【正文】 月，在伊利諾斯州希金斯油田進(jìn)行了一次礦場試驗。Holm[11]報導(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）會使泡沫堵塞效果更佳。他報告說氣體不能以連續(xù)相流動。他記錄說，泡沫流過多孔介質(zhì)時不像是做為一個整體。他們重要的發(fā)現(xiàn)之一就是：－，泡沫在無表面活性劑水通道中也不會破滅。 1965年，Bernard[8]等人證明了用泡沫驅(qū)油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，并間接形成了一個較低的水相滲透率。 1963年，Bernard[57]在實驗室中發(fā)現(xiàn)當(dāng)有泡沫存在時，氣驅(qū)效果增強。Bond和Bernard[4]將泡沫流動描述為泡沫中液、氣的部分流過，主張只有余下的表面活性劑才能以自由相流動。他承認(rèn)弱的泡沫能封阻氣流的事實。泡沫法提高采收率主要歸功于氣體滲透率的降低。因此，泡沫驅(qū)是一種比較有發(fā)展前景的三次采油技術(shù)[79]。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，油田泡沫流體的應(yīng)用技術(shù)有了重大突破。盡管如此，仍有40~50%的剩余油殘留地下[13]。滲流的三大要素包括多孔介質(zhì)、流體和滲流環(huán)境，其中任何一項要素的改變都將會引起滲流規(guī)律的變化。 recovery。泡沫復(fù)合驅(qū)是在三元復(fù)合驅(qū)和常規(guī)泡沫驅(qū)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新的三次采油技術(shù)，該方法集中了三元復(fù)合驅(qū)和普通泡沫驅(qū)的雙重優(yōu)點，因而提高采收率的幅度很大，有廣闊的發(fā)展前景。泡沫復(fù)合驅(qū)是在多元復(fù)合驅(qū)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，即在注三元體系時，加入天然氣產(chǎn)生泡沫，最大限度地提高波及體積，從而可大幅度地提高原油采收率。泡沫流體應(yīng)用于油田，在國內(nèi)外已有30多年的歷史，作為一門新興技術(shù)，泡沫在驅(qū)油、含水氣井的排水采氣、沖砂洗井、鉆井、調(diào)剖、堵水、酸化、水泥固井及壓裂等油氣田開發(fā)中的諸多方面獲得了長足的發(fā)展，并取得了肯定的效果。開展有效的三次采油技術(shù)研究是延長大慶油田開發(fā)期，確保油田穩(wěn)產(chǎn)的需要。經(jīng)過“七五”、“八五”攻關(guān)，聚合物驅(qū)油技術(shù)具備了工業(yè)化應(yīng)用的配套能力，三元復(fù)合驅(qū)也取得了一定效果。其流體的組成形式也由單一的(表活劑+氣)型發(fā)展成(表活劑+聚合物+氣)、(表活劑+聚合物，蒸汽)、(表活劑+凝膠+氣)和(表活劑+堿+聚合物+氣)等多種形式。本文著重研究泡沫復(fù)合體系在非均質(zhì)巖心上的物理模擬實驗，考慮了氣液比、驅(qū)替速度、巖心滲透率變異系數(shù)、原油粘度、體系剪切對泡沫復(fù)合體系驅(qū)油效果的影響。關(guān)鍵詞：復(fù)合泡沫體系驅(qū)油；采收率；發(fā)泡特性；泡沫穩(wěn)定性；超低界面張力Abstract The Daqing oilfield has been on a high watercut development period now, the average water drive recovery efficiency is 40% OOIP, and there is 60% OOIP left which can be used for other kind of development method to produce. Studying the tertiary recovery can not only prolong the development period, but also can satisfy the request of stable production. Through National Key technology Ramp。 foaming behavior。在油田開發(fā)過程中，驅(qū)油體系不同引起注入流體的變化，因此不同驅(qū)油體系對滲流過程影響不同，導(dǎo)致油田提高采收率就不同。油田開發(fā)面臨日趨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，提高石油采收率技術(shù)需求越來越迫切，為了挖掘這部分剩余潛力，必須不斷研究三次采油新方法新技術(shù)。大量實踐表明，泡沫流體是保護(hù)油層、防止油層污染、提高油氣產(chǎn)量的重要手段。大量室內(nèi)實驗結(jié)果表明，泡沫驅(qū)可以在聚驅(qū)之后提高原油采收率20%左右，成為三次采油新的希望。他注意到表面活性劑增加了殘留氣體的飽和度。在弱泡沫的情況下，他觀察到泡沫不斷地破滅和再生。他們總結(jié)說，液體流過孔隙介質(zhì)是從固定通道運移的，而與泡沫是否存在無關(guān)，并且這些通道完全取決于液體飽和度。實驗表明，泡沫作為驅(qū)替劑，在只含水的松散砂中非常有效；而在只含油的松散砂中卻不十分有效；當(dāng)松散砂含水含油時，泡沫的作用介于兩者之間。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。 1966年，Marsden和Khan[9]認(rèn)為泡沫的組成部分是同時流過孔隙介質(zhì)的通道的。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。 Wang[10]研究了CO2泡沫的驅(qū)替效果。盡管Bernard等人曾記載過在多次試驗中孔隙系統(tǒng)滲透率減至其初始值的10%15%，但Holm確認(rèn)為泡沫層下的水會沖淡泡沫溶液，并將它沖掉。其結(jié)果表明，泡沫驅(qū)過程中平均水油比從15降至12，而作對比的其它區(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)行了一個小規(guī)模泡沫驅(qū)試驗。國內(nèi)于1965年、1971年、1980年先后在玉門、克拉瑪依、大慶三個油田進(jìn)行過礦場試驗。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，采用反七點法井網(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，見效井平均日產(chǎn)量增加48%，%。該試驗區(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。%。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%。汽溫290℃，汽溫320℃，與措施前相比，溫度上升30℃。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。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。以F240B為發(fā)泡劑，注入量18t。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，將成為三次采油新的希望。 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)泡劑等因素對發(fā)泡劑HY3的起泡能力和穩(wěn)定性能的影響，并測定了發(fā)泡劑在多孔介質(zhì)中的吸附滯留量。主要研究了泡沫段塞組合方式、注入速度、巖心滲透率、溫度等因素對復(fù)合泡沫體系驅(qū)油效果的影響。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。只出現(xiàn)少量的氣柱或氣泡。泡沫的再生主要由于縮頸現(xiàn)象。泡沫在驅(qū)替前緣不斷形成大的氣體段塞，推動原油向前移動。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。一般選用的起泡劑是活性很強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濕性，使原來呈束縛狀態(tài)的油通過乳化、液膜置換等方式成為可流動的油。對一般較規(guī)則的連通孔道而言，泡沫首先擠壓、剪切油滴。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。氣泡占據(jù)一個或多個孔隙空間而產(chǎn)生氣阻效應(yīng)后就會停止不動，流體的原有通道被堵住，一部分孔隙空間流體停止流動。 對非均質(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。另外，泡沫破滅和再生過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”的長短[2326]。 泡沫的衰變機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)成的液膜隔開氣體的氣泡聚集物，也就是我們常說的泡沫。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，有使液膜厚度復(fù)原、使液膜強度恢復(fù)的作用，這種作用稱為表面張力的自修復(fù)作用。（3） 表面粘度表面粘度是指表面膜液體單分子層內(nèi)的粘度。由于液膜是由兩層表面活性劑中夾一層溶液構(gòu)成，如果液體本身的粘度較大，則液膜中的液體不易排出，液膜厚度變薄的速度較慢，因而延緩了液膜破裂時間，增加了泡沫的穩(wěn)定性。（5） 液膜表面電荷的影響如果泡沫液膜帶有相同符號的電荷，液膜的兩個表面將互相排斥，以防止液膜變薄乃至于破裂。在低溫和高溫下泡沫的衰變過程不同。因此大多數(shù)泡沫在高溫下是不穩(wěn)定的。黑膜又可分為普通黑膜和牛頓黑膜。（9） 泡沫質(zhì)量泡沫質(zhì)量是泡沫中氣體所占泡沫總體積的百分比。綜上所述可看出，影響泡沫穩(wěn)定性的因素多種多樣，為了得到較穩(wěn)定的泡沫，我們應(yīng)該綜合考慮各種因素。發(fā)泡劑體系產(chǎn)生的泡沫不夠穩(wěn)定，為提高泡沫的穩(wěn)定性，需加入泡沫穩(wěn)泡劑。如果表面活性劑作為溶質(zhì)存在于溶液中，當(dāng)通入氣體時，表面活性劑分子被吸附在液氣表面界面上，并在界面兩邊形成單分子吸附膜，此時即可能形成氣泡。在以表面活性劑作溶質(zhì)時，所產(chǎn)生的泡沫，具有很好的膜彈性。這種決定泡沫穩(wěn)定的重要因素就是表面活性劑溶液從薄膜內(nèi)部流失的程度和速度。通常通過加入另一種表面活性劑泡沫穩(wěn)泡劑來達(dá)到這個目的。截斷是泡沫產(chǎn)生最主要的機理?？紫妒前霃綖镽c的斷面（陰影部分）之間的空間。液體則沿著轉(zhuǎn)角被驅(qū)向孔隙喉道，在喉道處液體累積成頸口狀（圖14b），并逐漸發(fā)展（圖14c），其下游氣泡前緣的主曲率半徑大約是Rc的兩倍，其收縮不是很明顯。不能通過截斷在孔隙喉道處直接產(chǎn)生一個液膜。因此，必須預(yù)先存在移動的泡沫氣泡。圖16 分割機理示意圖有幾個因素支配一個液膜是否分割。其次，氣泡分割的可能性依賴于周圍孔隙的占用率。此時，分割被阻止。只要毛管壓力不太高，壓力梯度不太大，就會形成靜止的穩(wěn)定的透鏡體（被液膜包圍的巖石顆粒）。單純由超越所產(chǎn)生的泡沫會使穩(wěn)定氣體的滲透率降低約5倍，反之，通過截斷產(chǎn)生的不連續(xù)氣體的泡沫使氣體的流度降低幾百倍。因此，若通過分割產(chǎn)生的氣泡是主要的，則像經(jīng)常觀察到的一樣，泡沫不是剪切變稀的。第2章 起泡劑的篩選 實驗方法由于泡沫發(fā)泡機理復(fù)雜，影響因素多而且不易控制，迄今還沒有一個統(tǒng)一的普遍適用的檢測方法。氣流法實驗過程：以一定流速和流量的氣體通過定量測試溶液，一定量的泡沫在刻度容器（度量筒中）形成。在油田上，泡沫應(yīng)用中的發(fā)泡劑除了能較大地降低氣液界面的表面張力外，還必須具備下列條件：①起泡能力強(即在相同情況下，生成的泡沫量多)；②形成的泡沫具有一定的穩(wěn)定性，即泡沫不易破裂，半衰期長；③對地層條件(如：溫度、礦化度等)有一定的適應(yīng)能力。（1）發(fā)泡劑起泡能力比較泡沫產(chǎn)生的體積Vf越大，起泡能力越好。二是各種發(fā)泡劑的發(fā)泡高度都是隨著氣液比的增加而增大。但氣液比對10種表面活性劑產(chǎn)生泡沫的半衰期影響程度各不相同。泡沫綜合指數(shù)較大的是HY系列表面活性劑。第3章 復(fù)合泡沫體系影響因素研究復(fù)合泡沫體系在地層中的滲流過程中，其穩(wěn)定性的好壞決定了泡沫體系的滲流能力和滲流距離。 氣液比對泡沫高度的影響圖31 氣液比對泡沫高度影響由圖31可知，隨著氣液比的增大，泡沫高度隨之增加。氣液比由1：1增加到4：1時，泡沫半衰期增加較快，當(dāng)氣液比大于4：1之后，泡沫半衰期增加較緩。由上面分析可以看出，氣液比對泡沫性質(zhì)具有很大影響，氣液比越大，泡沫性質(zhì)越好，但是氣液比4：1時，就可以形成強泡沫，氣液比4：1以后，泡沫性能增加幅度不大，說明氣液比4：1時，泡沫已經(jīng)可以達(dá)到最佳性能。 水質(zhì)礦化度對泡沫起泡能力的影響礦化度對泡沫綜合指數(shù)有一定影響，礦化度越高，泡沫綜合指數(shù)越差。說明礦化度對HY3表面活性劑泡沫高度影響不大，在污水和清水條件下，HY3表面活性劑起泡能力差別不大。為了提高泡沫的穩(wěn)定性，延長泡沫的壽命，可加入穩(wěn)泡劑。常用的增粘劑有HPAM、可溶性淀粉等。由表24可知，溫度越高，穩(wěn)泡劑粘度越低，溫度由45℃升高到70℃，（1） 聚合物穩(wěn)泡劑對不同濃度發(fā)泡劑性能的影響表34 加入穩(wěn)泡劑的發(fā)泡劑溶液粘度變化發(fā)泡劑濃度（%）0溶液粘度（mPa發(fā)泡劑水體系產(chǎn)生的泡沫不夠穩(wěn)定，為提高泡沫的穩(wěn)定性，需加入泡沫穩(wěn)泡劑。隨著穩(wěn)泡劑聚合物濃度的增加，泡沫高度有所增加，但增加幅度很小。隨著聚合物穩(wěn)泡劑濃度增加，泡沫綜合指數(shù)增大，當(dāng)聚合物穩(wěn)泡劑濃度為500mg/L時，泡沫綜合指數(shù)增幅最大，氣液比4：1條件下，泡沫綜合指數(shù)能夠達(dá)到15000，成為超強泡沫，之后，隨著聚合物穩(wěn)泡劑濃度的增加，泡沫綜合指數(shù)只是略微增大。 巖心滲流實驗條件與步驟 實驗儀器設(shè)備如圖442所示，組成如下：注入系統(tǒng)：由高溫高壓注入泵、中間容器、管閥件組成，可將各種流體按一定流量注入到模型內(nèi)。其它儀器：真空泵、電子天平、壓力表、磁力攪拌器、粘度計、量筒等 圖41 高溫高壓泡沫評價裝置 圖42 高壓恒速恒壓注入泵 實驗材料長巖心：30cm氮氣地層水：礦化度為4300mg/L 發(fā)泡劑：HY3型 實驗步驟（1）巖心抽空飽和地層水，水測巖心滲透率。在高壓條件下注入泡沫直至巖心出口有穩(wěn)定的泡沫排出，注入壓力穩(wěn)定。表41 巖心滲流實驗結(jié)果方案巖心號類型滲透率（103181。原因是要產(chǎn)生泡沫需要一定的能量，注入流速小，產(chǎn)生的流動能力較小，泡沫封堵能力較差；注入流速增大，產(chǎn)生的流動能力增大，足以克服發(fā)泡所做的功，因此，體系的發(fā)泡性能有較大提高，產(chǎn)生的泡沫性能較好，對地層的封堵能力增強，導(dǎo)致泡沫流動壓差增加。間隔75cm安裝了5個壓力傳感器測量壓力，通過數(shù)據(jù)線連接，由計算機自動記錄壓力。 實驗結(jié)果與分析填砂管的滲透率在1200103181。實驗結(jié)果如表42和圖447所示。從圖447中可以看出：注入氮氣時，5個測壓點起始壓力相同，隨著注入量的增加，各測壓點壓力增加幅度不大，并且有一定波動。在傳導(dǎo)過程中，隨著注入量的增加，從填砂管入口到出口各點壓力依次增大，說明在巖心內(nèi)部產(chǎn)生了穩(wěn)定的復(fù)合泡沫，泡沫流達(dá)到穩(wěn)定后填砂管各段具有相同的壓力梯度。實驗流程如圖51所示。m2）孔隙度（%）含油飽和度（%）