氮气泡沫固化调堵技术实验研究

郭永贵, 周久穆, 周晓峰

(1大庆油田有限责任公司第十采油厂 2东北石油大学非常规油气研究院)

稠油油藏由于其本身非均质性及蒸汽吞吐所导致的物性变化极易出现窜流带，从而导致开发效果逐次变差。虽然常规的调剖堵水技术在常规油藏的稳油控水中起到了极其重要的作用，但是由于其耐温性能有限，因而不适用于蒸汽吞吐开发的稠油油藏[1-3]。针对此情况，急需开展一种适合于稠油油藏蒸汽吞吐过程中稳油控水的技术。

泡沫作为调驱流体能够有效地封堵窜流通道，达到提高采收率的目的。目前，美国的稠油油藏在蒸汽驱中使用泡沫剂控制汽窜，国内的新疆、辽河等油田也正在开展相关试验[4-8]。基于此，本文提出氮气发泡，树脂固化封堵技术，先用氮气与发泡剂溶液混合发泡，再与固化剂混合形成泡沫浆体，随后注入储层窜流通道固化形成泡沫固体结构。从而解决目前稠油蒸汽泡沫调剖技术存在的技术难题[9-11]。

一、实验部分

1. 实验药品及装置

固化剂体系：酚醛树脂固化剂，自制；改性环氧树脂，东营强品化工公司，发泡剂：表面活性剂1227，东营强品化工公司，发泡稳定剂：聚合物(1400×104)，山东宝莫化工，物理模拟实验装置(恒温箱、中间容器、氮气瓶、压力传感器、填砂管等)，发泡用搅拌器；实验用水为自来水。

2. 体系配方优化

氮气泡沫固化体系为：固化剂+环氧树脂+表面活性剂1227+聚合物+氮气+水。固定体系中的其它组分，改变其中某一组分的比例后在静态条件下考察体系的性能变化情况。

3. 体系性能测试

优化出体系的最佳配方后，考察其抗温、抗酸碱性、抗压能力。通过物理模拟实验考察其动态性能，包括封堵率、封堵强度、稳定性等参数。

二、结果与讨论

1. 体系配方确定

1.1 发泡剂浓度对体系性能的影响

发泡剂浓度对体系性能的影响结果如图1所示。体系中其它组分为：0.4%固化剂、6%环氧树脂、0.2%聚合物、水。体系总液量为30 mL，待搅拌均匀后通入氮气，用特定的搅拌器剧烈搅拌直至发泡体积不再变化。从图1中可看出，在发泡剂浓度为0.4%～0.5%时较合适。当发泡剂浓度较小时，随着发泡剂浓度的增加，发泡体积增加并达到最大值，随着发泡剂浓度的继续增加，发泡体积开始逐渐减少。浓度较低时，表面吸附低，增加浓度，表面吸附量随之增大，表面张力进一步降低，发泡能力增强。在表面吸附达到饱和后，浓度进一步增加，Marangoni效应减弱，发泡体积减少。

1.2 聚合物浓度对体系性能的影响

聚合物浓度对泡沫稳定性能的影响结果如图2所示。体系中其它组分为：0.4%固化剂、6%环氧树脂、水。从图2可看出，随着聚合物的加入，泡沫的半衰期延长，稳定性增加。聚合物为高分子聚合物，加入后可从两方面提高泡沫的稳定性，一是降低液体表面张力，提高泡沫薄膜的质量，增加薄膜的黏弹性，减小泡沫的透气性，增强泡沫的稳定性;第二类是增黏性物质，通过提高液相黏度来减缓泡沫的排液速率，从而提高泡沫的稳定性。从图2中可知，聚合物浓度在0.2%时较合适。

图2 常温下聚合物浓度对泡沫性能的影响

1.3 固化剂对体系性能的影响

固化剂对体系性能的影响如图3所示。体系中其它组分为： 6%环氧树脂、0.4%发泡剂、0.2%聚合物、水。从图3中可知，随着固化剂浓度的增加，固化剂与环氧树脂的反应加快，固化时间缩短，结合矿场施工时间可知，浓度为0.4%的固化剂是较合适的。

图3 65℃下固化剂浓度对泡沫固化性能的影响

1.4 环氧树脂对体系性能的影响

环氧树脂对体系性能的影响如图4所示。体系中其它组分：0.4%固化剂、0.4%发泡剂、0.2%聚合物、水。随着环氧树脂浓度的增加，体系固化后的包裹膜变厚变强，因而抗压能力增强。从图4中可知，浓度为6%的环氧树脂较合适。

图4 环氧树脂浓度对体系性能的影响

2. 体系适应性能分析

2.1 抗温性能

体系的抗温能力如图5所示。从图5中可知，泡沫固化调剖体系的热失重率随着温度的升高稍有增加。在350℃以下时，体系的热失重率基本维持不变；在高于400℃以上的温度区间，体系的热失重率开始大幅增加。说明在低于400℃的温度区间，体系的耐高温性能非常稳定。

图5 体系的抗温性能

2.2 抗酸碱性

泡沫固化调剖体系的耐酸碱能力如图6所示。从图6中可知，泡沫固化调剖体系在强酸性介质中失效，而当pH在5～9的环境中能稳定存在，而地层水的pH值一般在6～8之间，因此，泡沫固化调剖体系能满足油藏的地层环境。且在施工过程中如果处理不当需要解堵时可以直接注酸，不会造成施工风险。

图6 泡沫固化体系抗酸碱能力(350℃)

2.3 抗盐性

泡沫固化调剖体系的抗盐能力如图7所示。从图7中可知，泡沫固化调剖体系具有较强的抗盐能力，在矿化度为0～70 000 ppm的范围之间能保持很好的性能。

图7 泡沫固化体系抗盐能力(350℃)

表1 氮气泡沫固化体系的封堵能力(填砂管长1m)

3. 体系动态性能分析

利用填砂管实验测试泡沫固化体系的动态性能，结果如表1所示。从表1中可知该泡沫固化体系具有很强的封堵能力和很高的突破压力，在多孔介质中的封堵效率均在98%以上，突破压力在5 MPa以上。

三、结论

(1)通过室内试验优化出了一种氮气泡沫固化调剖体系，体系的最佳配方为：0.4%固化剂+6%环氧树脂+0.4%表面活性剂1227+0.2%聚合物+水。

(2)氮气泡沫固化调剖体系具有较好的抗温性，抗盐性和抗酸碱性。动态物理模拟实验说明泡沫固化调剖体系具有很强的封堵能力，能够很好的封堵窜流通道扩大波及体积。