高矿化度油藏“强化泡沫+ 凝胶”调驱实验研究

关键词：泡沫；凝胶；强化泡沐；提高采收率；介质驱替

引言

春光油田稀油油藏在生产过程中，随着生产周期的增加，油田产油量下降、含水率升高，油田目前面临储量减少，剩余油分散，挖潜难度大等困难，有必要探索新的开发方式，进一步提高油藏采收率[14]。水溶性聚合物具有易溶于水和增黏性能好等特点，形成凝胶后黏度大幅度增加，失去流动性，并显示出良好的黏弹性，可以有效封堵高渗透层，使后续注入水流向中、低渗透层，增加注入水的波及体积，进而提高采收率[59]。而泡沫驱作为一种用泡沫为驱油剂的采油方法，能极大地提高驱替介质的视黏度，从而提高波及系数，可有效提高春光油田采收率[1012]。但普通泡沫稳定性差，抗油砂吸附能力弱，在高矿化度、高温和低渗透的地层条件下性能不稳定，泡沫的驱油效率有待提高[1316]。实际应用中通常采用添加稳泡剂的方法增强泡沫性能，提高其在恶劣地层条件下的稳定性[1722]。孙琳等[14]在普通泡沫体系中添加疏水缔合聚合物，形成强化泡沫体系，其泡沫性能远高于普通泡沫体系。宋传真等[22]采用0.3%阴非离子和阴离子复合型协同增效起泡体系和0.7%高分子凝胶稳泡体系合成新型强化泡沫体系，能在温度为140 C、矿化度为240g/L、含油饱和度为50%的条件下稳定。本文基于春光油田地层高矿化度、高钙镁离子浓度条件研究了一种“强化泡沫+凝胶”体系，并通过室内驱油实验综合评价了其驱油效率，为春光油田进一步提高采收率提供新思路。

1试剂与仪器

1.1材料及试剂

起泡剂排21、起泡剂排22：实验室自制；聚合物39、聚合物45：实验室自制；交联剂A、交联剂B：实验室自制；春光油田模拟地层水：实验室自制，总矿化度为100000mg/L，离子组成见表1。

1.2实验仪器

ESJ1104A电子天平；DZF6020真空干燥箱；DV3T黏度计；DM2700M显微镜；7012SWaringBlender发泡器；HH2恒温水浴锅；多功能岩芯驱替装置；过热蒸汽发生器；高温高压一维驱替采集系统；填砂管；中间容器；恒速电动搅拌器。

2实验方法

2.1注入不同介质驱替提高采收率实验

以春光油田地层倾角和边水强度为依据，制作填砂管模型，建立模型原始含油饱和度并老化24h以上，得到实验初始条件如表2所示，水驱至含水率达到98%以上，分别注入凝胶体系、0.4%P21泡沫体系、0.4%P21+0.1%温轮胶强化泡沫体系，实验过程中采集4个测压点压力，收集采出液，然后进行后续水驱，对比分析持续水驱、凝胶驱、泡沫驱及强化泡沫驱4组实验的瞬时驱油效率、瞬时含水率、瞬时产油量、沿程压力和总采收率等调驱关键参数。

2.2不同介质小段塞多轮次注入实验

采用相同一维填砂模型，水驱至含水率达到98%以上，停止水驱，实验过程中采集4个测压点压力，收集采出液，按实验方案（表3）设计轮次依次注入凝胶和泡沫体系，候凝48h后，继续水驱，至含水率98%以上，对比不同轮次数注入的瞬时驱油效率、瞬时含水率、瞬时产油量、沿程压力和总采收率等调驱关键参数。

3结果与讨论

3.1泡沫、强化泡沫段塞提高采收率实验

3.1.1持续水驱

持续水驱实验数据处理后，驱油效率以及压力数据分布如图1所示。

从图1来看，水驱初期，随着注入体积增加，驱油效率逐渐升高，含水率有小幅波动，总体上是逐渐升高的，表明水驱效果逐渐减弱。当达到3.600PV时，水驱效果达到极限，驱油效率为59%。从压力数据上来看，初期进出口压力均为最大，随注入体积增加有不同程度的波动，整体呈现降低的趋势。

3.1.2凝胶调剖

研究采用的凝胶是由浓度为2000mg/L的聚合物45与浓度为1200mg/L交联剂A和B配制而成，成胶后黏度可达到80000mPa s以上，成胶时间为3d左右，其成胶状态如图2所示。

凝胶调剖实验数据处理后，驱油效率以及压力数据分布如图3所示。

从图3来看，水驱初期，随注入体积的增加，驱油效率逐渐升高，含水率有小幅波动，趋势总体上是逐渐升高，水驱效率逐渐减弱。当达到0.700PV时，水驱油效率达到极限，驱油效率为41%。注入0.300PV凝胶体系后继续水驱，最终在2.400PV左右时驱油效率达到极限，驱油效率为71%，相比水驱阶段提高了30%。从压力数据上来看，在初期阶段，随着注入体积的增加，进出口压力逐渐降低。

3.1.3泡沫驱

泡沫驱实验数据处理后，驱油效率以及压力数据分布如图4所示。从结果数据来看，水驱初期，随着注入体积增加，驱油效率逐渐升高，含水率有小幅波动，趋势总体上是逐渐升高，表明水驱效果逐渐减弱。当达到2.300PV时，水驱油效率达到极限，驱油效率为48%。注入泡沫阶段，泡沫段塞对提高采收率效果明显，最终驱油效率为88%，相比水驱阶段提高了40%。此外，压力数据表明水驱初期进出口压力较大，随注入体积的增加，进出口压力有不同程度的波动，整体呈现降低的趋势，而泡沫注入阶段进出口压力明显上涨，平均上涨0.5MPa左右。

3.1.4强化泡沫驱

强化泡沫驱实验数据处理后，强化泡沫体系形态如图5所示，驱油效率和压力分布如图6所示。

从结果数据上显示，水驱初期，随着注入体积增加，驱油效率逐渐升高，含水率逐渐升高，水驱效果逐渐减弱。水驱油效率达到极限时的驱油效率为28%。后开始注入泡沫体系继续水驱，最终驱油效率为92%，相比水驱阶段提高了60%左右。

压力数据上显示，随着注入体积的增加，进出口压力有不同程度的波动，整体呈现降低的趋势。出口压力在不同注入体积均比进口压力低，且波动范围在一定范围内。在注入泡沫阶段，进出口压力明显上涨。在水驱阶段，驱替压力持续提高，此时驱油效率较好，持续增大注入体积，压力逐渐降低。

4组实验达到极限驱替效率的注入体积各不相同，第三组泡沫驱实验的注入体积最大为8.000PV左右。前期水驱阶段由于油水黏度的差异，导致注入水沿着填砂管孔隙渗流阻力较小的高渗透大孔道窜流，并逐渐在填砂管内形成水相窜流通道，注入压力迅速降低，出口端含水率增加，采收率提高幅度变缓，故而后3组不同介质驱替实验均呈现瞬时驱油效率和压力降低的趋势。

凝胶能够填塞岩石孔隙和裂缝中的细小孔隙，减少油水流动通道的大小，从而降低了油的渗透性。凝胶形成后可以有效地阻止水的通过，使注入的驱替剂更加均匀地分布在油藏中，增加了洗油效率。凝胶体系在注入到油藏中后，通过减少岩石孔隙和裂缝的大小，改变了水和油的相对渗透性。由于凝胶调剖剂对水的渗透性降低的程度更大，使得油和水在孔隙中的运动行为有所差异。这种差异可以利用水驱作用来推动油的移动，进一步提高采收率。

改善泡沫驱替效果的主要方式便是强化泡沫体系，在泡沫中加入稳泡剂，如纳米颗粒、纳米微球和聚合物等，通过提高泡沫的液膜强度、液膜黏度等减缓泡沫的排液速度，提高泡沫的稳定性。本实验便加入了稳泡剂，改善了泡沫的驱替效果。使用显微镜对加入稳泡剂的强化泡沫体系的微观结构进行对比分析，观测图片如图7所示。

未加稳泡剂时，泡沫粒径集中在10 50 m，液膜厚度较小，泡沫体系的稳定性不足；稳泡剂强化后的泡沫液中含有表面活性物质可以降低油水界面张力，调整油水流度比。泡沫流体在地层中“遇水封堵、遇油消泡”，对气窜、水窜起到了较好的封堵作用，在扩大波及体积的同时提高了洗油效率，故而本实验中强化泡沫体系的驱替效果为最佳，但同时驱替压力会随之上涨。

对比不同介质驱替实验，凝胶体系在实验条件下提高驱油效率30%左右，注入了2.400PV，普通泡沫在实验条件下提高驱油效率40%左右，注入了8.000PV，强化泡沫在实验条件下提高驱油效率60%左右，注入了5.000PV左右，最终驱油效率达到了92%。而从驱替压力上来看，强化泡沫比水驱阶段高出1.0MPa左右，凝胶高出0.9MPa左右，普通泡沫只有0.5MPa左右。

3.2不同介质小段塞多轮次注入实验

3.2.1注入0.300PV凝胶+0.500PV泡沫（1次）

方案1实验数据处理后，驱油效率和压力分布如图8所示。

结果数据显示，水驱初期，随着注入体积增加，驱油效率逐渐升高，含水率逐渐升高，水驱效果逐渐减弱。注入凝胶和泡沫体系后，驱油效率明显提高，最终驱油效率为62%。压力数据表明，水驱初期进出口压力较大，随着注入体积增加呈现降低趋势。候凝完成后进出口压力明显上涨，持续增大注入体积，压力逐渐降低。

3.2.2注入0.200PV泡沫+0.300PV凝胶+0.300PV泡沫（1次）

方案2实验数据处理后，驱油效率和压力分布如图9所示。从结果数据上看，水驱初期，随着注入体积增加，驱油效率逐渐升高，含水率逐渐升高，水驱效果逐渐减弱。水驱油效率达到极限，驱油效率为48%。随后，注入凝胶和泡沫体系，持续出油，驱油效率提高至66%，比水驱阶段提高了18%左右。压力数据表明，随着注入体积的增加，压力有不同程度的波动，整体呈现降低的趋势。在焖井完成后，水驱进出口压力明显上涨，驱油效率较好。在后续水驱阶段，进口压力最高达到了8.3MPa，出口压力最高达到7.5MPa，持续增大注入量，压力逐渐降低。

3.2.3注入0.060PV凝胶+0.100PV泡沫（5次）

方案3实验数据处理后，驱油效率和压力分布如图10所示。

结果数据显示，水驱初期，随着注入体积增加，驱油效率逐渐升高，含水率逐渐升高，水驱效果逐渐减弱。达到1.300PV时，水驱油效率达到极限，驱油效率为48%。随后开始注入凝胶和泡沫体系，最终驱油效率为75%，相比水驱阶段提高了27%。压力数据显示，随着注入体积的增加压力呈现降低的趋势。当进口压力降至最低时驱油效率最好。后续水驱阶段，进口压力最高达到了8.2MPa，出口压力最高达到7.3MPa。

3.2.4注入0.075PV凝胶+0.125PV泡沫（4次）

方案4实验数据处理后，驱油效率和压力分布如图11所示。

从结果数据可以看出，水驱初期，随着注入体积的增加，驱油效率逐渐升高，含水率逐渐升高，水驱效果逐渐减弱。达到1.250PV后，水驱油效率达到极限，驱油效率为49%。随后开始注入凝胶和泡沫体系，最终驱油效率为73%，相比水驱阶段提高了24%。

从压力数据可以看出，随着注入体积的增加，进出口压力有不同程度的波动，整体呈现降低的趋势。候凝完成后，进出口压力明显上涨，进口压力最高达到了8.4MPa，驱油效率较好。持续增大注入体积，压力逐渐降低。

3.2.5注入0.100PV凝胶+0.167PV泡沫（3次）

方案5实验数据处理后，驱油效率和压力分布如图12所示。从结果数据可以看出，水驱初期，随着注入体积增加，驱油效率逐渐升高，含水率逐渐升高，水驱效果逐渐减弱。达到1.400PV时，水驱油效率达到极限，驱油效率为46%。随后进行了凝胶和泡沫体系注入，最终驱油效率为67%，比水驱阶段提高21%。从压力数据可以看出，随着注入体积的增加，进出口压力有不同程度的波动，整体呈现降低的趋势。在候凝完成后，进出口压力明显上涨，平均上涨0.9MPa左右。后续水驱阶段，进口压力最高达到8.8MPa，出口压力最高达到7.6MPa。

3.2.6注入0.150PV凝胶+0.250PV泡沫（2次）

方案6实验数据处理后，驱油效率和压力分布如图13所示。从结果数据可以看出，水驱初期，随着注入体积增加，驱油效率逐渐升高，含水率逐渐升高，水驱效果逐渐减弱。当达到一定注入体积后，水驱油效率达到极限，驱油效率为47%。接着进行凝胶和泡沫体系注入，最终驱油效率为66%。相比水驱阶段，提高了19%。

从压力数据可以看出，随着注入体积的增加，进出口压力有不同程度的波动，整体呈现降低的趋势。在候凝完成后，进出口压力明显上涨，驱油效率也相应提高。在后续水驱阶段，进口压力最高达到了8.4MPa，出口压力最高达到7.5MPa，此时驱油效率较好。同时，出口压力在不同注入体积时均比进口压力低，差值在0.5 2.0MPa波动。

注入凝胶和泡沫的段塞体系是一种常用的提高油田采收率的方法。其中，凝胶是一种高黏度的化学物质，能够在井筒中形成一定的阻塞效果；泡沫则是通过注入气体或表面活性剂，产生气泡并增加流体的有效性。这两种方法的组合，可以改善原油流动性、减少水的进入以及改善采收率。

对比6组实验的数据结果，研究凝胶泡沫体系对提高采收率的影响。实验结果表明，在段塞用量相同时，注入轮次越多，小段塞越多，提高的采收率就更高，但结果可能因油藏特征和注入操作而异。增加小段塞可以增加段塞体系对油藏的覆盖范围和渗透面积，从而提高原油的驱动效果、增加采收率。每次注入小段塞后，段塞体系会形成更多的阻流和阻封区域，改变油藏的流场分布，使原油更多地被波及和运用，提高采收率。此外，多轮次的小段塞还可以增加段塞体系的稳定性和持续时间，延长增产效果的持续时间。

4结论

1）对比不同介质驱替提高采收率的效果，实验结果表明，水驱最终驱油效率为59%，凝胶体系驱替最终驱油效率为71%，0.4%P21泡沫体系驱替最终驱油效率为88%，而0.4%P21+0.1%温轮胶强化泡沫体系驱替效果明显优于单一介质体系，最终驱油效率为92%，可较好地适应春光油田油藏条件，满足其提高采收率的需求。

2）研究不同介质小段塞多轮次注入提高采收率效果，注入5轮次0.060PV凝胶+0.100PV泡沫的方案效果最佳，最终驱油效率为75%，相比水驱阶段提高了27%。实验结果表明，在段塞用量相同时，注入轮次越多，小段塞越多，提高的采收率就相对更高。增加小段塞可以增加段塞体系对油藏的深部非均质调控能力和波及体积，进而提高驱油率和实现较大幅度提高采收率。