【正文】 可從線性層狀巖心中采收到比傳統(tǒng)注水法更多的原油，泡沫形成了圈閉氣的高飽和，并間接形成了一個(gè)較低的水相滲透率。而含油含水系統(tǒng)的圈閉氣飽和度較只含水系統(tǒng)的要低。他們表明氣體以非連續(xù)相流動(dòng)，油水以游離相流動(dòng)。他們得出結(jié)論：無(wú)論泡沫是否存在于系統(tǒng)中，對(duì)于給定液體飽和度，水的相對(duì)滲透率是一樣的。他們重要的發(fā)現(xiàn)之一就是：－，泡沫在無(wú)表面活性劑水通道中也不會(huì)破滅。 1966年，Marsden和Khan[9]認(rèn)為泡沫的組成部分是同時(shí)流過(guò)孔隙介質(zhì)的通道的。他們的結(jié)論同時(shí)表明，隨著質(zhì)量提高，泡沫流動(dòng)性下降。當(dāng)然，隨著孔隙介質(zhì)絕對(duì)滲透率的下降，流動(dòng)性下降率也越低；隨著表面活性劑濃度的增大，泡沫的表觀粘度也增加．Holm不同意這個(gè)觀測(cè)結(jié)果，他做了流體實(shí)驗(yàn)和目視的研究，以觀察孔隙介質(zhì)存在泡沫時(shí)氣、液流動(dòng)機(jī)理。他記錄說(shuō)，泡沫流過(guò)多孔介質(zhì)時(shí)不像是做為一個(gè)整體。相反，組成泡沫的氣體和液體將分離，泡沫膜破滅，然后重新形成。當(dāng)有足夠泡沫存在時(shí)，泡沫前氣體流動(dòng)停止，液體流動(dòng)減緩。因此他認(rèn)為，驅(qū)動(dòng)泡沫通過(guò)油藏是不可行的，但泡沫能通過(guò)減緩和阻隔高滲透率層的流動(dòng)，進(jìn)而改善非均質(zhì)油藏注液過(guò)程的驅(qū)替狀況，他觀察到質(zhì)量提高，泡沫的流動(dòng)性也增強(qiáng)。他報(bào)告說(shuō)氣體不能以連續(xù)相流動(dòng)。 Wang[10]研究了CO2泡沫的驅(qū)替效果。結(jié)果表明壓力增加，泡沫穩(wěn)定性增強(qiáng)，而溫度增加，泡沫穩(wěn)定性下降，他總結(jié)出無(wú)論是原地還是外部產(chǎn)生的CO2泡沫，在與原油接觸時(shí)，都易于迅速破滅。進(jìn)而，他建議只要在注入地層利用泡沫堵塞可滲透層或通道，結(jié)果石油采收率都會(huì)提高，他還發(fā)現(xiàn)超高濃度的表面活性劑形成泡沫遮擋，因此降低了波及效率。Holm[11]報(bào)導(dǎo)了泡沫在選擇性堵塞高滲透率通道上的成功應(yīng)用，繼泡沫之后注入氣（而非水）會(huì)使泡沫堵塞效果更佳。盡管Bernard等人曾記載過(guò)在多次試驗(yàn)中孔隙系統(tǒng)滲透率減至其初始值的10%15%，但Holm確認(rèn)為泡沫層下的水會(huì)沖淡泡沫溶液，并將它沖掉。他還認(rèn)為，當(dāng)通道的滲透率高時(shí)，泡沫的堵塞效果最好。美國(guó)聯(lián)合石油公司于1965年進(jìn)行了泡沫驅(qū)油室內(nèi)研究，如圣?蘭西斯科實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果表明，將泡沫注入油層，%。該公司于l965年10月到1967年6月，在伊利諾斯州希金斯油田進(jìn)行了一次礦場(chǎng)試驗(yàn)。其結(jié)果表明，泡沫驅(qū)過(guò)程中平均水油比從15降至12，而作對(duì)比的其它區(qū)塊，同期水油比從20增至28a，1976年該公司又在同一油田進(jìn)行了一個(gè)小規(guī)模泡沫驅(qū)試驗(yàn)。 此外，Hudgins等人先后在泡沫的遠(yuǎn)距離推進(jìn)、泡沫與輕質(zhì)油的相互作用、多孔介質(zhì)中泡沫的滲濾原埋、泡沫流度控制等有關(guān)機(jī)理問(wèn)題上進(jìn)行了研究。 我國(guó)科技人員從70年代初，己經(jīng)開(kāi)始了泡沫驅(qū)的研究。研究?jī)?nèi)容主要集中在泡沫的穩(wěn)定性、起泡劑的損失劑其抑制、泡沫驅(qū)油機(jī)理等問(wèn)題上，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了礦場(chǎng)探索性試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)于1965年、1971年、1980年先后在玉門(mén)、克拉瑪依、大慶三個(gè)油田進(jìn)行過(guò)礦場(chǎng)試驗(yàn)。在遼河油田稠油蒸汽吞吐試驗(yàn)中，也曾采用了N2泡沫驅(qū)油技術(shù)。到目前為止，泡沫驅(qū)已從簡(jiǎn)單的氣加活性劑水溶液，發(fā)展為添加多種助劑(主要是穩(wěn)定劑)的增強(qiáng)泡沫驅(qū)，如聚合物、磷酸鹽等，都是很好的穩(wěn)定劑。以上這些泡沫驅(qū)只是普通的活性水加入氣體。1971年至1973年6月，新疆克拉瑪依油田在六區(qū)檢8井組進(jìn)行試驗(yàn)，采用反七點(diǎn)法井網(wǎng)，用烷基苯磺酸鈉作發(fā)泡劑，氣液比為1：1，注入泡沫后，高滲透層的吸水量下降，低滲透層的吸水量上升，見(jiàn)效井平均日產(chǎn)量增加48%，%。共增產(chǎn)原油9900t，提高采收率6%8%，這是一次比較成功的嘗試。1991年在遼河油田稠油蒸汽吞吐試驗(yàn)中，也曾采用了氮?dú)馀菽?qū)油技術(shù)，取得了一定的成效[1215]。大慶油田北二東泡沫復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)于1997年2月開(kāi)始泡沫復(fù)合體系的注入。該試驗(yàn)區(qū)位于北二區(qū)東部北25排92～97井與北26排69～72井之間，全區(qū)共有試驗(yàn)井16口，其中6口為注入井，2口為生產(chǎn)井，8口是生產(chǎn)觀察井。隨著氣液交替周期的增加，氣竄現(xiàn)象得到有效的控制，油層中形成了泡沫。產(chǎn)液指數(shù)和含水都大幅度下降，油層中明顯地形成了含油富集區(qū)。%，%。%。試驗(yàn)區(qū)全區(qū)于1998年9月含水降到最低點(diǎn)，全區(qū)8口生產(chǎn)井日產(chǎn)液482t，日產(chǎn)油71t，%，氣油比155m4/t，與見(jiàn)效前相比，日產(chǎn)液下降了222t，日產(chǎn)油上升了40t。%。 最近，大慶油田將泡沫的調(diào)剖作用和聚合物的驅(qū)油作用相結(jié)合，組成泡沫與聚合物復(fù)合驅(qū)油體系，取得了礦場(chǎng)試驗(yàn)的成功，在水驅(qū)基礎(chǔ)上采收率提高30%。這種復(fù)合驅(qū)油體系可以將傳統(tǒng)的聚合物驅(qū)采收率提高20%，比ASP驅(qū)油采收率提高10%。這項(xiàng)試驗(yàn)的成功開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)EOR技術(shù)的新局面。孤東油田稠油熱采區(qū)已進(jìn)入多輪次吞吐階段，開(kāi)發(fā)效果變差，高、低滲透層動(dòng)用差異大，汽、水竄狀況日趨嚴(yán)重，部分井注汽壓力低，注汽效果差，導(dǎo)致無(wú)功采液，無(wú)效吞吐，甚至造成水淹[16]。因此，針對(duì)此現(xiàn)狀，進(jìn)行了泡沫調(diào)剖技術(shù)研究，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了4井次的應(yīng)用試驗(yàn)，取得了明顯效果。，汽溫290℃，汽溫320℃，與措施前相比，溫度上升30℃。，%，日產(chǎn)油10t，含水50%。，%，見(jiàn)油時(shí)間由上周期的平均9天下降到4天，平均見(jiàn)油時(shí)間提前了5天，至2005年9月共累計(jì)生產(chǎn)268天，，見(jiàn)到了較好的調(diào)剖增油降水效果。勝利油田先后在三個(gè)井組進(jìn)行泡沫驅(qū)試驗(yàn)[1718]，取得了良好效果：a．勝坨油田3523井組，位于坨七斷塊東南部，一口注入井，四口生產(chǎn)井。以十二烷基苯磺酸鈉作發(fā)泡劑，三聚磷酸鈉為穩(wěn)泡劑，空氣為注入氣。注入時(shí)采用基液與空氣同時(shí)注入，在井筒和地下混合發(fā)泡的形式。自1977年9月6日~1978年1月25日，注泡沫時(shí)間4個(gè)月，以后繼續(xù)注水，結(jié)果因有兩口生產(chǎn)井層位低于注入井而無(wú)效，兩口生產(chǎn)井層位高于注入井，效果顯著，有效期長(zhǎng)達(dá)3年。b．草201018井組，有8口生產(chǎn)井，日產(chǎn)液542t，含水90%。在1994年8月26日~1994年9月17日的20天內(nèi)，采用非連續(xù)注入方式，每天注泡沫5小時(shí)。到1995年5月，井組增油達(dá)6000t以上，含水率明顯下降，由注泡沫前的90%降至82%~85%，效果顯著。c．草20913井組，同樣有8口生產(chǎn)井。注泡沫前，,%。以F240B為發(fā)泡劑，注入量18t。同樣用非連續(xù)注入方式，在10天時(shí)間里，每天注入氮?dú)?0小時(shí)，截止1995年1月23日，，%，效果顯著。目前，大慶油田三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)已居世界領(lǐng)先，但是，從經(jīng)濟(jì)上考慮，泡沫復(fù)合驅(qū)更具優(yōu)勢(shì)。而且，室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，泡沫復(fù)合驅(qū)可比二元復(fù)合驅(qū)提高采收率約10%，更優(yōu)于普通泡沫驅(qū)。顯然，泡沫復(fù)合驅(qū)集中了三元復(fù)合驅(qū)和泡沫驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)，將成為三次采油新的希望。 本文的研究?jī)?nèi)容為了研究復(fù)合泡沫體系驅(qū)油技術(shù)在油田聚合物驅(qū)后繼續(xù)提高采收率的能力，針對(duì)泡沫在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)，在地層條件下是否穩(wěn)定，需要進(jìn)行高壓滲流實(shí)驗(yàn)。同時(shí)以往研究泡沫體系滲流能力都是在常壓條件下進(jìn)行的，也需要研究復(fù)合泡沫體系在地層條件下的滲流特性。本文采用氮?dú)庾鳛榘l(fā)泡氣體，通過(guò)室內(nèi)發(fā)泡性能實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出了具有良好泡沫性能的表面活性劑HY3作為發(fā)泡劑，并進(jìn)行復(fù)合泡沫體系影響因素研究，模擬油田高壓條件下，進(jìn)行復(fù)合泡沫體系滲流能力和驅(qū)油能力研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：在45℃和常壓條件下，通過(guò)氣流法對(duì)10種表面活性劑進(jìn)行了起泡能力和穩(wěn)定性研究，并用泡沫綜合指數(shù)方法進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，優(yōu)選出性能較好的發(fā)泡劑。 復(fù)合泡沫體系性能的影響因素研究主要研究了氣液比、發(fā)泡劑濃度、水質(zhì)礦化度、壓力、溫度、穩(wěn)泡劑等因素對(duì)發(fā)泡劑HY3的起泡能力和穩(wěn)定性能的影響，并測(cè)定了發(fā)泡劑在多孔介質(zhì)中的吸附滯留量。 復(fù)合泡沫體系在多孔介質(zhì)中的滲流實(shí)驗(yàn)采用氮?dú)庾鳛榘l(fā)泡氣體，陰離子表面活性劑HY3作為發(fā)泡劑，模擬地層溫度和壓力條件，利用高壓泡沫裝置研究了復(fù)合泡沫體系在多孔介質(zhì)中的滲流特性。主要研究了巖心類型、氣液比、巖心滲透率、注入速度等因素對(duì)泡沫在多孔介質(zhì)中滲流特性的影響。 復(fù)合泡沫體系驅(qū)油實(shí)驗(yàn)采用氮?dú)庾鳛榘l(fā)泡氣體，陰離子表面活性劑HY3作為發(fā)泡劑，聚合物和羧甲基纖維素納作為穩(wěn)泡劑，模擬地層溫度和壓力條件，利用高壓泡沫裝置研究了復(fù)合泡沫體系驅(qū)油效果。主要研究了泡沫段塞組合方式、注入速度、巖心滲透率、溫度等因素對(duì)復(fù)合泡沫體系驅(qū)油效果的影響。 復(fù)合泡沫體系微觀驅(qū)油機(jī)理親水、油孔隙介質(zhì)內(nèi)的復(fù)合泡沫體系滲流大致可以分為三個(gè)帶：（1）前沿地帶 這個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是復(fù)合體系及油分布較多。在這種環(huán)境下，有兩種情況。一是復(fù)合體系和氣主要在注入壓力下驅(qū)油前進(jìn)，形成混氣復(fù)合體系驅(qū)油滲流。二是表面活性劑減小了油與水的界面張力，形成水包油乳狀液滲流。（2）中部地帶 在這里，由于油比前沿地帶少，這個(gè)地帶是三種機(jī)理共存，即泡沫驅(qū)油滲流、混氣復(fù)合體系驅(qū)油滲流和與表面活性劑驅(qū)油相似的乳狀液滲流。（3）后沿地帶 油已經(jīng)相當(dāng)少了，氣體與三元復(fù)合體系普遍分布。所以，在后沿地帶占優(yōu)勢(shì)的機(jī)理是泡沫滲流機(jī)理。只出現(xiàn)少量的氣柱或氣泡。 泡沫的產(chǎn)生與破滅 泡沫在多孔介質(zhì)內(nèi)滲流時(shí)并不是以連續(xù)相的形式通過(guò)介質(zhì)孔隙而是不斷地破滅與再生。泡沫的再生主要由于縮頸現(xiàn)象。當(dāng)一個(gè)大氣泡在通過(guò)一個(gè)小的孔隙喉道時(shí)，因?yàn)闅馀萸昂髢啥怂惺艿膲毫Σ煌皻馀萸斑M(jìn)速度的影響，往往被孔喉截成若干小泡。泡沫在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)，氣體比液體流動(dòng)的快，泡沫前緣與原油接觸后發(fā)生部分降解，這也就是泡沫的破滅的過(guò)程。泡沫破滅并不是指泡沫消失，而是由于原油進(jìn)入泡沫薄層的乳化作用使得泡沫液膜變得不穩(wěn)定，從而小泡破裂被大泡聚并。泡沫在驅(qū)替前緣不斷形成大的氣體段塞，推動(dòng)原油向前移動(dòng)。導(dǎo)致氣體向驅(qū)替前緣突破。 增加宏觀掃油面積泡沫復(fù)合體系在驅(qū)替殘余油的過(guò)程中先進(jìn)入孔道大、阻力小的部位。由于氣泡的流動(dòng)阻力大于液體的流動(dòng)阻力，三元體系從氣泡與巖石間的通道繞過(guò)氣泡流入孔喉較小、未被氣泡占據(jù)的孔隙空間。隨后泡沫進(jìn)入己被三元體系占據(jù)的孔隙和喉道，迫使泡沫及三元體系進(jìn)入阻力更大的孔喉，從而擴(kuò)大宏觀掃油面積。 微觀孔隙中泡沫驅(qū)油機(jī)理[1920] 泡沫復(fù)合驅(qū)油能否在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵因素是起泡劑的篩選。因此，泡沫驅(qū)油與起泡劑有關(guān)。其次與泡沫本身的性質(zhì)有關(guān)。一般選用的起泡劑是活性很強(qiáng)的陰離子表面活性劑，它不僅能大幅度降低油水界而張力，還能夠改善巖石表面潤(rùn)濕性，使原來(lái)呈束縛狀態(tài)的油通過(guò)乳化、液膜置換等方式成為可流動(dòng)的油。泡沫復(fù)合體系驅(qū)油前緣有一段乳化油帶就是泡沫破裂后起泡劑作用的結(jié)果。另外泡沫能在破裂之前乳化、吸入和運(yùn)移油珠，此后，被釋放的原油被隨后的泡沫薄層波及和運(yùn)移，然后向前傳送。前緣便不斷聚集起一個(gè)富油帶，并被推向油井。對(duì)一般較規(guī)則的連通孔道而言，泡沫首先擠壓、剪切油滴。將油推走，然后占據(jù)孔道。對(duì)于盲端孔隙而言，小泡先被快速移動(dòng)的大泡擠入盲端入口，接著被后來(lái)的泡沫頂入盲端深部，占據(jù)油滴的空間，盲端里的油相則沿泡沫液膜的邊緣排出。泡沫在親油模型中驅(qū)替殘余油的方式是將貼附在孔壁上的油滴整個(gè)向前推。泡沫必須克服原油與孔壁之間的粘附力和原油本身的內(nèi)聚力，將油剪斷。 泡沫的選擇性堵塞作用 泡沫驅(qū)油的另一特性是選擇性堵塞作用。泡沫在運(yùn)移到一定的位置后即駐留，引起流度下降，從而大幅度地降低氣相(泡沫)的滲透率，對(duì)液相(油水混合物)滲透率則影響不大。 擴(kuò)大微觀波及體積 泡沫復(fù)合體系的流動(dòng)阻力遠(yuǎn)大于液體的流動(dòng)阻力，泡沫復(fù)合體系提高波及體積主要是通過(guò)調(diào)節(jié)孔隙空間的壓力平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)的。氣泡占據(jù)一個(gè)或多個(gè)孔隙空間而產(chǎn)生氣阻效應(yīng)后就會(huì)停止不動(dòng)，流體的原有通道被堵住，一部分孔隙空間流體停止流動(dòng)。泡沫復(fù)合體系將被迫進(jìn)入其他的孔隙空間，迫使另一部分原來(lái)不動(dòng)的流體運(yùn)移。 提高洗油效率 泡沫復(fù)合體系是在三元體系中加入氣體組成的復(fù)合體系，因此具有三元體系的特點(diǎn)。在泡沫驅(qū)替殘余油的過(guò)程中氣泡占據(jù)孔喉中央的大部分區(qū)域，驅(qū)替液則從氣泡與巖壁之間的窄縫中通過(guò)，三元體系能夠減小親油介質(zhì)的毛細(xì)管阻力，使巖石表而的潤(rùn)濕性由油濕反轉(zhuǎn)為水濕，驅(qū)走粘附在巖石表面的油膜。 對(duì)非均質(zhì)地層的調(diào)剖效應(yīng) 泡沫體系具有“堵大不堵小”的作用，可提高中低滲透層的采收率。隨著毛細(xì)管半徑的增大，泡沫的表觀粘度上升。在毛細(xì)管半徑從小變大的過(guò)程中，泡沫的結(jié)構(gòu)從單鏈結(jié)構(gòu)變?yōu)槭鴶?shù)逐漸增多的結(jié)構(gòu)，泡沫的穩(wěn)定性和表觀粘度都趨于增大。注入地層的泡沫首先進(jìn)入高滲透大孔道，隨著注入量的不斷增多，在高滲層中逐漸形成泡沫堵塞，滲流阻力增大，此后流入的流體相對(duì)比較均勻地向中低滲層推進(jìn)，使注入剖而得到較好的控制，波及體積擴(kuò)大。另外，泡沫破滅和再生過(guò)程中分離出的一部分氣體受重力的作用上浮至正韻律地層上部的低滲層發(fā)揮驅(qū)油的作用。 泡沫的基本性質(zhì)泡沫在孔隙介質(zhì)中滲流時(shí)，其視粘度比組成它的兩相(活性水和氣體)中的任何一相的粘度都高得多，并隨介質(zhì)孔隙度(或滲透率)的增大而升高。泡沫屬非牛頓型流體，孔道越小，則剪切應(yīng)力越大，泡沫的粘度也越小，流速因而越大[2022]。由于體系中存在表面活性劑，氣液間界面張力大大降低，泡沫以相對(duì)暫時(shí)穩(wěn)定相的形式流動(dòng)，不斷地破滅與再生，因而能夠長(zhǎng)期地保持泡沫的存在。 泡沫的穩(wěn)定性所謂泡沫的穩(wěn)定性是指生成泡沫的持久性，即泡沫存在“壽命”的長(zhǎng)短[2326]。泡沫具有非常大的氣液界面面積，因此其表面自由能比較大，自由能具有自發(fā)減少的趨勢(shì)，所以泡沫是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系，泡沫會(huì)逐漸破滅，直至氣、液完全分離。但是在體系中加入一定量的輔助表面活性劑、穩(wěn)泡劑等物質(zhì)，就可獲得穩(wěn)定性良好的泡沫。下面從幾個(gè)方面闡述泡沫的穩(wěn)定性。 泡沫的衰變機(jī)理由于氣體和液體的密度相差很大，所以液體中的氣泡總是很快上升至液面，形成以少量液體構(gòu)成的液膜隔開(kāi)氣體的氣泡聚集物，也就是我們常說(shuō)的泡沫。泡沫不穩(wěn)定，會(huì)很快發(fā)生衰變，目前普遍認(rèn)為泡沫的衰變機(jī)理有兩方面的原因：泡沫中液體的析出和氣體穿透液膜擴(kuò)散。 影響泡沫穩(wěn)定性的因素 泡沫的穩(wěn)定性主要取決于液體析出的快慢和液膜的強(qiáng)度[2729]，而這兩方面又是由諸多因素決定的。（1）溶液的表面張力表面張力對(duì)泡沫具有修復(fù)作用。從能量角度考慮，降低液體表面張力，有利于泡沫的形成，而且在泡沫的液膜受到?jīng)_擊局部變薄時(shí)，有使液膜厚度復(fù)原、使液膜強(qiáng)度恢復(fù)的作用，這種作用稱為表面張力的自修復(fù)作用。此作用也是使泡沫具有良好穩(wěn)定性的原因。（2） GibbsMarangoni表面彈性效應(yīng)純液體不能形成穩(wěn)定的泡沫。