空气泡沬驱油机理及注入方式

三、泡沫与泡沫驱油对投入开发的油藏，剩余油的散布有以下几种散布方式存在：不持续状的油珠存在于孔隙中间部位；低渗区孔隙存在大部份未启动油；亲水岩石个别孔隙中也存在油膜状态的剩余油；亲油岩石表现粘附油。

原油采收率为波及效率与洗油效率的乘积；因此，提高采收率主要有二个途径，一是提高波及系数，主如果通过加入聚合物来减少驱替液的流度而达到目的；二是提高洗油效率，主要方式是改变岩石表面的润湿性和减少毛细管现象的不利影响，一般利用表面活性剂。

泡沫驱是提高采收率的方式中最有发展前途的三次采油方式之一，空气泡沫驱既能显著地提高波及系数，又能提高洗油效率。

1、泡沫的物理特性①紧缩性：泡沫是由以液膜壁分开的气泡组成，泡沫整体积中气体部份体积含量称为泡沫质量，液体部份的体积含量称为泡沫湿度；通常泡沫质量的转变范围是50-99%。

若泡沫质量低于50%，这种水-气混合物的状态是液体中悬浮着气泡和没有气泡的单一流体。

由于气体的存在，这种流体可以紧缩。

泡沫的液体部份本质上是不可紧缩的，而气体部份是可以紧缩的，所以这种流体为半紧缩体。

②流变性：泡沫是一种假塑性流体，在低剪切速度下具有很高的表观粘度，但其粘度随剪切速度的增加而降低。

在必然剪切速度下，泡沫的表观粘度随泡沫质量的增加而升高。

③稳定性：泡沫具有十分庞大的气液界面面积，因此有较高的表面自由能。

从热力学角度看，泡沫是不稳定体系，自由能具有自发减少的偏向；致使泡沫的逐渐破灭，直至气、液完全分离；但是体系中表面活性剂的存在，大大降低了气液之问的界面张力；使泡沫具有了相对的暂时稳定性。

泡沫稳定性一般是以必然数量的泡沫样品在单位时间内的排出液量来量度的。

排出液量越多，则泡沫越不稳定。

泡沫稳定性与泡沫质量和体系中的液相粘度有关。

泡沫质量越高，泡沫稳定性越好；液相粘度增加，可增加液膜的机械强度，因此稳定性变好。

可是，若是液相粘度太高，不仅阻碍气体在液相中的分散，而且无益于活性剂分子在液膜中的移动，体系在受到物理和机械作历时，便会产生严重的降解。

这时，泡沫稳定性是随泡沫质量的升高而降低的。

④油敏性：泡沫的油敏性反映泡沫与油类接触时的稳定性特征。

泡沫在空气中静置时，一般在30-50分钟后才能排出全数液体，而当与油类接触时，只需几分钟即可将液量全数排出。

可以说，无论用何种表面活性剂配制的泡沫，接触油类后稳定性老是降低的。

2、泡沫在多孔介质中的渗流特性泡沫在多孔介质中渗流时表现出以下独特的渗流特性：①泡沫在渗流时不断地破灭与再生；泡沫在多孔介质内渗流时，并非是以持续相的形式通过介质孔隙的，而是不断地破灭与再生，气体在泡沫破灭、再生进程中向前运动，液体则通过气泡液膜网络流过孔隙介质；液体是持续相，气体是非持续相。

孔隙介质的作用像一个可变的滤器，泡沫的两相以不同的速度在孔隙介质中移动，气体比液体移动得快。

②泡沫在孔隙介质中具有很高的视粘度，视粘度随介质孔隙度的增大而升高；泡沫在多孔介质中渗流时，其视粘度(表观粘度或有效粘度)比活性水和气体的粘度都高得多，并随介质孔隙度(或渗透率)的增大而升高。

泡沫是假塑性流体，粘度随剪切应力的增加而降低。

孔道大则流速低，剪切应力小，因此视粘度较高。

泡沫的这种特性，无益于它在大孔道中的流动，而有利于在小孔道中的流动，超级适合于非均质油层驱油。

③泡沫在含油孔隙介质中稳定性变差，并随介质含油饱和度的升高而降低；泡沫在含油孔隙介质中的稳定性，可通过不同含油饱和度多孔介质中泡沫带的形成，泡沫的运行速度与距离，泡沫的破灭与再生情况和压力等方面的观察来对比分析。

实验证明，随介质含油饱和度的增加，泡沫稳定性明显变差，泡沫运行距离相对缩短。

可是，驱油实验表明，进入有残余油存在的多孔介质的泡沫，在继后的水驱进程中并非很快消失，需要注入数十倍孔隙体积的水才能排尽。

这说明泡沫的稳定性足以维持到驱油进程结束。

3、泡沫驱油实验①泡沫驱油效果泡沫驱油直接观察：在饱和油的平面非均质模型中，泡沫首先进入高渗透大孔道，随着注入量的增多，慢慢形成堵塞，阻止泡沫进一步流入大孔道，迫使泡沫更多地进入低渗透小孔道驱油，直到泡沫进入整个岩心孔隙，尔后驱动流体便能比较均匀地推动，将大小孔道(即高、低渗透率岩心)内的原油全都驱扫。

②驱油效果及原因分析泡沫能有效地改善驱动流体在非均质油层中的流动状况(流度比)，提高注入流体的波及效率，油层非均质越严重，对泡沫驱油越有利。

岩石绝对渗透率越大，泡沫液粘度越大，因为当渗透率较低时，孔隙较小，泡沫容易受挤压而破裂，因此粘度较小；在渗透率较高的介质中的泡沫能降低较强的相对气体的运移。

有泡沫时，地层的含气饱和度上升比无泡沫时慢，而且气相推动的前缘比较平缓，不易产生指进，地层的气相压力上升比较慢，注采井压力梯度比较大，这表明流动阻力大。

泡沫的粘度随着结构的变细(即泡沫密度)的变大而增大，即较小的泡沫产生较大阻力，进而产生较大的粘度。

产生上述效果的原因在于泡沫在多孔介质内的渗流特性，泡沫首先进入流动阻力较小的高渗透大孔道，由于泡沫在大孔道中流动时有较高的视粘度，流动阻力随泡沫注入量的增加面增大，当增大到超过小孔道中的流动阻力后，泡沫便愈来愈多地流入低渗透小孔道。

泡沫能流入小孔道的原因还有：泡沫在小孔道中流动时视粘度低，小孔道中含油饱和度高，泡沫稳定性差。

两种因素的作用结果最终致使泡沫在高、低渗透率油层内均匀推动，波及效率扩大泡沫还具有必然洗油能力。

因此泡沫驱油能大幅度提高采收率。

4、泡沫驱油的动态特征室内实验表明，当持续注入泡沫时，无论利用何种起泡剂，产出物的顺序都是相同的。

①气体冲破泡沫在孔隙介质中渗流时，气体比液体流动得快，泡沫前缘与原油接触后发生部份降解，可致使气体向驱替前缘冲破。

②油带冲破泡沫驱油的效果主要产生在气体冲破后大量原油产出的这一阶段。

③泡沫驱出共生水带表面活性剂降低了地层水与气体之间的界面张力，使毛管力发生了转变，加上泡沫粘度高的作用，可使残余水饱和度降到低于束缚水饱和度，部份束缚水被驱替出来，在油带以后形成一个共生水带。

④泡沫带冲破泡沫带的冲破，意味着驱油效果大体消失，在其后的油水同产阶段中，大量产水，产油很少。

四、空气泡沫调驱的主要机理空气-泡沫驱提高采收率技术创造性地将空气驱和泡沫驱有机地结合起来，是一项最近几年来在注空气法采油和泡沫驱油技术大体上发展起来的一项三次采油新技术。

用泡沫剂作为调剖剂，空气作为驱油剂，本着“边调边驱”的原则，具有调剖和驱油的双重功能，克服了注空气驱“气窜”的缺点。

把空气作为泡沫和气驱的一种气体资源，来源充分，取之不尽，而且综合本钱低，具有较强的实际应用价值。

关于空气-泡沫驱油的基理，目前在学术界的熟悉也是复杂的、多方面的。

但在特低温油藏这方面的经验较少。

按照下寺湾油田的实际，结合学术界对泡沫驱油基理的研究，对特低温油藏空气泡沫驱油机理探析论述。

一、提高地层能量维持地层压力，增加弹性油能量；空气注入到油藏时，维持地层压力或提高地层压力，起到补充和维持地层能量，减缓弹性驱所造成的地层能量递减。

二、稀释降粘；在地层压力条件下，空气能部份溶解于原油，使原油膨胀，降低原油粘度。

同时空气溶解使原油体积膨胀，膨胀油将水挤出孔隙空间，使排驱的油相相对渗透率高于吸吮时的水相相对渗透率，发生相对渗透率转换，有利于油流流动环境。

3、堵水不堵油；泡沫具有“遇油消泡、遇水稳定”的性能，它在含油饱和度高的油层部位易溶于油，不起泡，不堵塞孔隙孔道，提高油相渗透率；而在水层中能够发泡、增粘，降低水相渗透率，从而有效地提高波及系数及驱油效率。

4、泡沫具有“堵大不堵小”的功能，即优先进入高渗透大孔道，泡沫减弱气指进作用，提高波及系数；泡沫在多孔介质中有独特的渗流特性，其视粘度比活性水和气体的粘度都高的多，并随介质孔隙度（或渗透率）的增大而升高，泡沫是假塑性流体，粘度随剪切应力的增加而降低，泡沫遇油后稳定性降低，这些特性无益于泡沫在油层大孔道内的流动，而有利于在油层小孔道内的流动，因此它能有效地提高驱替液在非均质油层内的波及效率。

五、活性起泡剂具有洗油作用，提高驱油效率；起泡剂本身是一种活性很强的阴离子型表面活性剂，能较大幅度降低油水界面张力，改善岩石表面润湿性，使原来呈束缚状的油通过油水乳化、液膜置换等方式成为可动油，泡沫能有效的改善驱动液体在非均质油层内的流动状况（流度比），提高注入流体的波及效率。

油层非均质越严重，对泡沫驱油越有利。

六、调剖作用；一是泡沫对高渗透带的选择性封堵：高渗透带阻力小，气体会优先进入，占据孔隙的大部份空间，减少液相的饱和度，从而降低液相的流动能力；二是泡沫对高含水层的选择性封堵：泡沫对含油饱和度比较敏感，在含油饱和度低的地方，能形成稳定的强泡沫，产生有效的封堵；三是泡沫封堵后能产生液流转向作用：在高含水层和高渗透带产生有效封堵后，注入水产生液流转向作用，扩大波及体积，提高驱油效率；四是泡沫中的气组分在气泡破裂后产生重力分异，上升到渗透率更低的，注入水难以抵达的油层顶部，扩大了波及体积，提高了驱油效率。

由于空气泡沫调驱技术作用机理是多方面的和复杂性的，还需要在此后进一步研究。

五、空气-泡沫驱油的注入方式空气泡沫驱油的注入方式有多种，注入方式与泡沫的产生方式密切相关，广义上讲，“泡沫的产生”和“泡沫的注入方式”可以互换。

泡沫产生方式常常利用的有以下几种：1、在地面利用泡沫发生器产生；二、通过管柱向下运移进程中产生；3、在孔眼处产生，需要两根管柱，一根用来注入气体，另一根用来注入表面活性剂溶液；4、共注入泡沫，在表面活性剂溶液和空气一路注入进程中，在孔隙介质的入口部份当场产生泡沫；在共注入进程中，表面活性剂不断地被注入或随气体和水注入(半持续注入)。

5、交替注入，通过交替注入表面活性剂溶液和空气而产生，在表面活性剂和气体交替泡沫注入进程中，当气体在油藏驱替表面活性剂溶液时产生泡沫，这种泡沫也称作“排替泡沫”，排替泡沫不仅在孔隙介质的入口部份产生，而且在流动环境下，在气体与表面活性剂侵入的任何地方接触都可产生，只要超过三种因素(表面活性剂，气体和运动)的最小临界量即可。

为了形成泡沫，充沛的气体和表面活性剂需要必然程度的搅拌。

这种搅拌可通过孔隙中两相流动的剪切作用而产生，若是两种流体一种没有或不充沛，那么泡沫就不能形成。

因此，为了维持泡沫，就需要持续地剪切和不断地补充表面活性剂溶液和气体，或所形成的泡沫是长半衰期泡沫(非弹性泡沫)。

因此，要成功地利用泡沫，必需解决以下几个问题：①泡沫是应用于生产井仍是注入井；②当泡沫用于生产井时，除非准备大量泡沫不然在目的层可能出现搅拌剪切不充分和表面活性剂供给不充沛的问题，因此，长半衰期泡沫相当重要的，因为在这种情况下，维持泡沫注入能力和长距离传播并非重要；③当泡沫用于注入井时，选择它的最关键的因素是如何维持长距离传送；④表面活性剂的选择必需以具有代表性的原形条件下进行的室内实验为基础。