2結(jié)果分析

2.1微納米顆粒三相泡沫體系構(gòu)筑

依據(jù)大慶油田聚驅(qū)后油藏特征，采用不同厚度和滲透率的巖心模型并聯(lián)模擬聚驅(qū)后油藏。巖心模型水驅(qū)、聚驅(qū)和三相泡沫驅(qū)示意圖見圖1。可以看出，聚驅(qū)后油藏注水時，由于水的黏度較低，水主要沿著高滲透層流動，形成無效循環(huán)。注聚合物時，聚合物黏度明顯大于水，聚合物進(jìn)入高滲層可形成一定封堵，使其進(jìn)入中低滲層，中滲層滲流阻力較大，進(jìn)入的聚合物較少，而低滲層滲流阻力最大，進(jìn)入的聚合物更少。因此聚驅(qū)后水驅(qū)或聚驅(qū)無法大幅提高采收率。

聚驅(qū)后油藏要大幅提高采收率，需要同時具有堵調(diào)驅(qū)功能的驅(qū)油體系，泡沫具有堵大不堵小、堵水不堵油作用，適用于非均質(zhì)油藏提高采收率。但普通泡沫只適用于滲透率級差較小的油藏提高采收率，為使泡沫適用于級差較大的聚驅(qū)后油藏提高采收率，本文中利用微納米顆粒、聚合物和表面活性劑形成三相泡沫體系。聚合物和微納米顆粒使泡沫液膜厚度大、排液速度慢、黏彈性大，具有超強(qiáng)泡沫性能;同時體系還具有顆粒、聚合物和表面活性劑3種特性及協(xié)同增效作用。

三相泡沫體系在聚驅(qū)后并聯(lián)巖心模型中，先進(jìn)入高滲層，高滲層含油飽和度低、孔吼大，泡沫可形成有效封堵，并穩(wěn)定向前運(yùn)移;吸附作用導(dǎo)致前緣泡沫破裂后，聚合物和微納米顆粒還具有一定的堵調(diào)作用，有利于后續(xù)泡沫發(fā)揮更好的封堵作用。高滲層形成一定封堵后，泡沫進(jìn)入中滲層，中滲層含油飽和度較高、孔吼較小，泡沫性能降低，經(jīng)過孔喉剪切后泡沫變小，進(jìn)入中滲層內(nèi)部;在中滲層前緣主要以聚合物、顆粒、串流氣體和少量泡沫形態(tài)存在，推動剩余油向前運(yùn)移，次前緣泡沫逐漸增多，即泡沫在中滲層具有調(diào)驅(qū)作用。中高滲層均形成一定堵調(diào)后，泡沫進(jìn)入低滲層，低滲層含油飽和度最高、孔吼最小，泡沫性能明顯降低，且經(jīng)過孔喉剪切后泡沫尺寸更小;低滲層前緣和次前緣主要以聚合物、顆粒和串流氣體形態(tài)存在，推動剩余油向前運(yùn)移，即泡沫均勻驅(qū)替低滲層（圖1）。三相泡沫體系在聚驅(qū)后油藏具有自適應(yīng)堵調(diào)驅(qū)作用，可大幅提高采收率。

圖1水驅(qū)、聚驅(qū)和泡沫驅(qū)示意圖

2.2微納米顆粒三相泡沫體系溶液特性

2.2.1三相泡沫體系液相剪切黏度

三相泡沫體系液相剪切黏度如圖2所示。由圖2（a）可知，隨著顆粒質(zhì)量濃度增加，DPCG三相泡沫體系液相的剪切黏度先快速增加，而后趨于平穩(wěn)，而PPCG體系的剪切黏度僅略有增加。SNP、BNP或ANP對三相泡沫體系液相的剪切黏度影響較小。由圖2（b）可知，隨時間增加，不同三相泡沫體系液相的剪切黏度先快速降低，而后趨于平穩(wěn)。PPCG或PPCG三相泡沫體系液相剪切黏度保留率接近67%，SNP、BNP或ANP體系的保留率約為63%。

圖2三相泡沫體系液相剪切黏度

DPCG或PPCG溶于水后，吸水膨脹形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的軟體內(nèi)核，外部具有親水支鏈，形成軟體微米顆粒。DPCG或PPCG與DWS和聚合物通過靜電、范德華力和纏繞作用，均勻分布在液相中。PPCG僅具有短親水支鏈，使其三相泡沫體系液相剪切黏度略增加;而DPCG具有長親水支鏈，使其三相泡沫體系液相剪切黏度明顯增加。SNP、BNP或ANP為硬質(zhì)納米顆粒，對其三相泡沫體系液相剪切黏度不產(chǎn)生影響。隨時間增加，軟體微米顆粒溶脹更充分，對體系剪切黏度的貢獻(xiàn)更大;而硬質(zhì)納米顆粒體系的剪切黏度主要為聚合物黏度的宏觀體現(xiàn)。DPCG或PPCG體系的剪切黏度保留率高于SNP、BNP或ANP的。

2.2.2三相泡沫體系運(yùn)動黏度

三相泡沫體系運(yùn)動黏度見圖3。可以看出，不同三相泡沫體系運(yùn)動黏度差別較大，DPCG體系的最大，PPCG、BNP、SNP和ANP體系的依次降低。放置30 d后DPCG或PPCG體系的運(yùn)動黏度保留率接近77%，而BNP、SNP或ANP體系的保留率56%~65%。三相泡沫體系的運(yùn)動黏度明顯大于其液相的。不同三相泡沫體系液相的運(yùn)動黏度差別較小，其中DPCG或PPCG體系的較大，SNP、BNP或ANP體系的較小。放置30 d后DPCG或PPCG體系液相的運(yùn)動黏度保留率接近66%，而BNP、SNP或ANP的保留率56%~61%。

圖3三相泡沫體系運(yùn)動黏度

DPCG與DWS和聚合物具有較強(qiáng)的靜電、范德華力和纏繞作用，使其三相泡沫體系具有較大的拉伸黏度、剪切黏度和黏彈性，導(dǎo)致DPCG三相泡沫體系運(yùn)動黏度最大。而PPCG僅具有短支鏈，與DWS和聚合物的靜電、范德華力和纏繞作用相對較弱，導(dǎo)致其運(yùn)動黏度低于DPCG的。硬質(zhì)納米顆粒在溶液中與DWS和聚合物的靜電、范德華力和纏繞作用較弱，因此其三相泡沫體系運(yùn)動黏度較低。

放置后不同三相泡沫體系的液相剪切黏度和泡沫性能均降低，使其在毛細(xì)管中流動的流體內(nèi)部拉伸黏度、與內(nèi)壁剪切黏度和液膜黏彈性減弱，導(dǎo)致其運(yùn)動黏度降低。由于軟體微米顆粒三相泡沫體系的剪切黏度和泡沫綜合指數(shù)保留率高于硬質(zhì)納米顆粒的，因此DPCG或PPCG體系的運(yùn)動黏度保留率大于BNP、SNP或ANP體系的。

2.2.3三相泡沫體系液相界面張力

三相泡沫體系液相界面張力見圖4。由圖4（a）可知，當(dāng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.4%時，SNP三相泡沫體系液相與原油可形成超低界面張力。隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，體系的界面張力增加，達(dá)不到超低。ANP體系的界面張力變化趨勢與SNP的相似，但界面張力更高一些。BNP、DPCG或PPCG三相泡沫體系液相的界面張力隨顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加略有增加，仍保持超低界面張力。由圖4（b）可知，隨時間增加，不同三相泡沫體系液相的界面張力變化不大，ANP三相泡沫體系液相的界面張力仍無法達(dá)到超低，其余體系的界面張力保持超低。

DPPG、PPCG或BNP三相泡沫體系的油水界面緊密排列DWS，同時嵌入少量DPCG、PPCG或BNP片狀結(jié)構(gòu)，使界面張力略有升高。SNP質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時，油水界面排布DWS和SNP-DWS顆粒體系，使DWS排布緊密度降低，導(dǎo)致界面張力顯著增加。同樣，ANP降低了油水界面DWS排布緊密程度，導(dǎo)致界面張力升高。

圖4三相泡沫體系液相界面張力

2.2.4三相泡沫體系泡沫性能

三相泡沫體系泡沫綜合指數(shù)見圖5。由圖5（a）可知，隨顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，BNP、DPCG或PPCG三相泡沫體系的泡沫綜合指數(shù)先增加后降低，而SNP或ANP體系的泡沫綜合指數(shù)先快速增加，而后趨于平穩(wěn)。DPCG三相泡沫體系的泡沫綜合指數(shù)極大值最大，SNP、BNP或PPCG三相泡沫體系的泡沫綜合指數(shù)低于DPCG的，而ANP的最小。由圖5（b）可知，隨時間增加，不同三相泡沫體系的泡沫綜合指數(shù)先快速降低，而后趨于平穩(wěn)。DPCG或PPCG三相泡沫體系的泡沫綜合指數(shù)大于SNP、BNP或ANP體系的。DPCG或PPCG三相泡沫體系的泡沫綜合指數(shù)保留率達(dá)84%，其余體系保留率為50%~72%。

不同三相泡沫體系的起泡體積基本一致，導(dǎo)致泡沫綜合指數(shù)差異的原因是泡沫穩(wěn)定性、攜液量和攜液穩(wěn)定性不同。DPCG或PPCG三相泡沫體系氣液表面排布的DWS中嵌入顆粒和聚合物;氣泡間液膜內(nèi)，顆粒與聚合物和DWS通過靜電、范德華力和纏繞作用，使顆粒均勻分布在液膜內(nèi)，使液膜的厚度增加、黏彈性增強(qiáng)，導(dǎo)致泡沫穩(wěn)定性、攜液量和攜液穩(wěn)定性提高，即泡沫綜合指數(shù)顯著增加。當(dāng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)過大時，顆粒吸附過多DWS和聚合物，懸浮性能變差，泡沫綜合指數(shù)出現(xiàn)降低。DPCG具有長親水支鏈，DPCG與DWS和聚合物作用強(qiáng)于PPCG，因此DPCG三相泡沫體系的泡沫綜合指數(shù)大于PPCG的。

圖5三相泡沫體系泡沫綜合指數(shù)

SNP三相泡沫體系氣液表面排布有DWS、聚合物和SNP-DWS;氣泡間液膜內(nèi)，SNP與DWS親水基團(tuán)靜電排斥作用，及聚合物增黏作用，使SNP懸浮在液膜內(nèi)，液膜的厚度和黏彈性增加，導(dǎo)致泡沫穩(wěn)定性、攜液量和攜液穩(wěn)定性增加，泡沫綜合指數(shù)顯著增加。BNP三相泡沫體系氣液表面排布的DWS中嵌入少量BNP片狀結(jié)構(gòu)和聚合物;氣泡間液膜內(nèi)，BNP片狀結(jié)構(gòu)與DWS和聚合物相互作用懸浮在液膜內(nèi)，使液膜排液速度降低，泡沫歧化速度減緩，導(dǎo)致泡沫穩(wěn)定性、攜液量和攜液穩(wěn)定性增加，泡沫綜合指數(shù)明顯增加。而ANP與DWS和聚合物的作用相對較弱，其泡沫綜合指數(shù)相對較差。

隨時間增加，軟質(zhì)微米顆粒吸水膨脹形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的軟體內(nèi)核，外部具有親水支鏈，使其保持較好的懸浮性，而硬質(zhì)納米顆粒在三相泡沫體系中會出現(xiàn)少量沉淀。因此軟質(zhì)微米顆粒三相泡沫體系泡沫綜合指數(shù)保留率大于硬質(zhì)納米顆粒的。由于親水支鏈差異，DPCG懸浮性能好于PPCG的，導(dǎo)致DPCG體系保留率最好。

2.3微納米顆粒三相泡沫體系堵調(diào)驅(qū)特性

2.3.1三相泡沫體系驅(qū)油效果

三相泡沫體系聚驅(qū)后驅(qū)油效果見圖6。由圖6可知，3支并聯(lián)巖心水驅(qū)采收率約為38%，聚驅(qū)采收率約為17%，聚驅(qū)后DPCG三相泡沫體系注入壓力和驅(qū)油效果最好，聚驅(qū)后采收率超過15%;PPCG體系次之，采收率超過14%。聚驅(qū)后SNP或BNP三相泡沫體系注入壓力和驅(qū)油效果相對較差，聚驅(qū)后采收率約為13%。聚驅(qū)后ANP三相泡沫體系注入壓力和驅(qū)油效果最差，但聚驅(qū)后采收率仍超過10%。

DPCG三相泡沫體系的黏度性能和泡沫性能最好，同時具有超低界面張力，導(dǎo)致其注入壓力和驅(qū)油效果最好。而PPCG親水支鏈較短，使其黏度性能和泡沫性能低于DPCG的，導(dǎo)致其注入壓力和驅(qū)油效果略低于DPCG的。SNP、BNP或ANP三相泡沫體系黏度性能和泡沫性能均低于PPCG的，使其注入壓力和驅(qū)油效果低于PPCG的。ANP三相泡沫體系不具超低界面張力，導(dǎo)致其注入壓力和驅(qū)油效果最差。

圖6三相泡沫體系聚驅(qū)后驅(qū)油效果

2.3.2三相泡沫體系剖面改善效果

三相泡沫體系聚驅(qū)后剖面改善效果見圖7。由圖7可知，不同三相泡沫體系在高滲與中低滲層的剖面改善率（FHPR-MLPR）高于63%，在高、中滲與低滲層的剖面改善率（FHMPR-LPR）高于68%，平均改善率大于65%。其中DPCG或PPCG三相泡沫體系的FHPR-MLPR和FHMPR-LPR最好（超82%），DPCG三相泡沫體系的FHMPR-LPR低于FHPR-MLPR。SNP、BNP或ANP三相泡沫體系的FHPR-MLPR和FHMPR-LPR相對較差，但其FHMPR-LPR好于FHPR-MLPR。

圖7三相泡沫體系聚驅(qū)后剖面改善效果

DPCG或PPCG三相泡沫體系的泡沫綜合指數(shù)、運(yùn)動黏度和剪切黏度最大，且含有軟體微米顆粒和聚合物特性，對高中滲層具有自適應(yīng)封堵和調(diào)驅(qū)作用，導(dǎo)致其FHPR-MLPR和FHMPR-LPR較高;但DPCG三相泡沫體系泡沫綜合指數(shù)高，且含有長支鏈軟體微米顆粒，導(dǎo)致其進(jìn)入低滲層相對困難，因此其FHPR-MLPR略高于FHMPR-LPR。而SNP、BNP或ANP三相泡沫體系的泡沫綜合指數(shù)、運(yùn)動黏度和剪切黏度相對較差，同時含有硬質(zhì)納米顆粒和聚合物，對高中滲層有效封堵和調(diào)驅(qū)效果相對較差，使FHPR-MLPR和FHMPR-LPR相對較差;由于泡沫綜合指數(shù)相對較小，且納米顆粒粒徑較小，使其易進(jìn)入低滲層，導(dǎo)致其FHMPR-LPR好于FHPR-MLPR。

2.4微納米顆粒三相泡沫體系溶液特性與驅(qū)油效果相關(guān)性

應(yīng)用歸一化和權(quán)重系數(shù)方法，分析三相泡沫體系溶液特性與驅(qū)油效果的相關(guān)性。利用歸一化方法處理三相泡沫體系的特性參數(shù)，對剪切黏度、運(yùn)動黏度、界面張力和泡沫綜合指數(shù)的歸一化值采用權(quán)重系數(shù)方法擬合采收率或注入壓力歸一化值，擬合計算公式為

式中，NEOR和NIP分別為擬合采收率、擬合注入壓力歸一化值;NSV、NIT、NFCI和NKV分別為剪切黏度、運(yùn)動黏度、界面張力、泡沫綜合指數(shù)歸一化值;α、β、γ和δ分別為相應(yīng)歸一化值的權(quán)重系數(shù)。

三相泡沫體系溶液特性和驅(qū)油效果的相關(guān)性見圖8。可以看出，DPCG三相泡沫體系的剪切黏度、運(yùn)動黏度、泡沫綜合指數(shù)、采收率和注入壓力歸一化值最大，PPCG三相泡沫體系的界面張力歸一化值最大，而ANP體系的歸一化值最小。當(dāng)權(quán)重系數(shù)α、β、γ、δ分別為0.1、0.2、0.4、0.3時，除BNP三相泡沫體系的采收率歸一化值擬合較差外，其余均擬合較好。不同三相泡沫體系的采收率擬合歸一化值與試驗歸一化值相關(guān)系數(shù)R 2大于0.990。表明三相泡沫體系采收率的影響因素由大至小依次為泡沫綜合指數(shù)、運(yùn)動黏度、界面張力、剪切黏度。

圖8三相泡沫體系溶液特性與驅(qū)油效果的相關(guān)性

當(dāng)權(quán)重系數(shù)α、β、γ、δ分別為0.3、0.05、0.35、0.3時，除PPCG三相泡沫體系的注入壓力歸一化值擬合較差外，其余均擬合較好。不同三相泡沫體系的注入壓力擬合歸一化值與試驗歸一化值相關(guān)系數(shù)R 2大于0.992。這表明泡沫綜合指數(shù)是三相泡沫體系注入壓力的主要影響因素，運(yùn)動黏度和剪切黏度是次要影響因素，界面張力的影響較小。

綜上分析，三相泡沫體系的泡沫綜合指數(shù)和運(yùn)動黏度是驅(qū)油效果的主要影響因素，而剪切黏度和界面張力是次要影響因素。這與三相泡沫體系在聚驅(qū)后油藏堵調(diào)驅(qū)機(jī)制相一致。即首先，需要強(qiáng)泡沫性能和高運(yùn)動黏度性能封堵高滲層;其次，需要較高運(yùn)動黏度和剪切黏度性能及低張力性能對中滲層調(diào)驅(qū);最后，需要低張力性能驅(qū)替低滲層，實現(xiàn)大幅提高采收率。

3結(jié)論

（1）DPCG、PPCG軟體微米顆粒三相泡沫體系的特性參數(shù)較好，具有超低界面張力，剖面改善率超過82%，聚驅(qū)后可提高采收率14%。SNP、BNP、ANP硬質(zhì)納米顆粒三相泡沫體系的特性參數(shù)相對較差，但聚驅(qū)后仍可提高采收率10%。

（2）三相泡沫體系泡沫綜合指數(shù)和運(yùn)動黏度是驅(qū)油效果的主要影響因素，而剪切黏度和界面張力是次要影響因素。