟地层水和空气为原料，浓度为0.5%的阴离子发泡剂，结果表明，低渗岩心驱油效率由18.93%提升到41.79%，高渗岩心由38.59%提升到57.34%，与单独水驱相比驱油率提升21.0%至27.85%。中国石油长庆油田公司[12]进行试验，利用空气泡沫驱油提升ZJ-53油区的采油率，该油区渗透性低且孔隙多，地层水（矿化度28.60 g/L）为CaCl2型。先导实验注入发泡剂28 863 m3，空气28 903 m3，压力保持水平由96.8%提升到115.7%，吸水量由8.9 m3提升到16.3 m3，水层厚度由7.6 m提升到14.7 m，日产油由见效前的47.3 t提升到62.1 t。陈振亚[13]等针对明15块油田进行室内空气泡沫驱低温氧化反应动力学模型及影响因素分析，进行低温氧化特征反应时，温度升高，氧化速率增大，100 ℃到110 ℃尤其明显。在地层原油黏度为2.2 mPa·s时采收率提升35.2%，粘度为21.5 mPa·s时采收率提升24.5%，原油黏度为50.8%时，采收率提升14.8%。其中正韵油提升效果最明显，均值油提升效果最差。实验表明，水驱后进行空气泡沫驱可提升采收率10%～25%。许金良[14]等针对具有三低特性的甘谷驿油田采油开发难的问题进行空气泡沫驱油室内评价。岩心驱油对比实验中，岩心水驱油后进行空气泡沫驱油，原油采收率提高21.17%～31.10%。直接空气泡沫驱油实验中，原油采收率高达87.50%～88.04%。室内实验完成后进行了现场驱油试验，以唐-80井区（共计8口井）为实验井进行实验。丛54-8井含水量由50%降到10%，采收率提升幅度为115%。丛54-6井含水量由65%下降到1.65%，原油采收率也有提升。唐80试验井区实验结果中含水量下降最大幅度为52%，单井采油最大增幅为1.15倍。张永刚[15]等人为解决超低渗裂缝性油藏的红河油田严重水淹问题，进行了空气泡沫驱油实验，以CaC12水型地层水（Ca的质量浓度为5 486 mg/L）、矿化度为75 406 mg/L的原油为实验材料，进行原油低温静态氧化实验、泡沫封堵性能实验以及泡沫辅助空气驱提高采收性能研究。结果表明空气泡沫具有较佳的封堵能力，且采收率较水驱提升17%以上。陈弓启[16]等针对具有超低渗特性的油藏进行空气泡沫驱油实验，以五里湾长6部分井为试验井组，平均油层厚度为15.7 m，孔隙度为11.62%，渗透率3.12×10-3μm2，含油饱和度53.6%，地层水水型为CaCl2型，矿化度为78.43 g/L，注入气液比由1∶1逐步增加至2∶1。结果表明，空气泡沫能有效提升剩余油的开采效果，可使采收率增加至4.2%。

1.3 二氧化碳泡沫驱油

二氧化碳非混相驱油极易发生气窜，刘向斌[17]为有效控制气窜的发生，进行二氧化碳泡沫驱油研究。以宋芳屯油田芳48断块进行二氧化碳泡沫驱油实验，累积注入二氧化碳268.8 t，二氧化碳注入压力由初始的10.0 MPa提升至14.5 MPa。措施实施后，泡沫波及面积增大，达到了封堵气窜通道的目的，18个月累积增产油467 t。Mo Di[18]等对二氧化碳泡沫驱油进行研究，在室内试验中，利用纳米二氧化碳对剩余油进行驱替。对实验结果进行分析，纳米二氧化碳泡沫具有良好的提升采收率效果，可使采收率提升35.8%～48.7%，巫光胜[19]等针对水驱仅能采出地质储存量的40%的现况，进行自生CO2泡沫驱油探索，以总矿化度为5 400 mg/L的地层水，体系注入量为0.5 PV的黄原胶（1 500×10-6），0.5 PV的自生泡沫复合体系（0.15%黄原胶、+0.15ASBG+3%的生气剂）等材料进行实验。在界面张力降低为10-2mN/m数量级的条件下，浓度为3%与5%的自生CO2泡沫驱油采收率较单独采用黄原胶体系采油率提高6.2%与8%，浓度越大，提升采收率越多。

1.4 甲烷泡沫驱油

潘广明[20]等模拟冀东油田油藏油水条件，分别用CEA/FSA1与CEA/DHF-1为泡沫剂，CH4为发泡气体，分别进行了单管封堵实验，双管驱油实验。结果表明泡沫封堵性能良好，泡沫阻力因子为127，强化后泡沫的阻力因子为438，远大于单一泡沫，高低渗水管水驱采出程度分别为54.6%、4.1%，CH4泡沫驱后高低渗模型采出程度分别为73.4%、31.1%，分别提高18.8%，27.0%。Wu Wenxiang[21]利用ASPF体系进行天然气泡沫驱油实验研究，进行室内实验与现场实验。结果表明，采油率随着界面张力（IFT）降低而提高，ASPF体系天然气泡沫驱油不仅扩大了波及效率，而且也是采油率大幅提升30%。气体泡沫驱油体积波及效率通常较差，为提升体积波及效率，Rasak Mayowa Sunmonu[22]进行了天然气泡沫驱油研究，以提升尼日利亚石油产量，以静态模型为主体，以砂油油藏特有的填充物进行填充进行实验，其中气体注射采收率提升了35%，泡沫注射采收率提升了54%。

2 结束语

气体泡沫驱油是二次采油以及三次采油的重要方式，本文对近年来气体驱油的发展概况进行了综述，氮气泡沫驱气源广，价格低，腐蚀轻等特点，大庆油田、胜利油田、新疆等诸多油田广泛应用；空气泡沫驱成本低，安全性能好，增油效果显著，百色油田、中原油田等已有应用；CO2泡沫驱是公认国内发展最快提高采收率的技术，但是因国内CO2气体稀缺等问题，目前各个油田应用较少；天然气泡沫驱可以提高波及系数及洗油效率的目的，但由于天然气价格较昂贵，利用的油田较少[23]。笔者认为，目前我国气体泡沫驱油技术有待提高，与国际领先水平有一定差距，可针对中国大部分油田的特点，以及气体来源的容易与否进行理性分析，综合考虑，从而确立主要的研究发展方向，早日在气体泡沫驱油高端技术上与国际接轨。

参考文献：

[1]21世纪中国石油战略高级研讨会标委会，21世纪中国石油发展战略[EB/OL].[2015年-10月-16日]. http：//baike. sogou. com/v82561802. htm.

[2]中国网，我国石油发展战略目标2020年石油供应翻一番[EB/OL]. [2015年-10月-16日]. http：//www.china.com.cn/chinese/2005/May/ 871628. htm.

[3]李楠，田敏.浅谈中高渗油藏空气泡沫驱油机理[J].科技创新月刊，2010（8）：185-186.

[4]郑继龙，宋志学，陈平，等.SZ36-1油田氮气泡沫驱油体系的筛选与性能评价[J].精细石油化工进展，2013，14（4）：34-37.

[5]赵娣.氮气泡沫驱技术在锦16兴的研究与应用[J].内江科技，2013，34（8）：46.

[6]陈平，宋志学，郑继龙，等.QHD32-6油田N2泡沫驱高温高压可视化实验研究[J].应用科技，2013，40（3）：75-78.

[7]宋志学，陈平，郑继龙，等.QW-2型氮气泡沫驱起泡剂的研究及其性能评价[J].应用科技，2013，40（5）：75-77.

[8]赵金省，李天太，张明，等.聚合物驱后氮气泡沫驱油特性及效果[J].深圳大学学报（理工版），2010，27（3）：361-366.

[9]吕广忠，陆先亮，陈辉.氮气泡沫热水驱油机理及实验研究[J].西安石油学院学报（自然科学版），2003（4）：49-52.

[10]Kuiqian Ma，Xiaofei Jia，Jing Yang，et al.Nitrogen Foam Flooding Text for controlling Water Cut and Enhance Oil Recovery in conventionai Oil Reservoirs of China Offshore Oilfield[C].SPE165808，2013.

[11]杜朝锋，武平仓，刘蕾，等.长庆油田特低渗油藏空气泡沫驱室内评价 [J].工艺技术与试验，2011（3）：128-129，139.

[12]庞岁社，李花花，段文标，等.靖安低渗透裂缝性油藏泡沫辅助空气驱油试验效果分析[J].复杂油气藏，2012，5（3）：60-63.

[13]陈振亚， 于洪敏， 张帆，等. 明15块空气泡沫驱低温氧化反应动力学模型及影响因素分析[J]. 科学技术与工程， 2012， 12（18）： 4363- 4368.

[14]许金良， 邓强， 徐敬芳，等. 甘谷驿采油厂唐80井区空气泡沫驱先导试验研究 [J]. 石油化工应用， 2013， 32（7）： 30-33.

[15]张永刚， 罗懿， 刘岳龙，等. 超低渗裂缝性油藏泡沫辅助空气驱油实验[J]. 大庆石油地质与开发， 2014， 33（1）： 135-140.

[16]陈弓启，王晓辉，莫磊，等.空气泡沫驱采油技术在特低渗透油藏的应用[J].石油化工应用，2003，32（8）：22-26.

[17]刘向斌.控制二氧化碳气窜泡沫配方体系的研制与应用[J].油田地质与采收率，2011，18（5）：51-53.

[18]Mo Di，Yu Jianjia， Liu Ning， et al. The application of nanoparticle- stabilized CO2 foam for oril cecovery[C]. SPE164074，2013.

[19]巫光胜. 自生CO2泡沫驱油室内研究[J]. 中外企业家， 2011（4）： 86 -88.

[20]潘广明，侯建，郑家朋.冀东油田高浅北油藏天然气泡沫驱泡沫体系优选[J].油田化学，2013，30（1）：37-42.

[21]Wu Wenxiang，Pan Jianhua，Guo Mingri.Mechanisms of oil displacement by ASP-foam and its influencing factors[C].Petroleum Science，2010（1）： 100-105.

[22]Rasak Mayowa Sunmonu，Mike Onyekonwu.Enhanced Oil Recovery using Foam Injection； a Mechanistic Approach[C].SPE167589，2013.

[23]曲晗.氮气泡沫驱机理研究及实验[D].大庆：东北石油大学，2010.