醚類起泡劑
醚類起泡劑泡沫體系在油藏中，具有良好的封堵能力，能夠形成較高的封堵壓力。室內試驗證明，在滲透率1－10達西沒有油存在的石英砂孔隙介質中能夠形成1Mpa/m的封堵能力，並且由於泡沫具有遇油破滅的特點，因此對於油藏具有選擇性，堵水而不堵油。
國內外，許多石油公司和國家石油研究單位，進行了泡沫驅以及深部調剖的研究，取得了很好的效果，我國的勝利油田、大慶油田泡沫驅提高採收率已取得了初步的成功，已列為中石化重大先導性項目，目前，正在進行先導性施工。國內外，許多的油田和研究單位對於泡沫調剖也作了很好的探索，已有泡沫調剖封堵的成功先例；就目前來說，泡沫調剖還是一項較新的技術，還沒有大規模的套用於生產實踐，一些問題還需要研究和探索。但是，泡沫套用於調剖堵水是一件非常有意義的研究課題。結合前期泡沫驅提高採收率的室內施工研究及礦場施工，對於泡沫調剖，建議進行一些前期的研究工作，選擇較好的施工方案，力爭取得較好的施工效果，開創泡沫新的套用領域。
泡沫調剖堵水施工是中國石化重大先導施工項目方案，其目的是為了建立適用於油藏條件下的泡沫體系；確定合理的泡沫注入參數；研究泡沫驅的生產規律；最佳化地面、注采工藝，形成泡沫調剖堵水配套技術，解決油田開發後期高含水低效開發技術難題，提高水驅後高含水油田的採收率。
二、工作機理以及有關技術說明
1、工作原理
泡沫調剖是由於穩定的泡沫流體在注水層中疊加的氣液阻效應，賈敏效應作用和岩石孔隙中泡沫氣泡的膨脹。使水流在岩石孔隙介質中流動阻力大大增加，同時從液體中析出的氮能改變岩石表面的性質，並能在一定的條件下使多孔介質的表面增水，這些作用均能限制水的竄通。但在含油地帶泡沫不起作用，也就是不會限制油的流通。
（1）、起泡劑本身是一種活性很強的陰離子型表面活性劑，能較大幅度降低油水界面張力，改善岩石表面潤濕性，使原來呈束縛狀態的油通過油水乳化，液膜置換等成為可流動的油。從而提高驅替效率，增加波及係數。
降低油水界面張力：提高驅油效率一般通過增加毛細管準數來實現，而降低油水界面張力則是增加毛細管準數的主要途徑。毛細管準數與界面張力的關係如下：
Nc=uμw/δwo式中，Nc—毛細管準數；u—驅替速度，m/s；μw—驅替液粘度，mpa·s; δwo—油和驅替液之間的界面張力，Mn/m。
Nc越大，殘餘油飽和度越小，驅油效率越高。增加μw 和u，降低δwo 可提高Nc。其中降低界面張力是泡沫驅的一個屬性，起泡劑就有此特性。在注水開發的後期，Nc一般在10－7—10－6，Nc增加將顯著提高原油採收率，理想狀態下Nc增加到10－2時，原有採收率將達到100％，通過降低油水界面張力，可使Nc有2－3的數量級的變化。理想的表面活性劑可以使界面張力降至10－4－10－3Mn/m，從而大大降低或消除地層的毛細管作用，減少剝離原油所需的粘附功，提高驅油效率。
油水乳化：起泡劑對原油有較強的乳化能力，在水油兩相流動的剪下的條件下，能迅速將岩石表面的原油分散，剝離，形成水包油（O/W）型乳化液，從而改善油水兩相的流度比，提高波及係數。同時，由於起泡劑是陰離子，可以在油滴表面吸附而使油滴帶有電荷，油滴不易重新粘回地層表面，從而被活性水夾帶流向採油井。
改善岩石表面的潤濕性：驅油效率與岩石的潤濕性密切相關。油濕表面導致驅油效率差，水濕表面導致驅油效率好。合適的起泡劑可以使原油與岩石間的潤濕接觸角增加，使岩石表面由油濕性向水濕性轉變，從而降低油滴在岩石表面的粘附功。
（2）、泡沫流動需要較高的壓力梯度，從而能克服岩石孔隙的毛細管作用力，把小孔隙中的油驅出。泡沫在油層中的流動是一種複雜的多相體系物理化學滲流，沿流動方向有3個滲流帶，即前沿的O/W乳狀液滲流帶，中部的泡沫混氣水和O/W乳狀液共存的滲流帶，後沿的泡沫流帶。
（3）、當泡沫的乾度在一定範圍內時（54％－74％）其粘度大大高於基液的粘度，流動阻力將明顯增加，就大大降低驅替流體的流速，改善了驅替液與油的流比度提高波及係數。
（4）、泡沫具有遇油消泡，遇水穩定的特性，消泡後粘度降低，不消泡時粘度不降，從而起到了堵水不堵油的作用，提高了驅油效率。
（5）、當泡沫乾度一定時，剪下會使泡沫液的粘度下降，剪下速率越高，粘度下降越多，對乾度為70％的泡沫液，用RV－20的鏇轉粘度計進行試驗，當轉速為100r/min，視粘度為115mpa·s,當轉速為195r/min時，視粘度為85 mpa·s，當轉速為290r/min,視粘度為45 mpa·s，在地層條件下，在滴滲透層中的平均孔隙半徑大於高滲透層的平均孔隙半徑，在相同注入速度下，泡沫液在小孔道中的剪下速率比在大孔道中大，因此它在大孔道中的粘度大，在小孔道中的粘度小，因此，導致在低滲透層中的流動阻力較小，巨觀表現為阻力因子較小，從增加的趨勢上看，隨著滲透率的增加，泡沫阻力因子的增加幅度變小，當達到某一臨界值，泡沫阻力可能不再增加，出現這種現象的原因是，岩石滲透率和孔隙度有一定的關係，一般來講，滲透率小則孔隙度小，而產生的泡沫容易被破壞，使阻力較小，反之亦然，這樣，對於滲透率高的岩層，泡沫在岩石孔隙中膨脹，粘度增大，堵塞岩石通道，有效封堵高滲透層，這樣形成一定的壓力，使驅替流體更多的分流進入低、中滲透層，調整了吸水剖面。
機理表明
泡沫在多孔介質中並不是以整體形式流動的；相反，組成泡沫的氣相和液相分別以液膜破裂和再生成方式在孔隙系統中流動，當存在足夠強的泡沫存在時，氣體在泡沫中的流動將停止，液體的流動也將大幅度減弱。據此泡沫通過降低或封堵滲透帶而改變注入流體在非均質油藏的驅替狀況，提高波及係數和驅油效率。
2、泡沫特點
泡沫根據起泡液的成份分為二相泡沫和三相泡沫，前者含有表面活性劑和添加劑。後者除上述成份還有固相，如膨潤土，粘土，白粉等，三相泡沫的穩定性比二相泡沫高許多倍，這是因為固相的顆粒能加固小氣泡的薄膜，泡沫的性能不用於其他液體，它具有彈性，在泡沫系統中，液氣兩相形成的小氣泡具有壓縮性。無論二相或者三相泡沫流體其穩定性均加入一種穩定添加劑（如CMC，矽酸鈉及非極性溶劑）。
3、泡沫穩定性的影響
泡沫穩定性與泡沫的乾度，基液的粘度（常表現為增稠劑的用量）等因素有關，見表1、半衰期越長說明泡沫越穩定，半衰期在3min以上的泡沫被認為是穩定的泡沫。
表1 泡沫的穩定性
起泡劑濃度（％） 起泡體積（ml） 泡沫半衰期（min）
0.2 200 90
0.5 260 95
1 300 120
2 350 135
註：起泡劑為醚類起泡劑
泡沫穩定性的影響因素還有起泡劑的種類和水基溶液的類型，穩定添加劑，泡沫充氣程度和壓力等。泡沫穩定性是指一定量的泡沫隨時間自行破滅的快慢。
穩定劑對泡沫穩定性的影響：
⑴泡沫質量對泡沫穩定性的影響
泡沫的質量或者沖氣程度對泡沫的穩定性有影響，若泡沫質量用R表示。
R=氣體的體積/泡沫總氣體 泡沫總體積中氣體體積的含量稱為泡沫的質量。泡沫質量R的數值範圍不同，從50-90％，若R小於50％，水氣混合物中的氣泡在液體中呈現懸浮狀態而不是單一體，同時在泡沫氣液界面形成一種熱力學不穩定系統，這種不穩定系統的表面能自然的趨向縮小，結果將導致泡沫逐漸破滅，直到兩種組合完全分離，所以，泡沫的穩定性隨泡沫質量的增加而增加。
⑵壓力對泡沫穩定性的影響：我公司起泡劑在蒸餾水中形成泡沫，在不同壓力下其泡沫直徑，分散度，穩定性見下表：
壓力 氣泡的直徑d 分散度 δ 泡沫的穩定性
MPa μm μm-1 min/cm3
0.1 6.0
2.5 53.2 0.1127 9.3
3.5 51.47 0.1165 49
4.5 49.16 0.1220 133.3
6.0 44.65 0.1343 333.3
⑶Marangoni效應:當一穩定的液膜突然受到拉伸作用時，液膜局部變薄，表面積增大，表面活性劑分子密度減小，表面張力增大。這種局部增加的表面張力立即使表面收縮，而粘滯力使表面與其下面的液體緊密相連，因此表面收縮使液體流向變薄處，即從低壓張力區向高壓張力區流動，使局部變薄的液膜恢復到原來的厚度，這種由於表面張力梯度而引起的體相液體傳播現象叫Marangoni效應，它阻礙液膜變薄，加入表面活性劑前後，變化越大，形成表面張力梯度越大，Marangoni效應越明顯，泡沫的修復作用越強，泡沫越不易破裂。
⑷表面粘度：表面粘度對於泡沫的穩定性影響主要表現在表面粘度增大，液膜排液速度減小，液膜透氣性減小，即氣體透過液膜擴散的速度降低。
⑸溶液粘度：它影響液膜排液過程。若液膜本身粘度大，則液膜變薄速度減慢，液膜破裂時間延緩，泡沫穩定性增加。
⑹液膜表面電荷：離子型表面活性劑作為發泡劑時，其分子在泡沫膜中定向排列，形成表面擴散雙電層，當兩液面靠近到一定程度時，帶有相同電荷的離子就會互相排斥，以防止液膜變薄甚至於破裂，此種效應在液膜較薄時才起明顯作用。
4、泡沫調剖封堵能力的影響因素：
⑴氣液比對泡沫封堵能力的影響
泡沫封堵能力隨著氣體的增加而增加，氣液比1：1，2：1時，泡沫的封堵能力最大，為水驅阻力的1500倍以上；當氣液比超過2：1時，隨著氣液比的增加，泡沫穩定性的減弱，泡沫體系的阻力因子減小。
⑵滲透率對泡沫封堵能力的影響
滲透率越大阻力因子越大，且呈較好的線形關係，表現出很好的滲透率選擇性。泡沫的這一特性是由於泡沫體系在多孔介質運移時泡沫的視粘度是由泡沫在孔喉處發生彈性變形而附加的壓差而體現的，而與體系的粘度、滲透率的大小關係相對較小，泡沫在孔隙運移時，孔隙大，泡沫體積也大，穿過孔喉時發生的變形量也大，因此滲透率越大，泡沫的視粘度越大。
⑶不同注入方式對於泡沫封堵能力的影響
泡沫劑溶液和氮氣交替注入，開始階段，兩種注入方式阻力因子差別不大，而平衡體系後的最大阻力因子小於混合式注入。這是因為交替注入，泡沫體系不穩定，易造成氣竄，難以形成封堵式壓差，封堵能力較低。
5、單一泡沫驅的調驅
單一泡沫體系在不含油的石英砂地層中泡沫穩定，封堵能力強，阻力因子可以達1500倍以上。
