碳酸盐岩油藏采用气驱易导致气窜问题，由于泡沫能有效封堵气窜，故泡沫驱近年来在碳酸盐岩油藏得到了较快发展。这方面的研究主要集中在泡沫驱用起泡剂、泡沫驱模拟评价以及数模等方面。Bageri A S等[1]利用灰质碳酸盐岩石进行氮气泡沫调驱实验，筛选了适用于高盐碳酸盐岩油藏的起泡剂Capston FS-51。李海波等[2]建立了可视化模型开展氮气泡沫驱实验，研究了缝洞型碳酸盐岩油藏氮气泡沫驱效果。Al-Maqbali A等[3]依据室内物模实验建立了泡沫驱数学模型，发现泡沫驱的驱替效果皆好于传统水驱与水气交替驱。Ferno M A等[4]认为表面活性剂与气体混注效果优于段塞注入。其实质是表面活性剂与气体形成泡沫，实现了泡沫驱的作用。苏伟等[5]通过微观和宏观剖面可视化模型进行物理模拟，阐明了水驱后剩余油的存在形式、泡沫对剩余油的启动以及影响泡沫驱的因素。龚书[6]认为泡沫可以有效封堵高渗管而改善吸气剖面，使低渗层增油量高于高渗层。刘学全[7]根据超低渗透裂缝型油藏地质条件建立三维地质模型，并据此进行了泡沫辅助空气驱提高采收率数值模拟，发现空气、起泡液交替注入方式最佳，泡沫辅助空气驱投入产出比为1∶2，注水开发效果得以改善。马仁希[8]通过缝洞型碳酸盐岩油藏典型缝洞介质模型，明确了缝洞型油藏中泡沫与气体的驱替特征及运移规律。基于以上各位专家学者的研究，泡沫辅助气驱技术对碳酸盐岩缝洞型油藏泡沫辅助气驱提高采收率意义重大[9-15]。目前，对于缝洞型油藏泡沫驱体系在高温高盐条件下的适应性研究较少，现场泡沫驱的效果较差[16-18]，有必要开展相关研究。
在高压高盐地层条件下，研究了泡沫液黏度随温度变化规律和不同高温下的起泡体积、半衰期、泡沫综合指数以及泡沫形貌，探讨了高温高盐条件下泡沫体系的适应性。
(1) 仪器：ZW-12高温高压起泡仪、体视显微镜、HAAKE高温高压流变仪HAAKE Viscotester iQ。
(2) 材料：高温稳定剂、除氧剂、交联剂、游离基、促进剂、抗盐剂、改性聚合物Ⅰ、改性聚合物Ⅱ、纳米黑卡浓溶液、可溶性淀粉、矿化度为22×104 mg/L的模拟地层水(K+质量浓度44 636 mg/L、Na+质量浓度53 364 mg/L、Ca2+质量浓度1.500 0 mg/L、Mg2+质量浓度0.800 0 mg/L、Cl-质量浓度9.049 5 mg/L、HCO3-质量浓度0.850 5 mg/L)、塔河原油(50 ℃黏度为38.9 mPa·s)、N2。
(1) 常规高温泡沫基液的制备：依次将质量分数为0.5%的高温稳定剂、0.2%的除氧剂和0.1%的交联剂加入100 mL模拟地层水中，溶解完全；再加入100 mL用模拟地层水配制的起泡剂溶液，混合均匀；最后将其置入70 ℃的烘箱中，经2~3 h成胶制得高温泡沫基液。
(2) 微分散凝胶泡沫基液的制备：在300 r/min搅拌速度下，依次将质量分数为0.3%的改性聚合物Ⅰ、0.3%的改性聚合物Ⅱ加入到100 mL模拟地层水中，溶解完全；然后加入质量分数为0.1%的高温稳定剂、0.1%的除氧剂和0.05%的游离基，溶解完全；再加入100 mL用模拟地层水配制的起泡剂溶液；最后将其置入90 ℃的烘箱中，经1~2 h成胶制得微分散凝胶泡沫基液。
(3) 双重交联聚合物复合泡沫基液的制备：在300 r/min搅拌速度下，依次将质量分数为0.6%的多糖衍生纤维、0.4%的交联剂、0.2%的稳定剂、0.4%的促进剂和0.1%的抗盐剂加入100 mL模拟地层水中，溶解完全；再加入100 mL用模拟地层水配制的起泡剂溶液；最后将其置入90 ℃的烘箱中，经1~2 h成胶制得双重交联聚合物复合泡沫基液。
(4) 纳米黑卡增强泡沫基液的制备：依次将1 mL纳米黑卡浓溶液(质量分数为0.5%)、质量分数为0.2%的除氧剂和0.1%的稳定剂加入100 mL模拟地层水中，溶解完全；再加入100 mL用模拟地层水配制的起泡剂溶液，制备成纳米黑卡增强泡沫基液。
(5) 高温淀粉凝胶泡沫基液的制备：在300 r/min搅拌速度下，依次将质量分数为0.6%的可溶性淀粉、0.2%的交联剂、0.2%的稳定剂和0.1%的抗盐剂加入100 mL模拟地层水中，溶解完全；再加入100 mL用模拟地层水配制的起泡剂溶液；最后将其置入90 ℃的烘箱中，经1~2 h成胶制得高温淀粉凝胶泡沫基液。
将泡沫基液倒入高温高压起泡装置中，恒定温度和压力，通入N2 1 min，在3 000 r/min下搅拌1 min，制得系列泡沫。
目前，泡沫体系评价方法大多在中高温和常压下开展，与实际情况存在较大差异。为了进一步准确描述泡沫在油藏实际条件下的性能，开展了泡沫体系在高温高压条件下的性能测试，采用式(1)计算泡沫综合指数(FCI)，确定泡沫体系在高温高压条件下的性能优劣。
式中：Vmax为起泡体积，mL；t1/2为泡沫半衰期，min。
FCI考虑了泡沫体系的起泡高度(或起泡体积)和泡沫半衰期两个指标，因此，对泡沫体系发泡性能的评价更直观和合理[19-21]。
恒定泡沫液质量分数为1%、压力为40 MPa、矿化度为22×104 mg/L，在高温条件下，采用高温高压流变仪测定5种泡沫的黏度，采用高温高压起泡装置充N2搅拌，测定起泡体积和消泡半衰期，计算出泡沫综合指数，采用体视显微镜观察泡沫形貌(放大50倍)。
泡沫在高温下的黏度、起泡体积、消泡半衰期和FCI见表 1，泡沫形貌如图 1所示。
从表 1可知，常规高温泡沫随着温度从110 ℃升至150 ℃，黏度下降4倍，FCI减小4.5倍。这主要是由于温度的升高，泡沫液黏度下降明显，引起泡沫液膜变薄，半衰期显著下降，从而导致FCI明显降低。
从图 1可知，常规高温泡沫随着温度从110 ℃升至150 ℃，泡沫平均直径从60 μm逐渐变大到180 μm，泡沫平均直径增加了2倍，且温度越高，泡沫均一性越差，大泡沫增加，小泡沫减少，泡沫稳定性下降。这主要是由于温度的升高，分子运动加剧，液膜的排液速度增大，没有足够的表面活性剂在液膜界面上，导致泡沫破裂、聚并成大泡沫。
双重交联聚合物复合泡沫液的黏度、起泡体积、消泡半衰期和FCI见表 2，泡沫形貌如图 2所示。
从表 2可知，双重交联聚合物复合泡沫随着温度从110 ℃升至150 ℃，黏度下降约4倍，起泡体积增加0.35倍，半衰期减小2倍，FCI减小1.2倍，FCI随温度变化较小。这主要是由于温度的升高，双重交联聚合物复合泡沫液黏度下降较少，引起泡沫液膜变薄倾向减弱，半衰期下降较少，从而导致FCI降低较少。在各个温度下，其泡沫液黏度比常规高温泡沫黏度高0.5~1.0倍左右。这主要是由于交联作用形成了致密网络结构，黏度更大。依据马克三角原理，其热稳定性大大提高，形成泡沫的强度也大大提高。
从图 2可知，双重交联聚合物复合泡沫随着温度从110 ℃升至150 ℃，泡沫平均直径和泡沫均一性变化规律与常规高温泡沫一致，但粒径变化范围更窄，泡沫稳定性好于常规高温泡沫。由于双重交联聚合物复合泡沫强度高，能有效填充界面膜上的孔隙，使得泡沫较均一。
纳米黑卡增强泡沫的黏度、起泡体积、消泡半衰期和FCI见表 3，泡沫形貌如图 3所示。
从表 3可知，纳米黑卡增强泡沫随着温度的升高，黏度下降，FCI减小，与前面双重交联聚合物复合泡沫有相似的变化规律。
从图 3可知，纳米黑卡增强泡沫随着温度从110 ℃升至150 ℃，泡沫平均直径从55 μm逐渐变大到80 μm，粒径变化范围更窄，相同温度下粒径小于常规高温泡沫和双重交联聚合物复合泡沫液，在150 ℃下的小泡沫较多，整体表现出一定的泡沫稳定性。同时，其泡沫基液黏度和FCI均好于常规高温泡沫，但比双重交联聚合物复合泡沫较差。纳米黑卡增强泡沫FCI在150 ℃能达到2 700 mL·min，具有较好的泡沫性能。因此，在150 ℃高温条件下更适合采用纳米黑卡增强泡沫。
微分散凝胶泡沫的黏度、起泡体积、消泡半衰期和FCI见表 4，泡沫形貌如图 4所示。
从表 4可知，随着温度的升高，黏度下降，FCI减小，FCI比前面3种泡沫下降较缓慢。
从图 4可知，微分散凝胶泡沫随着温度从110 ℃升至150 ℃，泡沫平均直径基本保持不变(45~50 μm)，均一性较好，与微分散凝胶泡沫FCI随温度下降缓慢具有一致性。在相同温度条件下，微分散凝胶泡沫基液黏度不高，FCI均好于常规高温泡沫和纳米黑卡增强泡沫，比双重交联聚合物复合泡沫较差，但泡沫尺寸和数量随温度变化不大，因而具有很好的温度适应性。
高温淀粉凝胶泡沫的黏度、起泡体积、消泡半衰期和FCI见表 5，泡沫形貌如图 5所示。
从表 5可知，高温淀粉凝胶泡沫随着温度的升高，黏度下降，起泡体积、半衰期和FCI都显著减小，与常规高温泡沫有相似的变化规律。
从图 5可知，高温淀粉凝胶泡沫液随着温度从110 ℃升至150 ℃，泡沫平均直径从70 μm逐渐变大到210 μm，泡沫均一性较差，泡沫稳定性下降。这主要是由于随着温度的升高，起泡剂和淀粉稳定性变差，界面膜上的分子运动加剧，导致泡沫性能下降。
(1) 在恒定泡沫液质量分数为1%、压力为40 MPa、矿化度为22×104 mg/L条件下，综合考虑泡沫液黏度、泡沫体积、半衰期、FCI及泡沫形貌，温度适应性从强到弱的泡沫顺序为：双重交联聚合物复合泡沫＞微分散凝胶泡沫＞纳米黑卡增强泡沫＞常规高温泡沫＞高温淀粉凝胶泡沫。
(2) 除微分散凝胶泡沫外，其余4种泡沫在温度由110 ℃升至150 ℃的过程中，泡沫平均直径均呈明显增大的趋势，双重交联聚合物复合泡沫和微分散凝胶泡沫耐高温性能相对更好。
(3) 除双重交联聚合物复合泡沫外，其余4种泡沫的黏度、起泡体积、半衰期、FCI均随着温度的升高而降低，而双重交联聚合物复合泡沫液的起泡体积随着温度的升高而升高。
2023, Vol. 52 Issue (1): 74-78 2023, Vol. 52 Issue (1): 74-78