2結果分析

2.1微納米顆粒三相泡沫體系構筑

依據(jù)大慶油田聚驅后油藏特征，采用不同厚度和滲透率的巖心模型并聯(lián)模擬聚驅后油藏。巖心模型水驅、聚驅和三相泡沫驅示意圖見圖1。可以看出，聚驅后油藏注水時，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，聚合物進入高滲層可形成一定封堵，使其進入中低滲層，中滲層滲流阻力較大，進入的聚合物較少，而低滲層滲流阻力最大，進入的聚合物更少。因此聚驅后水驅或聚驅無法大幅提高采收率。

聚驅后油藏要大幅提高采收率，需要同時具有堵調驅功能的驅油體系，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后并聯(lián)巖心模型中，先進入高滲層，高滲層含油飽和度低、孔吼大，泡沫可形成有效封堵，并穩(wěn)定向前運移;吸附作用導致前緣泡沫破裂后，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，經過孔喉剪切后泡沫變小，進入中滲層內部;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，推動剩余油向前運移，次前緣泡沫逐漸增多，即泡沫在中滲層具有調驅作用。中高滲層均形成一定堵調后，泡沫進入低滲層，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，推動剩余油向前運移，即泡沫均勻驅替低滲層（圖1）。三相泡沫體系在聚驅后油藏具有自適應堵調驅作用，可大幅提高采收率。

圖1水驅、聚驅和泡沫驅示意圖

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，吸水膨脹形成網格結構的軟體內核，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為硬質納米顆粒，對其三相泡沫體系液相剪切黏度不產生影響。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更大;而硬質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動黏度

三相泡沫體系運動黏度見圖3。可以看出，不同三相泡沫體系運動黏度差別較大，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%。三相泡沫體系的運動黏度明顯大于其液相的。不同三相泡沫體系液相的運動黏度差別較小，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3三相泡沫體系運動黏度

DPCG與DWS和聚合物具有較強的靜電、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，導致DPCG三相泡沫體系運動黏度最大。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，導致其運動黏度低于DPCG的。硬質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，使其在毛細管中流動的流體內部拉伸黏度、與內壁剪切黏度和液膜黏彈性減弱，導致其運動黏度降低。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)保留率高于硬質納米顆粒的，因此DPCG或PPCG體系的運動黏度保留率大于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，當顆粒質量分數(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。隨著質量分數(shù)增加，體系的界面張力增加，達不到超低。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量分數(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片狀結構，使界面張力略有升高。SNP質量分數(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，隨顆粒質量分數(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，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，使液膜的厚度增加、黏彈性增強，導致泡沫穩(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。當顆粒質量分數(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，SNP與DWS親水基團靜電排斥作用，及聚合物增黏作用，使SNP懸浮在液膜內，液膜的厚度和黏彈性增加，導致泡沫穩(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片狀結構和聚合物;氣泡間液膜內，BNP片狀結構與DWS和聚合物相互作用懸浮在液膜內，使液膜排液速度降低，泡沫歧化速度減緩，導致泡沫穩(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，軟質微米顆粒吸水膨脹形成網格結構的軟體內核，外部具有親水支鏈，使其保持較好的懸浮性，而硬質納米顆粒在三相泡沫體系中會出現(xiàn)少量沉淀。因此軟質微米顆粒三相泡沫體系泡沫綜合指數(shù)保留率大于硬質納米顆粒的。由于親水支鏈差異，DPCG懸浮性能好于PPCG的，導致DPCG體系保留率最好。

2.3微納米顆粒三相泡沫體系堵調驅特性

2.3.1三相泡沫體系驅油效果

三相泡沫體系聚驅后驅油效果見圖6。由圖6可知，3支并聯(lián)巖心水驅采收率約為38%，聚驅采收率約為17%，聚驅后DPCG三相泡沫體系注入壓力和驅油效果最好，聚驅后采收率超過15%;PPCG體系次之，采收率超過14%。聚驅后SNP或BNP三相泡沫體系注入壓力和驅油效果相對較差，聚驅后采收率約為13%。聚驅后ANP三相泡沫體系注入壓力和驅油效果最差，但聚驅后采收率仍超過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，導致其注入壓力和驅油效果最好。而PPCG親水支鏈較短，使其黏度性能和泡沫性能低于DPCG的，導致其注入壓力和驅油效果略低于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，使其注入壓力和驅油效果低于PPCG的。ANP三相泡沫體系不具超低界面張力，導致其注入壓力和驅油效果最差。

圖6三相泡沫體系聚驅后驅油效果

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封堵和調驅作用，導致其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，導致其進入低滲層相對困難，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)、運動黏度和剪切黏度相對較差，同時含有硬質納米顆粒和聚合物，對高中滲層有效封堵和調驅效果相對較差，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，使其易進入低滲層，導致其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油效果相關性

應用歸一化和權重系數(shù)方法，分析三相泡沫體系溶液特性與驅油效果的相關性。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、運動黏度、界面張力和泡沫綜合指數(shù)的歸一化值采用權重系數(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分別為相應歸一化值的權重系數(shù)。

三相泡沫體系溶液特性和驅油效果的相關性見圖8。可以看出，DPCG三相泡沫體系的剪切黏度、運動黏度、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。當權重系數(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油效果的相關性

當權重系數(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)和運動黏度是驅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后油藏堵調驅機制相一致。即首先，需要強泡沫性能和高運動黏度性能封堵高滲層;其次，需要較高運動黏度和剪切黏度性能及低張力性能對中滲層調驅;最后，需要低張力性能驅替低滲層，實現(xiàn)大幅提高采收率。

3結論

（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%，聚驅后可提高采收率14%。SNP、BNP、ANP硬質納米顆粒三相泡沫體系的特性參數(shù)相對較差，但聚驅后仍可提高采收率10%。

（2）三相泡沫體系泡沫綜合指數(shù)和運動黏度是驅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。