防气窜水泥浆（精选4篇）
防气窜水泥浆 篇1
1气侵阻力分析研究
气体粘度比水低80到100倍, 当油气井固井后, 发生环空窜流最有可能的就是气窜。气窜的解决方法与形式主要有以下三种:界面微间隙而引起气窜, 克服这种气窜可以采用微膨胀水泥;钻井液窜槽与泥饼干裂而引起气窜, 提高水泥浆顶替效率能够克服这种气窜;水泥浆失重而引起气窜, 预防这种气窜可以通过提高水泥浆基体防气窜能力来实现。
通常水泥浆在初凝后或在没有丧失流动性前很难发生气侵, 但是水泥浆由塑性状态转变为固态状态的这一过程中, 气侵却有可能发生。这个时候水泥基体的最薄弱地方就是结构孔隙, 为了防止气窜, 可在水泥浆静止以后、液柱压力降到同等高度水柱的压力前, 增加气窜阻力和弥补水泥浆的失重压力降。
防止由于水泥浆失重而引发气侵的条件为孔隙压力+孔隙流动阻力﹥气层压力, 由此可知, 在水泥浆塑态期间的孔隙流动的孔隙压力和气侵阻力之和等于水泥浆防气窜能力。气侵阻力与水泥水化时间成正比, 孔隙压力与水泥水化时间成反比。
通过利用气阻能力评价仪来测试水泥浆体系, 发现相同水泥浆体系, 其气阻大小和气阻剂的加量有着直接关系。非渗透剂与胶乳是一种主要的使水泥浆体系抗气侵阻力增加的防窜添加剂。掺加适量的非渗透剂或胶乳于水泥浆中, 在水泥水化过程中, 掺加的渗透剂或胶乳, 它聚集并将水泥水化产物的表面包裹, 形成聚合物薄膜覆盖的C-S-H凝胶。其微粒还可以填充到水泥颗粒以及空隙 (水化形成的) , 从而使水泥石和塑性态浆体的微观结构改善, 使流体流动阻力增加, 最终增强防气窜能力。
2微膨胀高气阻双作用水泥浆的分析研究
通过大量室内试验, 主要由微膨胀剂EXP-1与非渗透剂添加剂CG71L组成的微膨胀高气阻的水泥浆体系被开发出来。该体系在保持非渗透体系的较高气阻基本特性的同时, 又使微膨胀功能与抗压强度增加, 能够防止底层流体在固井水泥基体与微环空间隙的窜流, 起到双作用防气窜的作用。
水泥浆柱胶凝强度所引起的孔隙压力损失可按照 (1) 式进行计算。
P=4SGS·L/D (1)
式中的△P表示压力损失, 单位Pa;SGS表示水泥浆在一定时间内的胶凝强度, 单位Pa;L表示注水泥环空的长度, 单位m;D表示井径和管柱外径的差, 单位mm。
通过上式可知, 大环空固井和小间隙短裸眼, 由于L小D大, 使得水泥浆凝固过程中的孔隙压力所起的变化较小, 所以主要靠非渗透水泥浆或胶乳水泥浆的高气阻来获得水泥浆基体较强的防气窜能力。
大环空固井由于施工时间与泵组功率的限制, 很难用塞流或紊流替浆, 而且粘稠泥浆附在井壁上很难清除。适量增加一些晶格膨胀剂于高气阻水泥浆中, 有利于提高强度、挤实胶结面, 避免微环空间隙。
短裸眼小间隙固井, 由于井深且水泥浆量较小, 易造成混浆, 影响强度。因此, 适量增加一些晶格膨胀剂于高气阻水泥浆中, 当水泥晶体的发展空间遭受限制, 就可以使孔隙更小, 进而提高强度。
通过采用微膨胀高气阻水泥浆体系, 使得固井质量得到较大提高, 基本能够满足实际要求。
3缓失重高气阻双作用水泥浆的分析研究
通过大量试验研究, 主要由失重补偿剂FQJ与非渗透或胶乳添加剂CG71L组成的缓失重高气阻水泥浆体系被开发出来。该体系在保持非渗透和胶乳体系固有的高气阻特性的同时, 还使水泥浆的失重得到了显著的减少与延缓, 具有很好的双作用防气窜功能。根据水泥的凝固特性, 其在水化到相同孔隙压力时, 高气阻水泥浆将比缓失重高气阻水泥浆的所需水化时间短。所以, 在相同孔隙压力下, 缓失重高气阻水泥浆的气阻更大, 水泥孔隙更小, 防气窜的能力更强。失重补偿剂FQJ一般是和非渗透剂或胶乳等其他一些固井添加剂共同配水, 补偿失重主要靠发气来进行。
由 (1) 式可知, 短长裸眼小间隙固井由于L大D小, 在水泥浆的凝固过程中, 孔隙压力会产生较大的变化, 气窜潜力较大, 所以缓失重高气阻双作用防气窜水泥浆可以将水泥浆基体的气窜问题较好地处理掉。通过采用缓失重高气阻水泥浆体系, 使得固井质量得到较大提高, 基本能够满足实际要求。
4结语
气体窜过塑态水泥浆柱 (一定长度的) 所用的压差可以衡量水泥浆气侵阻力, 非渗透水泥浆与胶乳水泥浆气侵阻力较大。微膨胀高气阻双作用防气窜固井水泥浆适用于小环空与大环空短封固段高危气窜井的固井。缓失重高气阻防气窜固井水泥浆适用于长裸眼小环空高危气窜井的固井。微膨胀高气阻与缓失重高气阻的双作用防气窜固井水泥浆比微膨胀、延缓失重以及高气阻等单一功能的防气窜水泥浆体系的防气窜能力更强。
摘要：随着科学技术的不断发展, 石油固井早已对油气水窜原理进行了大量研究, 并掌握一些防止油气水窜的有效方法。通过对双作用防气窜固井水泥浆进行仔细分析与研究, 并提出一些建议, 以供大家参考。
关键词：双作用,固井,防气窜,水泥浆
参考文献
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[2]牛新明, 张克坚, 丁士东, 陈志峰.川东北地区高压防气窜固井技术[J].石油钻探技术, 2008, (3) .
国内外防气窜固井技术研究 篇2
关键词：气窜,水泥浆,固井技术
随着经济的高速发展, 能源安全问题已经成为制约我国经济能否快速发展的关键性因素之一。防气窜固井技术对于提高油气开采效率具有重要的积极作用。因此, 国内外对防气窜固井技术进行了大量的研究工作, 并取得了许多切实有效的研究成果。
1 防气窜固井技术的必要性
由于水泥浆失重、水泥浆窜槽和存在在水泥石与套管及水泥石与地层之间的缝隙, 会产生环空气窜, 并且环空气窜对开采油气有着重要的危害。也就是说, 注水泥结束以后, 水泥浆窜槽引起胶结质量降低或水泥浆难以承受气层压力, 导致气层气体窜入水泥石基体, 影响水泥石的胶结强度;或气层气体进入水泥与套管或水泥与井壁的间隙之间引起层间互窜, 导致层间窜流, 会对油气层的测试评价产生影响;甚者窜出井口, 在井口冒油、冒气, 引起固井后的井喷事故。因此, 国内外对防气窜固井技术进行了深入地研究, 并取得了一些重要的研究结果。
2 防气窜固井技术
油气钻井工程中最重要的环节之一便是固井作业, 固井作业不仅可以封隔井眼内的油、气、水层, 保护油气, 还可以提高油气井使用寿命以及增加油气开采产量。自上世纪以来, 国内外学者对防气窜固井技术进行了大量的研究, 固井技术得到不断发展、进步和完善, 主要体现在: (1) 水泥浆体系; (2) 压稳气层技术; (3) 井身结构设计。
2.1 水泥浆体系
2.1.1 基本水泥
基本水泥的种类:波特兰水泥、高铝水泥、市售低密度水泥、市售膨胀水泥、微细波特兰水泥、微细波特兰水泥和微细高炉矿渣混合物、高细度水泥、高炉矿渣、微细高炉矿渣、波特兰水泥和高炉矿渣的混合物、可储存的液体水泥、酸溶水泥、合成树脂水泥等。基本水泥种类的不断丰富, 为新型固井技术的发展提供了物质基础。
2.1.2 外加剂
据美国统计, 固井外加剂的用量占油田化学剂的38%。国内外研究的油井水泥外加剂的品种也在逐年增加, 种类繁多, 进一步满足了不同条件下的需求, 其中外加剂大致包括:防气窜剂、胶结增强剂和膨胀剂、促凝剂、缓凝剂、加重剂、防漏剂、降失水剂等等。目前, 我们在油井水泥外加剂的研究和应用上取得了较大进展。
为了适应更宽温度范围和密度范围、抗盐性能和抗高温性能, 国外石油公司重点研发了新型降失水剂, 如道威尔—SCHLUMBERGER公司研制开发UNFLA通用型降失水剂。它的研发不仅满足了不同井深的固井要求, 与之前水泥浆相比, 也简化了设计, 应用更加方便;为了进一步活跃钻井操作, 不断改善胶结质量, 防止井眼和水泥之间的气窜, 需要添加特殊材料的外加剂;还有弹性材料外加剂的研发, 如果添加合适的弹性材料, 能够对压力的动态起逆反应, 从而消除水泥凝固期间的压力变化。水泥浆外加剂的不断完善为解决油田复杂固井问题和提高油田防气窜固井质量提供了物质保障。
2.2 压稳气层技术
2.2.1 MTC固井技术
MTC (Mud to Cement) 固井技术是指通过添加相配套的外加剂使在钻井液中加入的可水化的材料转化成具有一定强度性能的固化物。由于流变性能较好, 静胶凝强度过渡时间短, 并且低滤失、微膨胀、沉降稳定性好, 因此, 国内外大多采用高炉矿油替代波特兰水泥作为水硬性材料。目前, MTC固井技术应用广泛, 与常规水泥浆相比, 固井质量大大提高, 有的井连续多年未发生任何事故, 如美国在南德克萨斯Rosita气田9口井应用MTC固井技术, 结果表明:油井在防止气窜方面取得较好的成效, 经受住了水力压裂的考验。为此, 今后应该进一步加强MTC水化机理研究和MTC固化物高温高压以及力学性能的研究, 对现场施工装置进行简化改善, 拓展技术的应用范围。
2.2.2 环空加压技术
环空加压技术是一项在注水泥作业结束后, 为了保证油井环空中的液柱压力大于气层压力, 需要在环空中加一定压力 (现场加压值一般为2~3 MPa) 的技术。加压后, 使环空压力大于气层压力, 防止环空气窜。环空加压技术虽然应用实践较早, 应用范围广泛, 操作经济, 在防气窜固井方面有一定的效果, 但仍存在较大问题, 因此, 它常作为一种防气窜固井辅助技术应用在实践中。
2.2.3 管外封隔器技术
管外封隔器技术是指在相临的各气层之间加装置—套管外封隔器, 在注水泥结束后使套管封隔器膨胀, 以达到强制各气层分隔开的目的。即在实践应用中, 油井使用套管外封隔器进行机械式密封, 井内注入水泥后, 需要在还未达到静态凝胶强度时, 马上将套管封隔器封闭, 强制分隔开各气层。虽然管外封隔器技术的应用解决了一些气窜问题, 但该技术仍具有局限性, 它只适合在常规化学方法失效且油井气层数量较少时使用。
2.2.4 脉冲注水泥技术
脉冲注水泥技术是指将水泥浆进行振动后, 再应用于油气井注水泥作业。水泥浆振动可以提高水泥的固井质量, 防止气层气体进入水泥与套管或水泥与井壁的间隙之间引起层间互窜。该技术操作简易, 经济, 广泛应用于固井作业中。
2.3 井身结构设计
随着油气勘探开发向更深部和海洋方向的发展, 为了满足地质勘探及采油工艺的要求, 通常需要增加套管层次。增加套管柱层次的主要措施有:a加大上部井眼和套管的尺寸;b采用无接箍套管, 缩小相邻套管柱及套管与井眼之间的间隙;c钻小尺寸井眼可增多套管柱层数。套管与井眼间隙的实验研究分析, 在考虑间隙大小对钻井、固井、波动压力等影响因素的前提下, 再提出了改进和完善的井身结构方案设计。
同时井身结构优化设计需要遵循一定的原则:1) 设计能够满足钻井作业要求, 并且有利于实现安全、经济, 效率;2) 对于复杂、特殊条件下的开发井, 套管设计要留有余地, 方便改进;3) 有利于提高钻井速度, 缩短钻井周期, 从而降低钻井成本等
3 防气窜固井技术面临的技术难题
3.1 腐蚀性气体含量高
油田深处气田二氧化碳等酸性气体含量较高, 在潮湿的环境中, 易发生一系列化学反应, 形成具有较强腐蚀特点的物质, 从而对套管等装置并对水泥浆的性能产生影响。随着外界环境的变化, 如:湿度、温度、压力等, 问题变得更加复杂。
3.2 压力层系复杂
油气井深浅不同, 对于较深的气田, 同一眼井可能需要穿过多个压力系数不等的压力层, 复杂的油井结构更容易发生漏气、坍塌或缩径等事故。此外, 压力窗口的窄小, 给稳压和防漏带来了困难。有些油田处于地质断层地带, 天然气等主要储藏于火山岩层中, 裂缝中的气层在进行钻井和完井时泄漏现象严重。
4 结束语
异常复杂的深层油井地质条件增大了钻井勘探的难度, 同时也对防气窜固井技术提出了更高的要求。虽然目前国内外固井技术已取得了较大的成效, 但为了适应油田勘测的需要, 意味着固井材料、油井水泥和外加剂以及工艺技术等仍需要进一步的发展和完善。
参考文献
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[2]丁士东, 张卫东.国内外防气窜固井技术[J].石油勘探技术 (电子版) , 2002, 30 (5) :35-38.[2]丁士东, 张卫东.国内外防气窜固井技术[J].石油勘探技术 (电子版) , 2002, 30 (5) :35-38.
防气窜水泥浆 篇3
贝尔油田位于海拉尔盆地贝尔凹陷南部, 属于特低渗油田, 油藏温度80 ℃, 平均渗透率为1. 83×10-3μm2, 且地层具有中等程度的水敏性, 注水困难, 无法进行常规的注水开发。2008 年开始进行了空气驱提高采收率的矿场试验研究。但由于低渗储层中裂缝和微裂缝发育以及注气过程中不利的流度比, 容易造成气体窜流。
防止气窜是提高注气效果的关键技术之一。常规的调剖方法通过注入凝胶或颗粒调剖剂, 不仅注入困难、而且会对低渗储层造成永久性的伤害, 造成后续的注气困难。泡沫调驱技术可以利用注入少量的泡沫剂, 达到调整注气剖面, 抑制气窜的效果。现通过实验研究了适合于低渗油田的泡沫体系, 并对泡沫在低渗油田的调驱方式对效果影响和规律进行了研究并在矿场进行了两个井组的泡沫抑制气窜的试验。
1 实验部分
1. 1 仪器与材料
实验仪器: Waring-Blender混调器、恒温箱、压力传感器 ( 量程0 ~ 35 MPa) 、岩心驱替实验装置。
实验用水为注入水, 矿化度为6 032 mg /L, Ca2+: 10 mg /L。起泡剂0. 2% ES-70+0. 2% O12 阴离子和非离子表面活性剂的复配体系[8]。贝尔油田希16 块原油 ( 50 ℃时, 原油黏度9. 6 m Pa. s)
1. 2 实验方法
1. 2. 1 泡沫封堵能力
一维填砂模型: 实验温度80 ℃, 固定气液比1 ∶1。实验步骤: ①模型抽真空6 ~ 8 h, 饱和地层水, 计算孔隙体积; ② 水测渗透率, 出口回压加至20 MPa, 测定基础压差; ③采用气液分段塞注入方式注入聚合物-泡沫体系。首先注入0. 15 PV聚合物-表面活性剂复合体系, 再在相同的注入速度下注0. 15 PV空气, 总段塞大小为0. 3 PV, 测定不同时刻的注入压差; ④在相同的注入速度下进行后续注水, 并测定不同时刻的注入压差。泡沫的阻力系数 ( RW) 为生成泡沫后的压差/基础压差, 残余阻力系数 ( RF) 为后续水驱过程压力达到平衡时的压差/基础压差。定义泡沫的封堵强度为: 生成泡沫后模型注入端与出口端的最大压差/模型长度。
1. 2. 2 泡沫驱油效率
采用三层非均质正韵律物理模型 ( 岩心规格4. 5 cm×4. 5 cm×30 cm, 每层厚度为1. 5 cm, 渗透率依次为400 ×10-3μm3、800 ×10-3μm3、1 200 ×10-3μm3) , 系统回压为15 MPa, 实验温度80 ℃, 平均注入速度2 m L/min。
岩心驱替实验装置如图1 所示。
2 结果与讨论
2. 1 不含油条件下泡沫体系的能力
为了探讨泡沫封堵在空气驱过程中的调剖封堵能力, 研究了发泡剂0. 2% ES-70+0. 2% O12 在不同注入速度下的封堵能力。分别进行了注入速度为0. 3 m L / min、0. 5 m L / min、1. 0 m L / min、2. 0 m L /min、3. 0 m L / min 5 种注入速度下的试验, 实验结果见表1。
由表1 和可以看出, 泡沫体系具有高的阻力系数和残余阻力系数, 不同注入速度下阻力系数值均大于12. 0。并且, 泡沫的封堵能力随着注入速度增加而增大。但是即使在很低的注入速度下 ( 0. 3m L / min) , 泡沫仍然具有较高的封堵能力 ( 1. 3MPa / m) , 产生了强泡沫。
2. 2 含油条件下泡沫封堵能力
原油对泡沫的稳定性具有一定的影响, 在含油条件下形成有效封堵是保证泡沫抑制气窜技术可行性的前提。实验研究不同注入速度条件下, 含油岩心中泡沫的封堵能力和驱油效果。实验采用气液分段塞注入方式, 水驱至含水大于90% 后注入0. 3 PV泡沫体系, 继续水驱至含水100% 。研究过程中保持气液比为1 ∶1。三种不同注入速度下, 采用泡沫调驱后含水下降幅度、调驱后压力增加值及提高采收率值列于表2 中。
由表2 可以看出, 注入泡沫后驱替压力明显增加, 泡沫驱替过程中最大驱替压力与速度之间近似于线性增加。而且, 随着注入速度增加提高采收率幅度增加, 当注入速度由1 m L/min增加到2 m L/min时, 提高采收率值由13. 9% 增加到17. 9% , 提高了4. 0% , 驱替最大压力由45 k Pa增加到120k Pa, 增加了75 k Pa; 当注入速度由2 m L / min ( 5. 6m / d) 增加到4 m L / min ( 11. 2 m / d) 时, 提高采收率值由17. 9% 增加到25. 0% , 提高了7. 1% , 驱替最大压力由120 k Pa增加到269 k Pa, 增加了149 k Pa。因此, 在含油条件下泡沫仍然具有较强的封堵能力。
2. 3 泡沫注入方式对采收率幅影响
不同的起泡方式和注入方式直接影响了泡沫的生成效率和化学剂的利用率, 最终影响整体的调驱效果。选择合理的起泡方式和注入方式, 目的就是要在保证施工正常的情况下, 最大程度的提高化学剂在油藏中生成泡沫效率。在总注入量保持0. 3PV, 相同化学剂量, 平均注入速度不变条件下, 对三种注入方式 ( ①地面发泡连续注入———直接注入泡沫, ②水气交替———每个注入段塞大小为0. 05 PV、③脉动式的注入方式———在水气交替基础上, 段塞注入速度以1 m L/min、3 m L/min速度交替) 下提高采收率效果进行了对比, 实验结果见图2。
由图2 可见, 采用地面连续发泡方式注入压力明显高于其他的注入方式。原因在于采用地面连续发泡方式注入时, 泡沫在进入岩心前就已经生成, 发泡剂的发泡效率最高; 交替注入方式, 泡沫需要在地层中气液接触后生成, 部分发泡剂未能和气体接触生成泡沫, 降低了泡沫的生成量; 而采用脉动式的注入方式时, 变速度注入导致注入过程中压力呈现出周期性变化, 但由于平均注入速度与和气水交替注入速度相同, 注入过程中的压力最高值也与气液分段塞注入相近。
不同的注入方式, 采收率的增加幅度明显存在差异。以水-气-水的注入顺序进行注入提高采收率为24. 4% ; 而地面连续发泡注入时, 尽管注入时发泡效率最高, 但与与段塞式注入方式相比, 缺少了段塞交替时形成的压力扰动, 泡沫的再生过程低于段塞交替注入过程。而采用脉动式的注入方式, 交变的注入速度, 产生了周期性变化的压力, 从而有利于泡沫再生过程, 并提高驱替效率, 因而采用脉动的注入方式时提高采收率的幅度最大 ( 图3) 。
图3 为脉动注入方式过程中采收率、含水及压力变化曲线。采用脉动式的注入方式时, 随着注入速度呈周期性变化, 注入压力也相应的发生改变, 这种交变的压力致使驱替过程中泡沫不断再生, 含水大幅度降低, 提高了泡沫驱的效果。采用脉动式的注入方式时, 采收率由水驱结束时的44. 8% 增加到74. 8% , 提高采收率30% 。
2. 4 泡沫抑制气窜在矿场应用情况
希16—70 井于2011 年4 月23 日开始进行空气驱, 注气速度为6 048. 0 N·m3/ d。进行空气驱期间, 由于注入过程压力持续降低, 为了防止注气过程中气窜过早发生, 提高注气效果。采用分段塞注入方式, 先后共进行了4 次泡沫抑制气窜的施工。注入空气泡沫后, 注气的最大压力变化和注入压力下降趋势见图4 和图5。
由图5 可以看出, 注气井在注入空气泡沫后注气压力比注泡沫前增加, 说明起泡剂在地层中生成了泡沫, 并产生了封堵效果。同时注入4 个泡沫段塞后, 注气压力总体上呈现上升趋势, 表明随着泡沫注入次数增加, 泡沫抑制气窜效果增强。图5 还可以看出, 在第3 次和第4 次注入泡沫期间, 采用注入大的水段塞 ( 5 月29 日) 来进行压井, 注入水段塞后, 注空气的最大压力低于前后两次注入泡沫压力, 这说明一方面说明发泡剂在地下生成了泡沫, 另一方面说明空气泡沫的抑制气窜能力要明显强于水。
图5 注空气泡沫后注气压力变化趋势对比, 通过前4 次注泡沫后注气过程压力变化趋势进行对比可以看出: 注入第4 个泡沫段塞后, 注气压力下降趋势比前几个泡沫段塞明显变缓, 说明通过周期性注入泡沫已经明显起到了抑制气窜效果。
3 结论
空气驱是解决提高低渗、特低渗油田提高采收率的有效技术之一。注气过程中通过段塞式的注入空气泡沫可以有效的防止气窜, 起到抑制气窜的效果。室内研究的泡沫体系0. 2% ES-70+0. 2% O12 适用于低渗油田注气过程中防止气窜。泡沫注入方式对采收率的影响较大, 增加注入速度和采用多段塞交替注入利于地层中泡沫的形成和提高驱替效率。在贝尔油田空气驱过程中进行注入泡沫的矿场试验结果说明, 泡沫能够有效抑制空气驱过程中气窜。
摘要：为了抑制低渗油田注空气过程中气窜的发生、提高注空气效率, 开展了空气泡沫防止气窜技术研究。对研究出的复合泡沫体系ES-70/O12的抑制气窜效果和影响因素进行实验研究。研究结果表明:泡沫的注入速度、注入方式对泡沫抑制气窜效果和采收率具有显著影响。提高注入速度和采用段塞式的注入方法, 可以提高泡沫封窜效果和提高采收率。研究出的体系在含油条件下仍然具有高的发泡效率。通过对研究出的体系在贝尔油田空气驱矿场试验过程中的应用。结果表明:研究出的泡沫体系对空气驱过程中气窜具有明显的抑制效果, 注入泡沫后注气效果得到了改善。
关键词：泡沫,空气驱,气窜,贝尔油田,提高采收率
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防气窜水泥浆 篇4
虽然空气泡沫驱是一种极具发展前景的提高采收率技术，特别是针对非均质油藏，驱油效果更明显，能在很大程度上克服水平方向上的黏性指进和纵向上的重力超覆，提高驱油波及效率，但是该技术仍需要进一步完善，气窜问题仍然存在，一旦发生气窜将影响空气泡沫驱的驱油效果。因此，防气窜问题仍是空气泡沫驱研究的一项重要内容[5]。
笔者对空气泡沫气窜影响因素进行了一系列调研，发现国内外学者在空气泡沫的稳定性、气液比、岩石的渗透率、泡沫体系复配物的组分及浓度、注入方式、压力、温度等方面做了大量细致深入的试验研究[6,7,8]，但注气速度对空气泡沫气窜影响试验的研究却很少。注气速度过低，泡沫生成的数量少，稳定性差;注气速度过高，泡沫就会失去防气窜的功能。本文主要通过岩心渗流物模实验，研究在渗透率一定的条件下，注气速度对含聚泡沫和无聚泡沫防气窜性能的影响。
1 气窜物模实验
1.1 实验准备
选用起泡能力强的QW19发泡剂(工业品，其有效成分含量为50%)，用蒸馏水配制成QW19质量浓度为0.2%的无聚泡沫;在配制好的质量浓度为0.2%的QW19溶液中加入PAM聚合物(相对分子质量为1 200万的聚丙烯酰胺)，配制成PAM质量浓度为0.2%的含聚泡沫;用蒸馏水饱和岩心，在常温常压下，通过岩心渗流物模实验测试实验所用的各个岩心渗透率，所得岩心基本参数如表所示。
1.2 注气速度实验
利用上述测试岩心和配置的泡沫体系，进行室内岩心渗流物模实验，研究在一定渗透率条件下，注气速度对含聚泡沫和无聚泡沫防气窜性能的影响。实验将岩心置于夹持器内，用0.2%无聚泡沫(0.2%含聚泡沫)饱和实验岩心后，开始气液同注，液体注入速度恒定为2 m L/min，测量气窜前后岩心两端的注入压差和岩心出口端的气体流量，实验流程图如下。
2 实验结果与分析
2.1 一定注气速度条件下，无聚泡沫和含聚泡沫注入性能对比
选取1号和3号中等渗透率岩心，研究注气速度一定条件下，无聚泡沫和含聚泡沫注入性能对比，如图2所示;选取6号和7号低等渗透率岩心，研究注气速度一定条件下，无聚泡沫和含聚泡沫注入性能对比，如图3所示。从图2和图3可以看出，加入聚合物后，同一岩心相同的注气速度条件下，含聚泡沫的注入压差明显大于无聚泡沫体系的注入压差，加入聚合物后泡沫的封堵效果增强。比如，图2中渗透率为145 m D的岩心(表1中的1号岩心，K为岩心渗透率)，当注气速度在50 m L/s时，含聚泡沫的注入压差为0.24 MPa，而无聚泡沫的注入压差为0.17 MPa，渗透率为175 m D的岩心当注气速度在50 m L/s时，含聚泡沫的注入压差0.16 MPa，无聚泡沫的注入压差为0.14 MPa。如图3中，渗透率为8 m D的岩心，当注气速度在60 m L/s时，含聚泡沫的注入压差为2.4 MPa，无聚泡沫对应的注入压差为2 MPa;渗透率为25 m D的岩心，当注气速度在30m L/s时，含聚泡沫的注入压差1.7 MPa，无聚泡沫的注入压差为1.4 MPa。由上数据可以看出，对于中低渗油藏条件，在注气速度相同的情况下，含聚泡沫的注入压差高于无聚泡沫，含聚泡沫的封堵效果更明显。
从图4中，对比含聚泡沫和无聚泡沫气窜临界注气速度也可以看出，在渗透率和注入条件相同的条件下，含聚泡沫的气窜临界注气速度明显高于无聚泡沫，含聚泡沫能在更高的注气速度条件下防气窜，体现出含聚泡沫防气窜性能的优越性。
分析其原因:一方面加入聚合物后，通过提高泡沫的表面黏弹性，降低了气体扩散速度，增强了泡沫稳定性[9]。另一方面也减少了泡沫剂的吸附消耗，而泡沫体系的视黏度增大提高了泡沫整体的封堵效果。相对无聚泡沫体系，含聚泡沫体系的稳定性和防气窜能力大大加强了。
图5中8号岩心(特低渗)的反常现象分析:在注气速度小于40 m L/s时，相同注气速度条件下，无聚泡沫注入压差大于含聚泡沫的注入压差，这并不能否认含聚泡沫的封堵效果比无聚泡沫好，这是因为在渗透率特别低的条件下，体系中加入聚合物后，增加了泡沫生成的临界注入速度，使得聚合物泡沫体系在低注入速度下生成泡沫的效率降低，表现出注入压差无聚泡沫比含聚泡沫高的现象;在注气速度大于40 m L/s时，随着注气速度的增加，聚合物泡沫生成量增加，封堵性能增强，表现出注入压差含聚泡沫高于无聚泡沫;随着注气速度的继续增加，达到气窜临界点，气体开始突破，含聚泡沫和无聚泡沫的注入压差降低。
2.2 一定渗透率条件下，不同注气速度对泡沫防气窜性能的影响
对表1中所有岩心进行气窜物模实验后，找出其中的气窜临界规律。从图6和图7可知，一定渗透率条件下，随着注气速度的增加，无聚泡沫和含聚泡沫的封堵性能先逐渐增强，呈现出来的是注入压差逐渐升高，当达到临界气窜点以后，气体开始突破，随着注气速度的增加，泡沫的封堵性能越来越差，表现出来的是注入压差下降。
原因分析:一方面，当注入速率低时，不足以克服发泡所需要的能量，产生的泡沫数量较少，泡沫稳定性差，表现为流动阻力小，压力小。另一方面，当达到一定的注入速率后，可以克服发泡所需要的能量，产生足够多的泡沫，此时流动阻力增大，但同时泡沫受到的剪切速率增大，由于泡沫的剪切变稀性又有使流动阻力减小的趋势，两者共同作用的结果使泡沫在岩心中渗流压力增大的幅度变缓。当注气速度达到气窜临界点以后，气体开始突破，泡沫封堵性能变差，表现出来注入压差开始降低。
此外，从图6可以看出，当岩心渗透率高于85m D，注气速度超过120 m L/s，气体开始突破，注入压差开始降低，无聚泡沫的封堵性能变差;从上图7可知，当岩心的渗透率高于65 m D，注气速度超过160m L/s，气体突破，注入压差下降，含聚泡沫的封堵性能变差。
3 结论
(1)对于中低渗油藏条件，在注气速度相同的情况下，含聚泡沫的注入压差高于无聚泡沫，含聚泡沫的封堵效果更明显，且含聚泡沫能在更高的注气速度条件下防气窜，体现出含聚泡沫防气窜性能的优越性。
(2)一定渗透率条件下，随着注气速度的增大，无聚泡沫和含聚泡沫的封堵性能均逐渐增强，当达到临界气窜点以后，气体开始突破，注气速度继续增加，泡沫的封堵性能逐渐下降。
(3)无聚泡沫气窜物模实验得出，渗透率高于85 m D，注气速度超过120 m L/s时，气体突破，注入压差下降，无聚泡沫的封堵性能变差;含聚泡沫气窜物模实验得出，渗透率高于65 m D，注气速度超过160 m L/s时，发生气窜，含聚泡沫的封堵性能变差。
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