中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院

孤島油田稠油油層熱化學(xué)蒸汽驅(qū)的數(shù)值模擬*

孟薇中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院

孤島油田中二北Ng5油層為具有邊底水的普通稠油油藏，儲量650萬噸。1990年開始注蒸汽吞吐開發(fā)，目前已累積采油180.08萬噸，采出程度27.8%。由于該區(qū)塊處于吞吐生產(chǎn)后期（含水高），油層壓力下降慢，因此考慮采用熱化學(xué)添加劑輔助蒸汽驅(qū)的辦法來提高蒸汽驅(qū)采收率。從分析熱化學(xué)驅(qū)提高采收率機(jī)理入手，通過數(shù)值模擬方法對泡沫阻力因子、驅(qū)油劑界面張力的敏感性進(jìn)行研究，對該區(qū)塊的開發(fā)方式進(jìn)行了優(yōu)化。通過試驗(yàn)井組得出，蒸汽驅(qū)效果比熱水驅(qū)好，蒸汽+泡沫劑驅(qū)方式采出程度提高最多，效果最好，最終采收率達(dá)55.0%，

熱化學(xué)蒸汽驅(qū)；稠油；數(shù)值模擬；敏感性

1 稠油蒸汽驅(qū)面臨的問題

孤島油田中二北Ng5油層為具有邊底水的普通稠油油藏，儲量650萬噸。1990年開始注蒸汽吞吐開發(fā)，目前已累積采油180.08萬噸，采出程度27.8%。中二北Ng5油藏埋深較深，注蒸汽開采過程中井筒熱損失大，影響熱采開發(fā)效果；在Ng54含油小層北部具有邊底水，造成吞吐生產(chǎn)后期含水高，油層壓力下降慢[1]；高壓蒸汽驅(qū)蒸汽帶小、熱水帶大，熱利用率低；由于油藏非均質(zhì)性強(qiáng)，單純的蒸汽驅(qū)易造成汽竄，減小蒸汽波及體積，油藏的非均質(zhì)性和油水密度差等因素都會引起蒸汽的竄流。因此考慮采用熱化學(xué)添加劑輔助蒸汽驅(qū)的辦法來提高蒸汽驅(qū)采收率。

2 熱化學(xué)蒸汽驅(qū)機(jī)理

2.1 N2泡沫蒸汽驅(qū)提高蒸汽波及體積

（1）泡沫注入非均質(zhì)油藏首先進(jìn)入高滲層段，由于氣阻效應(yīng)具有疊加性，高滲層的流動(dòng)阻力逐漸提高。隨著注入壓力的增加，泡沫可以依次進(jìn)入滲透性較小、流動(dòng)阻力較大、原先不能進(jìn)入的低滲層，從而大幅度提高波及系數(shù)。在熱采模型中，使用泡沫處理方法降低氣相流度，改善驅(qū)油效率以及平面和縱向的波及體積[2]。通過流度的降低對應(yīng)氣相相對滲透率也降低，這種模擬方法實(shí)現(xiàn)對泡沫影響的模擬。

（2）當(dāng)剩余油飽和度低于25%泡沫體系就可以形成良好的封堵性能；高于25%不能形成有效封堵。選擇性封堵有利于降低蒸汽在高含水帶的竄流[3]。在模型中選取與泡沫相應(yīng)的臨界含油飽和度25%來實(shí)現(xiàn)泡沫的選擇性堵水。

（3）泡沫劑在含油飽和度高的油層部位，易溶于油，不起泡，不堵塞孔隙通道。而且它是一種表面活性劑，能降低油水界面張力，從而降低殘余油飽和度，提高驅(qū)油效率。

（4）泡沫的黏度取決于驅(qū)替介質(zhì)的黏度和泡沫特征值。當(dāng)泡沫特征值超過0.6時(shí)，泡沫的黏度急劇增加；當(dāng)泡沫特征值大于0.95時(shí)，泡沫黏度大于29.4mPa·s，是水的58.8倍，可大大增加波及體積。

2.2 驅(qū)油劑降低油水界面張力

驅(qū)油劑HG濃度為0.5%時(shí)界面張力可達(dá)10-3數(shù)量級[4]。根據(jù)不同溫度、不同濃度下驅(qū)油劑的界面張力關(guān)系，以及不同的界面張力對殘余油飽和度產(chǎn)生不同的影響，在模型中采用相對滲透率的插值方法來表示驅(qū)油劑對相對滲透率的影響。

2.3 泡沫劑、驅(qū)油劑的吸附量

隨泡沫劑、驅(qū)油劑的濃度增大，吸附量呈上升趨勢，并且在濃度相同條件下，泡沫劑的吸附量稍低于驅(qū)油劑[5]。

3 數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用

選取的中二北Ng5熱化學(xué)蒸汽驅(qū)模擬區(qū)長1600m，寬1695m，平面網(wǎng)格步長15m，構(gòu)建模型網(wǎng)格規(guī)模為87980個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。從分析熱化學(xué)驅(qū)提高采收率機(jī)理入手，通過數(shù)值模擬方法對泡沫阻力因子、驅(qū)油劑界面張力的敏感性進(jìn)行研究，對該區(qū)塊的開發(fā)方式進(jìn)行了優(yōu)化。

3.1 泡沫阻力因子的敏感性

泡沫阻力因子直接影響蒸汽的波及系數(shù)，設(shè)計(jì)阻力因子分別為1、10、25、40、100等5個(gè)方案，其中阻力因子為1相當(dāng)于沒有泡沫，即只是蒸汽驅(qū)效果。隨泡沫的阻力因子增大，日產(chǎn)油量增大，采出程度提高。圖1給出了不同阻力因子下采出程度曲線，隨泡沫的阻力因子增大，采出程度呈升高趨勢。但當(dāng)阻力因子大于25后，采出程度增幅開始減緩。

圖1 不同阻力因子下采出程度曲線

3.2 驅(qū)油劑界面張力的敏感性

高溫驅(qū)油劑直接影響注入流體的洗油能力，其性能主要通過驅(qū)油劑的界面張力來展示，為此設(shè)計(jì)驅(qū)油劑的界面張力分別為9.8、0.1、0.01、0.001mN/m等4個(gè)方案，其中界面張力為9.8mN/m相當(dāng)于沒有驅(qū)油劑，即只是蒸汽驅(qū)效果。隨驅(qū)油劑的界面張力減小，日產(chǎn)油量增大，采出程度提高。在驅(qū)油劑驅(qū)前期，日產(chǎn)油量有明顯增加，而到后期日產(chǎn)油量與蒸汽驅(qū)接近，如圖2所示。

圖2 不同界面張力下日產(chǎn)油曲線

與蒸汽驅(qū)方案相比，驅(qū)油劑的界面張力如果降低到10-3數(shù)量級，采出程度可增加4.13%；蒸汽+驅(qū)油劑方案的蒸汽波及體積均有所增大；并且在驅(qū)油劑驅(qū)前期汽驅(qū)油汽比明顯升高，開發(fā)效果變好。

3.3 開發(fā)方式優(yōu)化

針對試驗(yàn)井組，開展熱水驅(qū)、熱水+驅(qū)油劑驅(qū)、蒸汽驅(qū)、蒸汽+驅(qū)油劑驅(qū)、蒸汽+泡沫劑驅(qū)5種開發(fā)方式研究。熱水驅(qū)的采收率只有38.6%，添加驅(qū)油劑后可提高采收率3.48%；蒸汽驅(qū)的采收率為47.9%，添加驅(qū)油劑后可提高采收率4.13%，而添加泡沫劑后可提高采收率7.12%。因此蒸汽驅(qū)效果比熱水驅(qū)好，蒸汽+泡沫劑驅(qū)方式采出程度提高最多，效果最好，最終采收率達(dá)55.0%，如表1所示。如果采用蒸汽+驅(qū)油劑+泡沫劑驅(qū)開發(fā)方式，將會得到更高的采收率，這有待實(shí)驗(yàn)室物理模擬試驗(yàn)及油藏?cái)?shù)值模擬的進(jìn)一步論證。

表1 不同開發(fā)方式下優(yōu)化指標(biāo)

4 結(jié)論

（1）隨阻力因子增大，油藏內(nèi)的蒸汽腔呈增大趨勢，導(dǎo)致蒸汽波及體積增大，日產(chǎn)油量增大，汽驅(qū)油汽比升高，開發(fā)效果變好。

（2）隨驅(qū)油劑的界面張力減小，日產(chǎn)油量增大，采出程度提高，尤其在驅(qū)油劑驅(qū)前期汽驅(qū)油汽比明顯升高，開發(fā)效果變好。

（3）蒸汽驅(qū)效果比熱水驅(qū)好，單純添加驅(qū)油劑在蒸汽驅(qū)和熱水驅(qū)中提高采出程度效果有限，蒸汽+泡沫劑驅(qū)方式采出程度提高最多，效果最好。

[1]劉繼偉，王劉琦，肖世鑫，等．稠油區(qū)塊氮?dú)馀菽o助蒸汽驅(qū)技術(shù)[J]．油氣田地面工程，2013，32（12）：6-7.

[2]張銳．稠油熱采技術(shù)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1999.

[3]朱維耀，鞠巖．強(qiáng)化采油油藏?cái)?shù)值模擬基本方法[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2002.

[4]樊西驚．原油對泡沫穩(wěn)定性的影響[J]．油田化學(xué)，1997，14（4）：384-388.

[5]錢昱，張思富，吳軍政．泡沫復(fù)合驅(qū)泡沫穩(wěn)定性及影響因素研究[J]．大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，20（2）：33-35．

（欄目主持 李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.006

國家重大專項(xiàng)課題“高溫高鹽油田化學(xué)驅(qū)提高采收率技術(shù)”（2011ZX05011—004）。