黃 翔 中石化勝利油田分公司河口采油廠,山東東營257200 中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院,北京1 02249

吳曉東 (中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院,北京102249)

強(qiáng)化泡沫驅(qū)是在泡沫驅(qū)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的三次采油技術(shù)[1],強(qiáng)化泡沫體系由泡沫劑、聚合物和氮?dú)饨M成,是在泡沫驅(qū)的基礎(chǔ)上加上聚合物驅(qū),改善了普通泡沫穩(wěn)定性差的缺點(diǎn),并且能降低泡沫劑的吸附損耗[2]。室內(nèi)試驗(yàn)研究表明,強(qiáng)化泡沫體系可有效地封堵高滲層和大孔道,對于強(qiáng)非均質(zhì)油藏和大孔道發(fā)育油藏提高采收率具有重要意義[3]。筆者針對埕東油田西區(qū)強(qiáng)化泡沫驅(qū)先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)的油藏特點(diǎn)及水驅(qū)開發(fā)現(xiàn)狀,利用加拿大的CMG數(shù)值模擬軟件,對強(qiáng)化泡沫驅(qū)注入段塞大小、注入泡沫劑濃度、聚合物濃度、注入方式等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究。

1 先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)概況

1.1 油藏地質(zhì)特征

先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)位于埕東油田西區(qū)的中西部,內(nèi)部構(gòu)造簡單,地層發(fā)育平緩,地層傾角不到1°。試驗(yàn)區(qū)含油面積0.9km2,平均有效厚度6.5m,地質(zhì)儲量119×104t,主要開發(fā)層系為館陶組上段3砂組,儲層物性和含油性較好,非均質(zhì)性較強(qiáng),地下大孔道普遍發(fā)育,平均空氣滲透率2.3μ m2,孔隙度37%,原始含油飽和度62%,滲透率變異系數(shù)0.73。原油屬常規(guī)稠油,平均地面粘度1619mPa·s,地下粘度74mPa·s。地層水型為NaHCO3型,總礦化度6227mg/L,二價(jià)離子含量130mg/L,原始地層壓力11.27MPa,油層溫度60℃。

1.2 開發(fā)簡況

試驗(yàn)區(qū)于1976年5月投入開發(fā);1977年5月采用反九點(diǎn)面積注水;1980年、1985年進(jìn)行了整體加密調(diào)整;進(jìn)入特高含水期后,為控制層內(nèi)矛盾、延緩注入水沿底部大孔道推進(jìn),1992年進(jìn)行了整體堵水調(diào)剖;1994年進(jìn)入特高含水后期的 “控水穩(wěn)油”開發(fā)階段。2004年9月,試驗(yàn)區(qū)有油井15口,日液水平835.4t,日油水平22.6t,綜合含水97.3%,采出程度39.8%。水井4口,日注水616m3。

2 數(shù)值模擬

數(shù)模軟件采用加拿大CMG計(jì)算機(jī)模擬公司的Stars模擬器。軟件中,泡沫驅(qū)主要通過控制氣相的流度來實(shí)現(xiàn),該方法具有以下優(yōu)點(diǎn):①對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要求較少;②僅增加了一個(gè)額外的流動方程 (泡沫劑),限制了模擬成本的增加;③能夠簡單快速篩選試驗(yàn)方案,為先導(dǎo)性試驗(yàn)提供依據(jù)。

數(shù)模研究對象為埕東油田西區(qū)的強(qiáng)化泡沫驅(qū)先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū),為減少開放性邊界產(chǎn)生的不利影響,數(shù)模模型外擴(kuò)一個(gè)井距,包括42口采油井,21口注水井 (其中18口轉(zhuǎn)注井)。由于試驗(yàn)區(qū)只包含館陶組上段3砂組一個(gè)儲層,數(shù)模根據(jù)測井解釋成果,縱向上劃分了3個(gè)韻律段,作為數(shù)模模型的3個(gè)模擬層(layer1、layer2、layer3)。網(wǎng)格模型采用直角網(wǎng)格系統(tǒng),建立了79×77×3的網(wǎng)格,有效節(jié)點(diǎn)9024個(gè)。流體模型中將聚合物、泡沫劑、氮?dú)?、油及水作?個(gè)組成部分,建立了三相5組分流體模型。

3 注入?yún)?shù)優(yōu)化研究

3.1 主段塞大小優(yōu)化

設(shè)計(jì)主段塞大小為0.1、0.2、0.3、0.4PV共4個(gè)方案,研究主段塞大小對驅(qū)油效果的影響。主段塞大小優(yōu)化對比如圖1。由圖1可以看出,隨著主段塞注入倍數(shù)增加,采油量增加,試驗(yàn)區(qū)采出程度提高,但注入0.3PV后,油量增加幅度逐漸減少,0.4PV的采出程度只比0.3PV高1.25個(gè)百分點(diǎn),優(yōu)化的主段塞大小為0.3PV。

3.2 泡沫劑濃度優(yōu)化

固定段塞大小和聚合物濃度,選取泡沫劑濃度為0.5%、0.75%、1.0%共3個(gè)方案。數(shù)模計(jì)算結(jié)果表明,隨著泡沫劑濃度增加,采出程度變化不大,說明泡沫劑濃度為非敏感性參數(shù)。油砂吸附對泡沫性質(zhì)影響曲線如圖2。由圖2可以看出,油砂吸附后,泡沫劑溶液的半衰期和發(fā)泡體積都減小,但泡沫劑濃度大于0.5%后,油砂吸附對泡沫性質(zhì)影響明顯降低,考慮地層吸附,泡沫劑濃度應(yīng)不低于0.5%。

圖1 主段塞大小優(yōu)化對比

圖2 油砂吸附對泡沫性質(zhì)影響曲線

3.3 聚合物濃度優(yōu)化

設(shè)計(jì)主段塞聚合物濃度變化范圍為1500、1600、1700、1800mg/L。聚合物濃度優(yōu)化對比如圖3。從圖3可以看出,隨著聚合物濃度增加,采出程度增加,但當(dāng)聚合物濃度超過1600mg/L后,采出程度增加幅度明顯降低。因此,優(yōu)化的聚合物濃度為1600mg/L。

3.4 前置段塞大小優(yōu)化

在三次采油礦場實(shí)施過程中,通常采用 “階梯型”段塞結(jié)構(gòu)的注入方式,即注入溶液分幾個(gè)連續(xù)的段塞,其濃度依次降低,其中第1段塞為前緣保護(hù)及犧牲段塞,濃度略高于優(yōu)化的主段塞注入濃度,一般為主段塞濃度的1.1～1.5倍[4]。結(jié)合試驗(yàn)區(qū)油藏地質(zhì)狀況和注入井注入能力分析,為保證地下充分起泡,前置段塞泡沫劑濃度設(shè)計(jì)為主段塞濃度的1.5倍,為0.75%,聚合物濃度借鑒勝利油田聚合物驅(qū)的經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)為1800mg/L。

前置段塞用量一般占總用量的10%～20%[4],以滿足地層吸附為主。從數(shù)模優(yōu)化結(jié)果看 (圖4),隨著前置段塞用量增大,原油采出程度增加,注入0.03PV和0.02PV相比,采出程度明顯增加,表明前置段塞用量小于0.02PV以地層吸附為主,大于0.02PV后以驅(qū)油為主,因此滿足地層吸附的前置段塞用量應(yīng)大于0.02PV。

圖3 聚合物濃度優(yōu)化對比

圖4 前置段塞大小優(yōu)化對比

3.5 注入方式優(yōu)化

在上述注入劑濃度和段塞尺寸優(yōu)化研究的基礎(chǔ)上,研究不同注入方式-氣液混注、氣液交替注入(交替周期分別為10、20、30d)對強(qiáng)化泡沫驅(qū)油效果的影響。從數(shù)模結(jié)果看 (表1),氣液混合注入效果最好,采出程度達(dá)到54.18%;但交替注入周期為10、20d的采出程度與混合注入相差不大,不到1%,交替周期大于20d后采出程度明顯降低?？紤]礦場可操作性并借鑒單井試注試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),數(shù)模推薦交替式注入方式為10d 1個(gè)周期。

表1 不同注入方式對比

3.6 參數(shù)優(yōu)化結(jié)果與方案設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)模優(yōu)化結(jié)果,結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和礦場實(shí)際情況,設(shè)計(jì)先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)化泡沫驅(qū)注入方案為:前置段塞0.02PV(1800mg/L聚合物+0.75%泡沫劑)+主段塞0.3PV(氮?dú)?(即氣體)+1600mg/L聚合物+0.5%泡沫劑 (即液體))氣液交替注入,交替周期10d。

預(yù)測礦場實(shí)施后,與常規(guī)水驅(qū)相比,可提高采收率11.64個(gè)百分點(diǎn),增產(chǎn)原油13.85×104t,增加的采油量主要來自儲層頂部,儲層頂部采出程度達(dá)到41.12%,比水驅(qū)提高了21.27個(gè)百分點(diǎn),見表2。試驗(yàn)區(qū)如果繼續(xù)采用水驅(qū)開采,最終采收率只有42.20%,采出的油量主要來自儲層的中、下部 (儲層中、下部采出程度分別增加了2.34%和2.64%),儲層頂部的剩余油難以得到動用 (頂部采出程度僅增加了0.42%),表明強(qiáng)化泡沫驅(qū)擴(kuò)大了波及體積,提高了驅(qū)油效率。

表2 數(shù)模預(yù)測采收率

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬結(jié)果,結(jié)合礦場實(shí)際注入情況,推薦礦場采用清水配置母液、污水稀釋注入,注入段塞為0.31PV,注入速度為0.08PV/a。礦場推薦注入方式:

前置段塞:0.03PV(1800mg/L聚合物+1.0%泡沫劑);

主段塞:0.3PV氮?dú)夂?(1600mg/L聚合物+0.5%泡沫劑)(即液體),交替注入,氣液比1∶1。

4 現(xiàn)場試驗(yàn)

試驗(yàn)區(qū)2004年9月22日開始注前置段塞,2005年7月30日開始轉(zhuǎn)入主段塞試注,首先按0.5∶1的氣液比交替注入,周期4d。2006年2月17日調(diào)整氣液比為1∶1,交替注入,周期4d。截止到2008年12月,累計(jì)注入1541d,注入體積0.266PV,注入聚合物干粉814t,起泡劑2533.3t,累注聚合物溶液47.8715×104t,總量335.3PV·mg/L,累注氮?dú)?003.0071×104m3。

4.1 注入動態(tài)變化

注水井1個(gè)月后,油壓開始上升,2006年7月前置段塞結(jié)束時(shí)平均油壓10.6MPa,目前注入壓力11.1MPa,與注聚前相比升高3.8MPa。從霍爾積分看,前置段塞結(jié)束后阻力系數(shù)為2.2,主段塞注入后阻力系數(shù)進(jìn)一步增大到4.89,說明泡沫復(fù)合體系增大了流動阻力,進(jìn)一步改善了油層的滲流狀況。

4.2 生產(chǎn)動態(tài)變化

試驗(yàn)區(qū)日油水平由25.4t/d上升到44t/d,日增油18.6t,綜合含水由97%下降到94.4%,降了2.6%,目前日產(chǎn)油是注入前的1.7倍,累積增油14013t,提高采收率1.18%。

5 結(jié) 論

1)選用CMG軟件,建立了三維三相5組分?jǐn)?shù)模模型,實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化泡沫驅(qū)數(shù)值模擬技術(shù)。

2)優(yōu)化的強(qiáng)化泡沫驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)注入?yún)?shù)為:前置段塞0.02PV(1800mg/L聚合物+0.75%泡沫劑)+主段塞0.3PV(氮?dú)?1600mg/L聚合物+0.5%泡沫劑),注入方式以氣液交替式注入為宜,交替周期10d。

3)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)實(shí)施強(qiáng)化泡沫驅(qū)后,波及體積擴(kuò)大,驅(qū)油效率提高,截止到2008年底,采收率提高1.18%,累積增產(chǎn)原油1.4×104t。

[1]廖廣志,李立眾,孔繁華,等.常規(guī)泡沫驅(qū)油技術(shù) [M].北京:石油工業(yè)出版社,1999.

[2]王增林,王其偉.強(qiáng)化泡沫驅(qū)油體系性能研究 [J].石油大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),2004,28(3):49～51.

[3]王其偉,曹緒龍,周國華,等.泡沫封堵能力試驗(yàn)研究[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),2003,25(6):40～42.

[4]孫煥泉,張以根,曹緒龍.聚合物驅(qū)油技術(shù) [M].東營:石油大學(xué)出版社,2002.