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摘要：稠油热采区块进入多轮次吞吐阶段由于地层的非均质性、流度比差异及蒸汽超覆等因素的影响造成周期产油量低，油汽比低、含水高、经济性差。蒸汽纵向和横向波及效率低是造成以上现象的主要原因。颗粒型堵剂无法解决地层深部封堵调剖的问题。泡沫的特性决定其可实现地层深部的封堵调剖。伴蒸汽注入氮气和泡沫剂可有效提高蒸汽的波及效率和驱替效率，提高周期产油量和油汽比。针对胜利油田稠油埋藏深，注汽压力高的实际，研制在310℃条件下可形成有效封堵的泡沫体系。对泡沫体系提高稠油开发效果进行室内研究并开展现场试验。室内研究和现场试验表明，高温复合泡沫体系可有效改善热采稠油油藏吞吐开发效果，是进一步提高稠油热采油藏采收率的有效手段。
关键词：泡沫；稠油；热采；泡沫剂；氮气
前言
稠油油藏进入注蒸汽多轮次吞吐后期，开发效果变差，表现为周期产油量低、油汽比低、综合含水高。注入蒸汽波及效率低是造成以上问题的主要原因。地层非均质性共同导致蒸汽汽窜严重，注入蒸汽从高渗透带窜流，富集剩余油的低渗透带始终没有得到有效动用，这导致多轮次吞吐后期产出液含水增加、效果变差。
伴蒸汽注入高温泡沫体系可提高注入蒸汽的波及效率和驱替效率。通过加入高温泡沫剂和氮气，在地层孔道中产生泡沫，高强度的泡沫膜使气相的渗流能力急剧降低，封堵高渗透层或大孔道，有效地抑制了蒸汽进入高渗层、高渗段、高渗带，转向低渗层、低渗段、低渗带等未驱替带，增加了驱替体积，提高了波及面积，改善油藏开发效果。
国内外的研究表明，伴蒸汽注入泡沫剂和氮气可以有效降低蒸汽在高渗透带的窜流，提高蒸汽的波及系数和驱替效率，是提高稠油热采油藏采收率的有效方式。
胜利油田1984年在单家寺油田开展注蒸汽热采，经过二十多年的开发，几个主力稠油热采区块已进入到多轮次吞吐后期开发阶段，单家寺单十块的平均吞吐周期已达14，草二十块的平均吞吐周期已达12，平均油汽比已降到0.3左右。
针对以上情况开展高温泡沫提高稠油热采开发效果技术研究，重点研究可用于300℃以上的高温复合泡沫体系；对泡沫体系的影响因素进行研究；对不同注入方式对开发效果的影响进行研究；在胜利油田单家寺油田、乐安油田开展现场试验，对实验结果进行系统分析。
1.室内研究
1.1高温复合泡沫剂的合成
泡沫剂是影响泡沫驱替效果的核心因素之一。好的泡沫剂应具有高阻力因子，低界面张力，低吸附损失，高驱油效率，低成本，采用泡沫驱替工艺后必须有较高的投入产出比。胜利油田稠油埋藏深（平均1100m），注汽压力在10MPa以上，蒸汽温度高于300℃，原有的高温泡沫体系在300℃的阻力因子低于6，无法满足现场应用的需要。因此必须研究一种可适用于高温条件下的泡沫剂。
对不同类型极性基团的发泡性能进行评价，确定极性基团为磺酸基的阴离子表面活性剂的高温发泡性能最佳。在此基础上合成出阴离子性表面活性剂，对表面活性剂的性能进行评价，通过复配提高体系的界面活性和抗盐性，最终确定出高温复合泡沫体系。
主剂的合成采用石家庄炼油厂生产的异丁烯二聚副产物和日本三菱公司乙烯齐六聚副产物。将原料烯烃用芳烃稀释，在一定温度下滴加到含AlCl3催化剂的芳烃溶液中，滴加完毕后恒温反应数小时，用萃取、洗涤等方法除去AlCl3催化剂。在用无水硫酸镁干燥、蒸馏除去物料中过量的芳烃和未反应的烯烃，获得中间产品烷基苯。将含有一定浓度SO3的1.2-二氯乙烷溶液缓慢加到烷基苯1.2-二氯乙烷溶中，滴加过程中控制反应温度，滴加完毕后熟化，再加少量水老化，减压蒸去溶剂得表面活性剂。用氢氧化钠溶液中合，用两相滴定法测定磺化率。
在此基础上通过复配少量醇醚类非离子和短链阴离子组成FCY高温复合泡沫体系。
1.2多孔介质条件下泡沫体系影响因素研究
对影响因素的研究主要通过测试泡沫高温半衰期的变化和在管式模型中阻力因子的变化。研究温度、矿化度、残余油饱和度、气液比对泡沫封堵效率的影响。
FCY泡沫体系存在一个最佳的温度作用范围，过低或过高的温度对其在多孔介质中的发泡性能均造成影响。由于研制的FCY高温泡沫体系具有较大的分子量，过低的温度不利于其在泡沫液膜上的规则分布，过高的温度使分子运动过于剧烈，泡沫液膜的稳定性降低，封堵效率明显下降。200℃左右该体系具有最佳的封堵调剖性能。适当的矿化度可以降低泡沫剂分子极性基团之间的静电斥力，增加泡沫的稳定性，过高的矿化度尤其是过高的钙镁离子浓度，使泡沫剂的极性集团附近形成离子团簇，大大降低了泡沫剂分子的规则排布。
对残余油饱和度的研究通过高温可视发泡试验和阻力因子测试两方面进行。利用表面张力法测的FCY泡沫剂临界胶束浓度为
2.4×10-4mol/L。将泡沫体系按不同质量比同柴油混合，配成0.5%的溶液，放置在高温可视发泡器中，温度分别设定为200℃，测其发泡量和半衰期。伴随着柴油含量的增加，泡沫剂的发泡性能明显下降，泡沫稳定性及半衰期也明显下降。在高于泡沫剂CMC值的某点，泡沫体系的发泡性能基本不随泡沫剂的浓度而变化。当泡沫剂浓度高于CMC值的某点，在溶液内形成胶束体，非极性柴油溶解在胶束内，对发泡性能的影响降低，但液膜内的非极性柴油对液膜内发泡剂分子的排布产生影响，降低了其稳定性。
通过高温岩心流动装置研究岩心残余油饱和度同泡沫阻力因子之间关系。实验在非稳态条件下测封堵压差同残余油饱和度之间关系。实验温度200℃，岩心为线性管式模型，饱和胜利油田单家寺油田稠油油样。
从实验结果分析，当残余油饱和度高于20%时，泡沫体系难于形成较高的封堵压差，当残余油饱和度低于20%时，体系的封堵压差明显增加，这也在另一方面证明了体系的选择封堵性。这种特性对于多轮次吞吐后期稠油油藏显得尤为重要，残余油分布在低渗透带，而泡沫体系在残油油饱和度低的高渗透带形成封堵，后续流体转入驱替高残余油的低渗透带，从而达到提高采收率的目的。
1.3高温泡沫体系提高稠油油藏采收率研究
本次试验通过管式模型对泡沫体系的界面活性及驱体效率进行研究，通过二维模型模拟地层条件下其提高采收率的程度。界面活性及驱替效率的研究：实验方法是用地层砂配成模拟岩芯，岩心渗透率4.7μm2，饱和胜利油田单家寺稠油，岩心温度设为100℃，先注入5PV蒸汽进行驱替，蒸汽温度250℃，然后分别伴蒸汽注入高温薄膜扩展剂和FCY泡沫剂，共注入3PV。
对实验结果进行分析，伴蒸汽注入FCY泡沫剂的采收率同伴蒸汽注入高温薄膜扩展剂的采收率近似，均远高于单纯注入蒸汽的采收率。说明FCY泡沫剂本身具有较高界面活性，可有效降低油水界面张力，提高注入蒸汽的驱替效率，其提高注入流体驱替效率的程度同高温薄膜扩展接近。泡沫体系可提高驱替效率30%，在几种方式中提高驱替效率程度最高。
通过二维矩形模型研究高温泡沫体系提高稠油热采油藏采收率程度。模型内部尺寸为60cm×6cm×1.5cm，模拟油层厚度15m，井间距150m的两口井，分别为注汽井和生产井，模拟蒸汽连续注入生产井连续生产。蒸汽温度250℃，排量3ml/min，干度70%，泡沫剂注入量1ml/min，氮气排量0.2SSL/min，岩心温度70℃，分别进行蒸汽驱、先蒸汽驱后高温泡沫驱、高温泡沫驱。
单纯注蒸汽5PV已基本达到其极限采收率，为45%。伴蒸汽注入高温复合泡沫体系后采收率有明显提高，采收率提高25%，采油速度明显增加，综合含水下降20%。对于泡沫体系无论采用初期伴蒸汽注入还是蒸汽驱替后期伴蒸汽注入，其最终采收率基本一致。伴蒸汽注入泡沫体系可以有效降低含水，当接近其极限采收率时含水迅速增加，接近99%。
研究不同注入方式对提高采收率的影响，重点研究氮气和泡沫剂分段注入与合注之间差异。注入方式如下，方式一：1PV蒸汽→1PV蒸汽+氮气→3PV蒸汽，方式二：1PV蒸汽→1PV蒸汽+氮气→1PV蒸汽+泡沫剂→2PV蒸汽，方式三：1PV蒸汽→1PV蒸汽+氮气+泡沫剂→3PV蒸汽。对实验结果分析，方式三比方式二提高采收率3%，对应注入压力增长的幅度更高，两者均远高于单纯蒸汽驱采收率。注入压力的增长可理解为泡沫在多孔介质中形成强有力的封堵。单纯注入氮气可以提高采收率，但其幅度非常有限。氮气由于重力差异的影响，会聚集在矩形模型顶部，起到助排的作用，这也是其提高采收率的主要机理。高温条件下由于泡沫剂分子运动剧烈，在地层中的吸附性和泡沫的稳定性均远低于常温状态，对含水饱和度、压力梯度等多孔介质条件下起泡条件要求更加苛刻，因此建议采用混注的方式进行注入。
2.现场应用
2007年8月胜利油田采油院在胜利油田草20区块、滨南单6东、孤岛孤1区开展单井氮气泡沫调剖实验共14井次，10口井为高温泡沫单井吞吐，4口井为间歇蒸汽驱封堵汽窜。单井注汽压力增长0.5MPa～3.2MPa，单井日增油0.8t/d～12.3t/d，增幅为30%～280%，平均增幅92%。截至2008年5月前，10口生产井累计增油5312吨。
GD1-15-X21井本周期措施后注汽压力增长2.1MPa，日产油量同上周期相同时期对比最高增幅达到25t/d以上，含水下降14%～17%，到5月15日至已累计增油1500余吨。
泡沫体系在间歇蒸汽驱封堵汽窜方面取得显著的效果。单56-10-X8从2008年7月13日开始，注汽时连续5个周期与邻近一线5口生产井发生汽窜，表现为生产井日液、含水和温度都大幅度上升。2008年11月注汽，刚注入300吨蒸汽，周围生产井井口温度大幅度上升，导致无法正常注汽。2008年12月15日注汽时进行氮气泡沫调剖，注完3600吨蒸汽周围井日液、日油、含水和温度没有任何升高的变化，说明泡沫体系已形成有效封堵，蒸汽没有沿高渗透带快速窜流。
3.结论
⒈FCY高温复合泡沫体系310℃阻力因子达到20以上，油水界面张力达到10-2mN/m，可以满足胜利油田稠油热采提高采收率的要求。
⒉高温复合泡沫体系可有效提高稠油热采油藏采收率，对于热采油藏氮气泡沫剂混注的效果优于氮气泡沫剂分别段塞注入。
⒊无论开发初期还是吞吐后期注入泡沫体系，其最终采收率是接近的。
参考文献:
［1］廖广志,李立众,孔繁华等.常规泡沫驱油技术.北京.石油工业出版社,1999,147～148.
［2］葸雷等.以齐聚副产物制备耐高温泡沫剂；石油炼制与化工；2002，033（011）49-52
［3］余雪青等.蒸汽驱用高温发泡剂：合成与基本性能；油田化学，1992，9（1）36-44
［4］肖进新,赵振国.表面活性剂应用原理.北京.化学工业出版社,2003.15-19
［5］曹嫣镔等.伴蒸汽注化学剂提高采收率的室内研究；油气采收率技术；2000，7（4），16-19
（作者通讯地址：胜利油田孤岛采油厂山东东营257231）
关键词：泡沫；稠油；热采；泡沫剂；氮气
前言
稠油油藏进入注蒸汽多轮次吞吐后期，开发效果变差，表现为周期产油量低、油汽比低、综合含水高。注入蒸汽波及效率低是造成以上问题的主要原因。地层非均质性共同导致蒸汽汽窜严重，注入蒸汽从高渗透带窜流，富集剩余油的低渗透带始终没有得到有效动用，这导致多轮次吞吐后期产出液含水增加、效果变差。
伴蒸汽注入高温泡沫体系可提高注入蒸汽的波及效率和驱替效率。通过加入高温泡沫剂和氮气，在地层孔道中产生泡沫，高强度的泡沫膜使气相的渗流能力急剧降低，封堵高渗透层或大孔道，有效地抑制了蒸汽进入高渗层、高渗段、高渗带，转向低渗层、低渗段、低渗带等未驱替带，增加了驱替体积，提高了波及面积，改善油藏开发效果。
国内外的研究表明，伴蒸汽注入泡沫剂和氮气可以有效降低蒸汽在高渗透带的窜流，提高蒸汽的波及系数和驱替效率，是提高稠油热采油藏采收率的有效方式。
胜利油田1984年在单家寺油田开展注蒸汽热采，经过二十多年的开发，几个主力稠油热采区块已进入到多轮次吞吐后期开发阶段，单家寺单十块的平均吞吐周期已达14，草二十块的平均吞吐周期已达12，平均油汽比已降到0.3左右。
针对以上情况开展高温泡沫提高稠油热采开发效果技术研究，重点研究可用于300℃以上的高温复合泡沫体系；对泡沫体系的影响因素进行研究；对不同注入方式对开发效果的影响进行研究；在胜利油田单家寺油田、乐安油田开展现场试验，对实验结果进行系统分析。
1.室内研究
1.1高温复合泡沫剂的合成
泡沫剂是影响泡沫驱替效果的核心因素之一。好的泡沫剂应具有高阻力因子，低界面张力，低吸附损失，高驱油效率，低成本，采用泡沫驱替工艺后必须有较高的投入产出比。胜利油田稠油埋藏深（平均1100m），注汽压力在10MPa以上，蒸汽温度高于300℃，原有的高温泡沫体系在300℃的阻力因子低于6，无法满足现场应用的需要。因此必须研究一种可适用于高温条件下的泡沫剂。
对不同类型极性基团的发泡性能进行评价，确定极性基团为磺酸基的阴离子表面活性剂的高温发泡性能最佳。在此基础上合成出阴离子性表面活性剂，对表面活性剂的性能进行评价，通过复配提高体系的界面活性和抗盐性，最终确定出高温复合泡沫体系。
主剂的合成采用石家庄炼油厂生产的异丁烯二聚副产物和日本三菱公司乙烯齐六聚副产物。将原料烯烃用芳烃稀释，在一定温度下滴加到含AlCl3催化剂的芳烃溶液中，滴加完毕后恒温反应数小时，用萃取、洗涤等方法除去AlCl3催化剂。在用无水硫酸镁干燥、蒸馏除去物料中过量的芳烃和未反应的烯烃，获得中间产品烷基苯。将含有一定浓度SO3的1.2-二氯乙烷溶液缓慢加到烷基苯1.2-二氯乙烷溶中，滴加过程中控制反应温度，滴加完毕后熟化，再加少量水老化，减压蒸去溶剂得表面活性剂。用氢氧化钠溶液中合，用两相滴定法测定磺化率。
在此基础上通过复配少量醇醚类非离子和短链阴离子组成FCY高温复合泡沫体系。
1.2多孔介质条件下泡沫体系影响因素研究
对影响因素的研究主要通过测试泡沫高温半衰期的变化和在管式模型中阻力因子的变化。研究温度、矿化度、残余油饱和度、气液比对泡沫封堵效率的影响。
FCY泡沫体系存在一个最佳的温度作用范围，过低或过高的温度对其在多孔介质中的发泡性能均造成影响。由于研制的FCY高温泡沫体系具有较大的分子量，过低的温度不利于其在泡沫液膜上的规则分布，过高的温度使分子运动过于剧烈，泡沫液膜的稳定性降低，封堵效率明显下降。200℃左右该体系具有最佳的封堵调剖性能。适当的矿化度可以降低泡沫剂分子极性基团之间的静电斥力，增加泡沫的稳定性，过高的矿化度尤其是过高的钙镁离子浓度，使泡沫剂的极性集团附近形成离子团簇，大大降低了泡沫剂分子的规则排布。
对残余油饱和度的研究通过高温可视发泡试验和阻力因子测试两方面进行。利用表面张力法测的FCY泡沫剂临界胶束浓度为
2.4×10-4mol/L。将泡沫体系按不同质量比同柴油混合，配成0.5%的溶液，放置在高温可视发泡器中，温度分别设定为200℃，测其发泡量和半衰期。伴随着柴油含量的增加，泡沫剂的发泡性能明显下降，泡沫稳定性及半衰期也明显下降。在高于泡沫剂CMC值的某点，泡沫体系的发泡性能基本不随泡沫剂的浓度而变化。当泡沫剂浓度高于CMC值的某点，在溶液内形成胶束体，非极性柴油溶解在胶束内，对发泡性能的影响降低，但液膜内的非极性柴油对液膜内发泡剂分子的排布产生影响，降低了其稳定性。
通过高温岩心流动装置研究岩心残余油饱和度同泡沫阻力因子之间关系。实验在非稳态条件下测封堵压差同残余油饱和度之间关系。实验温度200℃，岩心为线性管式模型，饱和胜利油田单家寺油田稠油油样。
从实验结果分析，当残余油饱和度高于20%时，泡沫体系难于形成较高的封堵压差，当残余油饱和度低于20%时，体系的封堵压差明显增加，这也在另一方面证明了体系的选择封堵性。这种特性对于多轮次吞吐后期稠油油藏显得尤为重要，残余油分布在低渗透带，而泡沫体系在残油油饱和度低的高渗透带形成封堵，后续流体转入驱替高残余油的低渗透带，从而达到提高采收率的目的。
1.3高温泡沫体系提高稠油油藏采收率研究
本次试验通过管式模型对泡沫体系的界面活性及驱体效率进行研究，通过二维模型模拟地层条件下其提高采收率的程度。界面活性及驱替效率的研究：实验方法是用地层砂配成模拟岩芯，岩心渗透率4.7μm2，饱和胜利油田单家寺稠油，岩心温度设为100℃，先注入5PV蒸汽进行驱替，蒸汽温度250℃，然后分别伴蒸汽注入高温薄膜扩展剂和FCY泡沫剂，共注入3PV。
对实验结果进行分析，伴蒸汽注入FCY泡沫剂的采收率同伴蒸汽注入高温薄膜扩展剂的采收率近似，均远高于单纯注入蒸汽的采收率。说明FCY泡沫剂本身具有较高界面活性，可有效降低油水界面张力，提高注入蒸汽的驱替效率，其提高注入流体驱替效率的程度同高温薄膜扩展接近。泡沫体系可提高驱替效率30%，在几种方式中提高驱替效率程度最高。
通过二维矩形模型研究高温泡沫体系提高稠油热采油藏采收率程度。模型内部尺寸为60cm×6cm×1.5cm，模拟油层厚度15m，井间距150m的两口井，分别为注汽井和生产井，模拟蒸汽连续注入生产井连续生产。蒸汽温度250℃，排量3ml/min，干度70%，泡沫剂注入量1ml/min，氮气排量0.2SSL/min，岩心温度70℃，分别进行蒸汽驱、先蒸汽驱后高温泡沫驱、高温泡沫驱。
单纯注蒸汽5PV已基本达到其极限采收率，为45%。伴蒸汽注入高温复合泡沫体系后采收率有明显提高，采收率提高25%，采油速度明显增加，综合含水下降20%。对于泡沫体系无论采用初期伴蒸汽注入还是蒸汽驱替后期伴蒸汽注入，其最终采收率基本一致。伴蒸汽注入泡沫体系可以有效降低含水，当接近其极限采收率时含水迅速增加，接近99%。
研究不同注入方式对提高采收率的影响，重点研究氮气和泡沫剂分段注入与合注之间差异。注入方式如下，方式一：1PV蒸汽→1PV蒸汽+氮气→3PV蒸汽，方式二：1PV蒸汽→1PV蒸汽+氮气→1PV蒸汽+泡沫剂→2PV蒸汽，方式三：1PV蒸汽→1PV蒸汽+氮气+泡沫剂→3PV蒸汽。对实验结果分析，方式三比方式二提高采收率3%，对应注入压力增长的幅度更高，两者均远高于单纯蒸汽驱采收率。注入压力的增长可理解为泡沫在多孔介质中形成强有力的封堵。单纯注入氮气可以提高采收率，但其幅度非常有限。氮气由于重力差异的影响，会聚集在矩形模型顶部，起到助排的作用，这也是其提高采收率的主要机理。高温条件下由于泡沫剂分子运动剧烈，在地层中的吸附性和泡沫的稳定性均远低于常温状态，对含水饱和度、压力梯度等多孔介质条件下起泡条件要求更加苛刻，因此建议采用混注的方式进行注入。
2.现场应用
2007年8月胜利油田采油院在胜利油田草20区块、滨南单6东、孤岛孤1区开展单井氮气泡沫调剖实验共14井次，10口井为高温泡沫单井吞吐，4口井为间歇蒸汽驱封堵汽窜。单井注汽压力增长0.5MPa～3.2MPa，单井日增油0.8t/d～12.3t/d，增幅为30%～280%，平均增幅92%。截至2008年5月前，10口生产井累计增油5312吨。
GD1-15-X21井本周期措施后注汽压力增长2.1MPa，日产油量同上周期相同时期对比最高增幅达到25t/d以上，含水下降14%～17%，到5月15日至已累计增油1500余吨。
泡沫体系在间歇蒸汽驱封堵汽窜方面取得显著的效果。单56-10-X8从2008年7月13日开始，注汽时连续5个周期与邻近一线5口生产井发生汽窜，表现为生产井日液、含水和温度都大幅度上升。2008年11月注汽，刚注入300吨蒸汽，周围生产井井口温度大幅度上升，导致无法正常注汽。2008年12月15日注汽时进行氮气泡沫调剖，注完3600吨蒸汽周围井日液、日油、含水和温度没有任何升高的变化，说明泡沫体系已形成有效封堵，蒸汽没有沿高渗透带快速窜流。
3.结论
⒈FCY高温复合泡沫体系310℃阻力因子达到20以上，油水界面张力达到10-2mN/m，可以满足胜利油田稠油热采提高采收率的要求。
⒉高温复合泡沫体系可有效提高稠油热采油藏采收率，对于热采油藏氮气泡沫剂混注的效果优于氮气泡沫剂分别段塞注入。
⒊无论开发初期还是吞吐后期注入泡沫体系，其最终采收率是接近的。
参考文献:
［1］廖广志,李立众,孔繁华等.常规泡沫驱油技术.北京.石油工业出版社,1999,147～148.
［2］葸雷等.以齐聚副产物制备耐高温泡沫剂；石油炼制与化工；2002，033（011）49-52
［3］余雪青等.蒸汽驱用高温发泡剂：合成与基本性能；油田化学，1992，9（1）36-44
［4］肖进新,赵振国.表面活性剂应用原理.北京.化学工业出版社,2003.15-19
［5］曹嫣镔等.伴蒸汽注化学剂提高采收率的室内研究；油气采收率技术；2000，7（4），16-19
（作者通讯地址：胜利油田孤岛采油厂山东东营257231）