空气泡沫体系封堵能力影响因素实验研究

空气泡沫体系封堵能力影响因素实验研究

王庆１吴晓东１王杰祥２

（１．中国石油大学石油工程教育部重点实验室；

２．中国石油大学（华东）石油工程学院）

摘要：针对影响空气泡沫封堵能力的因素进行了室内实验研究，研究结果表明：岩心渗透率越高，泡沫体系封堵能力就越强；残余油饱和度越高，泡沫封堵能力越差；地面起泡的注入方式要比地层内起泡注入方式有更强的封堵能力；气液比３：１时为最佳气液比，此时空气泡沫体系封堵能力要优于其他气液比；地层内起泡注入方式时，交替段塞越小，阻力因子越大；泡沫体系的注入速度越大，其对地层的封堵能力也相应增强。

关键词：注空气空气泡沫封堵能力阻力因子

１引言

注空气用于油田开发已有很长的历史，最早用于维持地层压力，后来多用于重质油田火烧油层。２０世纪９０年代以来，注空气逐渐被推广到轻质油田中，其工作原理为原油与注入空气中的氧反应消耗掉氧气，产生二氧化碳和氮气以气驱方式增加采收率。与其他注气技术相比（如注天然气，氮气及二氧化碳），注空气驱油最大优势在于气体来源成本低，不受地域及环境限制。但在现场注空气技术应用较少，主要在于一旦空气过早突破到生产井底，将存在非常严重的安全隐患。因而如何降低气体流度，防止过早气窜，延迟气体突破时间是注空气技术应用于现场的关键环节。泡沫的低密度与高弹性能显著降低驱动流体的流度，防止空气在高渗水层中的气窜突破。因此，研究空气泡沫的封堵能力及其影响因素对注空气采油的推广应用具有重要意义。国内外的研究认为影响泡沫封堵能力的因素有多种，除泡沫的稳定性之外，泡沫体系的气液比、岩石的渗透率、泡沫体系复配物的种类及浓度、注入方式，都是影响泡沫体系封堵强度的重要因素。

２实验部分

２．１实验条件

实验温度９０℃；实验用水为胡二块污水样，矿化度１４．２５５７×１０４ｍｇ／Ｌ，二价阳离子５９７９ｍｇｌＬ；实验用油则为区块脱水脱气原油；实验发泡剂为ＺＹ—Ｆ型，质量浓度ｏ．６％。

实验岩心为一维均质长岩心，模型尺寸为声１０ｍｍ×１０００ｍｍ。

２．２实验方法

将岩心驱替流程连接、安装、调试，将模型抽空饱和水、饱和油，水驱至含水９８％；将空气泡沫体系注人岩心，压力稳定后，记录各个阶段的模型两端压差。

２．３阻力因子

在研究中，以阻力因子Ｒ作为泡沫在岩心中封堵强度的度量，阻力因子尺定义如下：一２４Ｒ～

Ｒ：丛ＡＰｂ

式中△Ａ——注人泡沫时岩心模型两端压力差，ＭＰａ；

△夕ｈ——相同流量下水驱时岩心模型两端压力差，ＭＰａ。

３空气泡沫封堵能力影响因素研究

３．１岩心渗透率对空气泡沫封堵能力的影响

岩心渗透率对泡沫体系的封堵能力有较

大影响，渗透率越大泡沫体系封堵能力就越

强，也就是所谓的堵大不堵小。图１为泡沫阻ｈ

力因子与渗透率关系曲线。

力因子为８．９１，而渗透率为６Ｄ时阻力因子增

加到９７．５，阻力因子随渗透率增加而变大，

表现出很好的渗透率选择性。当岩心渗透率

达到３Ｄ左右时，阻力因子上升幅度开始变

缓，随后，随着渗透率的继续增加，阻力因

子变化不大。分析其原因认为，泡沫牯度随着剪切速率的增大而减小，在高渗层（大孔道）中剪切速率小，粘度高；在低渗层（小孔道）中剪切速率大，粘度低。但随着渗透率的继续增加，一方面剪切速率变小，使泡沫粘度相对增加；另一方面，由于高渗层中的大孔道直径大，泡沫的尺寸也相对较大，泡沫的稳定性也略有下降。二者共同作用的结果，使泡沫流动阻力相对略有增加，从而泡沫阻力因子也略有增加。

３．２残余油饱和度对空气泡沫封堵能力的影响图１岩心渗透率与阻力因子关系曲线器从图１可以看出，渗透率为０．５Ｄ时，阻８

一般认为，油对泡沫具有抑制和破坏作用。地层残余油对泡沫的破坏程度各异，遇到原油时有些泡沫较稳定，有些则很不稳定；同一泡沫遇到不同原油时破坏程度也不相同。图２所示为残余油饱和度与阻力因子关系曲线。

从图２可以看出，残余油饱和度为

３５．７ｌ％时，阻力因子为４７．５；而残余油饱和

№度为６４．２９％时，阻力因子为９．７５。阻力因子

随残余油饱和度的上升而降低，特别是当残余

油饱和度超过４６．４３％时，阻力因子下降幅度

明显增大。这就说明，泡沫是一种堵水而不堵

滴的选择性堵剂。泡沫进入地层后，首先对高

渗水层形成封堵，从而可使后续注入液转向，

图２残余油饱和度与阻力因子关系曲线区Ｒ圈进人水驱未波及的含油区域，提高采收率。

３．３注入段塞对空气泡沫封堵能力的影响

现场对泡沫的注入方式常见的有两种，即地面起泡和层内起泡。模拟现场情况，设计了发泡剂、空气交替，发泡剂、空气、水交替，泡沫、空气交替三种段塞进行泡沫封堵实验，结果如图３所示。 －——２４９—。——

从图３可以看出泡沫、空气交替段塞对岩心封堵能力最强，而发泡剂、空气、水交替段塞对岩心封堵能力相对较弱。分析认为，泡沫、空气交替段塞由于是在地面起泡，经过充分

搅拌和气液接触，产生的泡沫质量较好；而

发泡剂、空气交替段塞和发泡剂、空气、水

Ｈ’交替段塞为地层内起泡，效果较差；并且在

注入发泡剂、空气、水交替段塞时，由于水

的进入使得水前缘的泡沫因为水的稀释作用

而使表面活性剂的浓度降低，因而使得泡沫

体系变得不稳定，导致部分泡沫发生破灭，

使得发泡剂、空气、水交替段塞对岩心的封

图３不同段塞下注入泡沫孔隙体积倍数

与阻力因子关系曲线圜Ｒ圈堵能力下降。实验结果证明了地面起泡的封堵效果要优于层内起泡。

３，４气液比对空气泡沫封堵能力的影响

气液比是注泡沫开采技术的一个重要参数，气液比过小，发泡剂不能有效地发泡，调剖效果差；气液比过大，一方面不经济，另一方面，泡沫不稳定。通过研究气液比对泡沫封堵能力的影响，可以优选出最佳气液比，使泡沫体系的封堵能力最强。图４所示为气液比与阻力因子关系曲线。

从图４可以看出，气液比在１：１到３：１

的范围内，阻力因子随气液比增大而增大，分

析认为，随着气液比的增大，注入孔隙中的气ｈ

体较多，因而孔隙中产生的泡沫就较多，对地罢

层的封堵能力就强，阻力因子增加。当气液比蹦

继续增大时，虽然生成的泡沫较多，但形成的

泡沫液膜变薄，强度降低，泡沫稳定性下降，

当气液比更大时，甚至会形成气窜，根本形不

成泡沫的状况。因此气液比４：１时，阻力因气液比图４气液比与阻力因子关系曲线子有所降低，泡沫封堵能力开始下降。

３．５交替段塞大小对空气泡沫封堵能力的影响

交替段塞大小是指发泡剂和空气交替注入时，每次交替注入量的大小，是层内起泡注入工艺中需要优选的一个参数。交替段塞太小，由于地层的漏失和吸附，将很难形成泡沫；交

替段塞太大，气液接触不充分，形成泡沫能力

较差。根据相关泡沫驱现场试验数据，选择

０．０５ＰＶ、０．１ＰＶ、０．２ＰＶ三种段塞进行实验

研究。实验结果如图５所示。

从图５可以看出，交替段塞０．０５ＰＶ时，

阻力因子为４４．５２； …… 此处隐藏：2732字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……