2结果分析

2.1微纳米颗粒三相泡沫体系构筑

依据大庆油田聚驱后油藏特征，采用不同厚度和渗透率的岩心模型并联模拟聚驱后油藏。岩心模型水驱、聚驱和三相泡沫驱示意图见图1。可以看出，聚驱后油藏注水时，由于水的黏度较低，水主要沿着高渗透层流动，形成无效循环。注聚合物时，聚合物黏度明显大于水，聚合物进入高渗层可形成一定封堵，使其进入中低渗层，中渗层渗流阻力较大，进入的聚合物较少，而低渗层渗流阻力最大，进入的聚合物更少。因此聚驱后水驱或聚驱无法大幅提高采收率。

聚驱后油藏要大幅提高采收率，需要同时具有堵调驱功能的驱油体系，泡沫具有堵大不堵小、堵水不堵油作用，适用于非均质油藏提高采收率。但普通泡沫只适用于渗透率级差较小的油藏提高采收率，为使泡沫适用于级差较大的聚驱后油藏提高采收率，本文中利用微纳米颗粒、聚合物和表面活性剂形成三相泡沫体系。聚合物和微纳米颗粒使泡沫液膜厚度大、排液速度慢、黏弹性大，具有超强泡沫性能;同时体系还具有颗粒、聚合物和表面活性剂3种特性及协同增效作用。

三相泡沫体系在聚驱后并联岩心模型中，先进入高渗层，高渗层含油饱和度低、孔吼大，泡沫可形成有效封堵，并稳定向前运移;吸附作用导致前缘泡沫破裂后，聚合物和微纳米颗粒还具有一定的堵调作用，有利于后续泡沫发挥更好的封堵作用。高渗层形成一定封堵后，泡沫进入中渗层，中渗层含油饱和度较高、孔吼较小，泡沫性能降低，经过孔喉剪切后泡沫变小，进入中渗层内部;在中渗层前缘主要以聚合物、颗粒、串流气体和少量泡沫形态存在，推动剩余油向前运移，次前缘泡沫逐渐增多，即泡沫在中渗层具有调驱作用。中高渗层均形成一定堵调后，泡沫进入低渗层，低渗层含油饱和度最高、孔吼最小，泡沫性能明显降低，且经过孔喉剪切后泡沫尺寸更小;低渗层前缘和次前缘主要以聚合物、颗粒和串流气体形态存在，推动剩余油向前运移，即泡沫均匀驱替低渗层（图1）。三相泡沫体系在聚驱后油藏具有自适应堵调驱作用，可大幅提高采收率。

图1水驱、聚驱和泡沫驱示意图

2.2微纳米颗粒三相泡沫体系溶液特性

2.2.1三相泡沫体系液相剪切黏度

三相泡沫体系液相剪切黏度如图2所示。由图2（a）可知，随着颗粒质量浓度增加，DPCG三相泡沫体系液相的剪切黏度先快速增加，而后趋于平稳，而PPCG体系的剪切黏度仅略有增加。SNP、BNP或ANP对三相泡沫体系液相的剪切黏度影响较小。由图2（b）可知，随时间增加，不同三相泡沫体系液相的剪切黏度先快速降低，而后趋于平稳。PPCG或PPCG三相泡沫体系液相剪切黏度保留率接近67%，SNP、BNP或ANP体系的保留率约为63%。

图2三相泡沫体系液相剪切黏度

DPCG或PPCG溶于水后，吸水膨胀形成网格结构的软体内核，外部具有亲水支链，形成软体微米颗粒。DPCG或PPCG与DWS和聚合物通过静电、范德华力和缠绕作用，均匀分布在液相中。PPCG仅具有短亲水支链，使其三相泡沫体系液相剪切黏度略增加;而DPCG具有长亲水支链，使其三相泡沫体系液相剪切黏度明显增加。SNP、BNP或ANP为硬质纳米颗粒，对其三相泡沫体系液相剪切黏度不产生影响。随时间增加，软体微米颗粒溶胀更充分，对体系剪切黏度的贡献更大;而硬质纳米颗粒体系的剪切黏度主要为聚合物黏度的宏观体现。DPCG或PPCG体系的剪切黏度保留率高于SNP、BNP或ANP的。

2.2.2三相泡沫体系运动黏度

三相泡沫体系运动黏度见图3。可以看出，不同三相泡沫体系运动黏度差别较大，DPCG体系的最大，PPCG、BNP、SNP和ANP体系的依次降低。放置30 d后DPCG或PPCG体系的运动黏度保留率接近77%，而BNP、SNP或ANP体系的保留率56%~65%。三相泡沫体系的运动黏度明显大于其液相的。不同三相泡沫体系液相的运动黏度差别较小，其中DPCG或PPCG体系的较大，SNP、BNP或ANP体系的较小。放置30 d后DPCG或PPCG体系液相的运动黏度保留率接近66%，而BNP、SNP或ANP的保留率56%~61%。

图3三相泡沫体系运动黏度

DPCG与DWS和聚合物具有较强的静电、范德华力和缠绕作用，使其三相泡沫体系具有较大的拉伸黏度、剪切黏度和黏弹性，导致DPCG三相泡沫体系运动黏度最大。而PPCG仅具有短支链，与DWS和聚合物的静电、范德华力和缠绕作用相对较弱，导致其运动黏度低于DPCG的。硬质纳米颗粒在溶液中与DWS和聚合物的静电、范德华力和缠绕作用较弱，因此其三相泡沫体系运动黏度较低。

放置后不同三相泡沫体系的液相剪切黏度和泡沫性能均降低，使其在毛细管中流动的流体内部拉伸黏度、与内壁剪切黏度和液膜黏弹性减弱，导致其运动黏度降低。由于软体微米颗粒三相泡沫体系的剪切黏度和泡沫综合指数保留率高于硬质纳米颗粒的，因此DPCG或PPCG体系的运动黏度保留率大于BNP、SNP或ANP体系的。

2.2.3三相泡沫体系液相界面张力

三相泡沫体系液相界面张力见图4。由图4（a）可知，当颗粒质量分数低于0.4%时，SNP三相泡沫体系液相与原油可形成超低界面张力。随着质量分数增加，体系的界面张力增加，达不到超低。ANP体系的界面张力变化趋势与SNP的相似，但界面张力更高一些。BNP、DPCG或PPCG三相泡沫体系液相的界面张力随颗粒质量分数增加略有增加，仍保持超低界面张力。由图4（b）可知，随时间增加，不同三相泡沫体系液相的界面张力变化不大，ANP三相泡沫体系液相的界面张力仍无法达到超低，其余体系的界面张力保持超低。

DPPG、PPCG或BNP三相泡沫体系的油水界面紧密排列DWS，同时嵌入少量DPCG、PPCG或BNP片状结构，使界面张力略有升高。SNP质量分数较高时，油水界面排布DWS和SNP-DWS颗粒体系，使DWS排布紧密度降低，导致界面张力显著增加。同样，ANP降低了油水界面DWS排布紧密程度，导致界面张力升高。

图4三相泡沫体系液相界面张力

2.2.4三相泡沫体系泡沫性能

三相泡沫体系泡沫综合指数见图5。由图5（a）可知，随颗粒质量分数增加，BNP、DPCG或PPCG三相泡沫体系的泡沫综合指数先增加后降低，而SNP或ANP体系的泡沫综合指数先快速增加，而后趋于平稳。DPCG三相泡沫体系的泡沫综合指数极大值最大，SNP、BNP或PPCG三相泡沫体系的泡沫综合指数低于DPCG的，而ANP的最小。由图5（b）可知，随时间增加，不同三相泡沫体系的泡沫综合指数先快速降低，而后趋于平稳。DPCG或PPCG三相泡沫体系的泡沫综合指数大于SNP、BNP或ANP体系的。DPCG或PPCG三相泡沫体系的泡沫综合指数保留率达84%，其余体系保留率为50%~72%。

不同三相泡沫体系的起泡体积基本一致，导致泡沫综合指数差异的原因是泡沫稳定性、携液量和携液稳定性不同。DPCG或PPCG三相泡沫体系气液表面排布的DWS中嵌入颗粒和聚合物;气泡间液膜内，颗粒与聚合物和DWS通过静电、范德华力和缠绕作用，使颗粒均匀分布在液膜内，使液膜的厚度增加、黏弹性增强，导致泡沫稳定性、携液量和携液稳定性提高，即泡沫综合指数显著增加。当颗粒质量分数过大时，颗粒吸附过多DWS和聚合物，悬浮性能变差，泡沫综合指数出现降低。DPCG具有长亲水支链，DPCG与DWS和聚合物作用强于PPCG，因此DPCG三相泡沫体系的泡沫综合指数大于PPCG的。

图5三相泡沫体系泡沫综合指数

SNP三相泡沫体系气液表面排布有DWS、聚合物和SNP-DWS;气泡间液膜内，SNP与DWS亲水基团静电排斥作用，及聚合物增黏作用，使SNP悬浮在液膜内，液膜的厚度和黏弹性增加，导致泡沫稳定性、携液量和携液稳定性增加，泡沫综合指数显著增加。BNP三相泡沫体系气液表面排布的DWS中嵌入少量BNP片状结构和聚合物;气泡间液膜内，BNP片状结构与DWS和聚合物相互作用悬浮在液膜内，使液膜排液速度降低，泡沫歧化速度减缓，导致泡沫稳定性、携液量和携液稳定性增加，泡沫综合指数明显增加。而ANP与DWS和聚合物的作用相对较弱，其泡沫综合指数相对较差。

随时间增加，软质微米颗粒吸水膨胀形成网格结构的软体内核，外部具有亲水支链，使其保持较好的悬浮性，而硬质纳米颗粒在三相泡沫体系中会出现少量沉淀。因此软质微米颗粒三相泡沫体系泡沫综合指数保留率大于硬质纳米颗粒的。由于亲水支链差异，DPCG悬浮性能好于PPCG的，导致DPCG体系保留率最好。

2.3微纳米颗粒三相泡沫体系堵调驱特性

2.3.1三相泡沫体系驱油效果

三相泡沫体系聚驱后驱油效果见图6。由图6可知，3支并联岩心水驱采收率约为38%，聚驱采收率约为17%，聚驱后DPCG三相泡沫体系注入压力和驱油效果最好，聚驱后采收率超过15%;PPCG体系次之，采收率超过14%。聚驱后SNP或BNP三相泡沫体系注入压力和驱油效果相对较差，聚驱后采收率约为13%。聚驱后ANP三相泡沫体系注入压力和驱油效果最差，但聚驱后采收率仍超过10%。

DPCG三相泡沫体系的黏度性能和泡沫性能最好，同时具有超低界面张力，导致其注入压力和驱油效果最好。而PPCG亲水支链较短，使其黏度性能和泡沫性能低于DPCG的，导致其注入压力和驱油效果略低于DPCG的。SNP、BNP或ANP三相泡沫体系黏度性能和泡沫性能均低于PPCG的，使其注入压力和驱油效果低于PPCG的。ANP三相泡沫体系不具超低界面张力，导致其注入压力和驱油效果最差。

图6三相泡沫体系聚驱后驱油效果

2.3.2三相泡沫体系剖面改善效果

三相泡沫体系聚驱后剖面改善效果见图7。由图7可知，不同三相泡沫体系在高渗与中低渗层的剖面改善率（FHPR-MLPR）高于63%，在高、中渗与低渗层的剖面改善率（FHMPR-LPR）高于68%，平均改善率大于65%。其中DPCG或PPCG三相泡沫体系的FHPR-MLPR和FHMPR-LPR最好（超82%），DPCG三相泡沫体系的FHMPR-LPR低于FHPR-MLPR。SNP、BNP或ANP三相泡沫体系的FHPR-MLPR和FHMPR-LPR相对较差，但其FHMPR-LPR好于FHPR-MLPR。

图7三相泡沫体系聚驱后剖面改善效果

DPCG或PPCG三相泡沫体系的泡沫综合指数、运动黏度和剪切黏度最大，且含有软体微米颗粒和聚合物特性，对高中渗层具有自适应封堵和调驱作用，导致其FHPR-MLPR和FHMPR-LPR较高;但DPCG三相泡沫体系泡沫综合指数高，且含有长支链软体微米颗粒，导致其进入低渗层相对困难，因此其FHPR-MLPR略高于FHMPR-LPR。而SNP、BNP或ANP三相泡沫体系的泡沫综合指数、运动黏度和剪切黏度相对较差，同时含有硬质纳米颗粒和聚合物，对高中渗层有效封堵和调驱效果相对较差，使FHPR-MLPR和FHMPR-LPR相对较差;由于泡沫综合指数相对较小，且纳米颗粒粒径较小，使其易进入低渗层，导致其FHMPR-LPR好于FHPR-MLPR。

2.4微纳米颗粒三相泡沫体系溶液特性与驱油效果相关性

应用归一化和权重系数方法，分析三相泡沫体系溶液特性与驱油效果的相关性。利用归一化方法处理三相泡沫体系的特性参数，对剪切黏度、运动黏度、界面张力和泡沫综合指数的归一化值采用权重系数方法拟合采收率或注入压力归一化值，拟合计算公式为

式中，NEOR和NIP分别为拟合采收率、拟合注入压力归一化值;NSV、NIT、NFCI和NKV分别为剪切黏度、运动黏度、界面张力、泡沫综合指数归一化值;α、β、γ和δ分别为相应归一化值的权重系数。

三相泡沫体系溶液特性和驱油效果的相关性见图8。可以看出，DPCG三相泡沫体系的剪切黏度、运动黏度、泡沫综合指数、采收率和注入压力归一化值最大，PPCG三相泡沫体系的界面张力归一化值最大，而ANP体系的归一化值最小。当权重系数α、β、γ、δ分别为0.1、0.2、0.4、0.3时，除BNP三相泡沫体系的采收率归一化值拟合较差外，其余均拟合较好。不同三相泡沫体系的采收率拟合归一化值与试验归一化值相关系数R 2大于0.990。表明三相泡沫体系采收率的影响因素由大至小依次为泡沫综合指数、运动黏度、界面张力、剪切黏度。

图8三相泡沫体系溶液特性与驱油效果的相关性

当权重系数α、β、γ、δ分别为0.3、0.05、0.35、0.3时，除PPCG三相泡沫体系的注入压力归一化值拟合较差外，其余均拟合较好。不同三相泡沫体系的注入压力拟合归一化值与试验归一化值相关系数R 2大于0.992。这表明泡沫综合指数是三相泡沫体系注入压力的主要影响因素，运动黏度和剪切黏度是次要影响因素，界面张力的影响较小。

综上分析，三相泡沫体系的泡沫综合指数和运动黏度是驱油效果的主要影响因素，而剪切黏度和界面张力是次要影响因素。这与三相泡沫体系在聚驱后油藏堵调驱机制相一致。即首先，需要强泡沫性能和高运动黏度性能封堵高渗层;其次，需要较高运动黏度和剪切黏度性能及低张力性能对中渗层调驱;最后，需要低张力性能驱替低渗层，实现大幅提高采收率。

3结论

（1）DPCG、PPCG软体微米颗粒三相泡沫体系的特性参数较好，具有超低界面张力，剖面改善率超过82%，聚驱后可提高采收率14%。SNP、BNP、ANP硬质纳米颗粒三相泡沫体系的特性参数相对较差，但聚驱后仍可提高采收率10%。

（2）三相泡沫体系泡沫综合指数和运动黏度是驱油效果的主要影响因素，而剪切黏度和界面张力是次要影响因素。