李 敬，張 瑾，于劍飛

（1.中國(guó)石化勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng) 257015；2.中國(guó)石化勝利油田勝利采油廠，山東 東營(yíng) 257021）

注蒸汽熱力采油是開(kāi)采稠油油藏最有效的方法之一，而蒸汽驅(qū)更是稠油油藏開(kāi)發(fā)階段提高采收率的重要手段。但由于蒸汽與地層中油、水的密度差異導(dǎo)致的蒸汽“超覆”現(xiàn)象，以及蒸汽黏度低導(dǎo)致的氣竄現(xiàn)象，使得蒸汽驅(qū)的波及系數(shù)和驅(qū)油效率都大大降低，經(jīng)濟(jì)效益較差。泡沫輔助蒸汽驅(qū)是指在地層中注入蒸汽的同時(shí)，注入在地面預(yù)先配置好的泡沫或是向地層中注入非凝析氣體以及耐高溫的起泡劑溶液使其在地層中產(chǎn)生泡沫，利用泡沫高表觀黏度、封堵高滲層的特點(diǎn)，改善蒸汽剖面，使得蒸汽和熱水能夠在地層中均勻地推進(jìn)，抑制蒸汽“超覆”和氣竄現(xiàn)象的發(fā)生，提高熱能的利用率，從而能在蒸汽驅(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高稠油油藏的采收率[1-9]。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)氮?dú)馀菽o助蒸汽驅(qū)的驅(qū)替特征進(jìn)行了分析，運(yùn)用油藏?cái)?shù)值模擬軟件研究了氮?dú)馀菽o助蒸汽驅(qū)的驅(qū)油機(jī)理，為該技術(shù)在礦場(chǎng)的應(yīng)用提供依據(jù)和指導(dǎo)。

1 室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)研究

通過(guò)雙管并聯(lián)物理模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)比研究了針對(duì)非均質(zhì)地層蒸汽驅(qū)和泡沫輔助蒸汽驅(qū)的驅(qū)油效果和驅(qū)油特征。

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及裝置

實(shí)驗(yàn)藥品：高溫起泡劑，氮?dú)?，勝利油田Z區(qū)塊稠油，蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。

1.2 實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用的巖心參數(shù)見(jiàn)表1。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

蒸汽驅(qū)和泡沫輔助蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表2），實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的采收率和壓力隨蒸汽注入量的變化過(guò)程見(jiàn)圖2、圖3。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Experimental apparatus

表1 巖心參數(shù)Table 1 Core parameters

由表2可以看出：對(duì)于蒸汽驅(qū)而言，隨著蒸汽的不斷注入，高滲巖心驅(qū)油效率不斷提高，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)達(dá)到82.1%，而低滲巖心，由于受到氣竄的影響，驅(qū)油效率較低，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)驅(qū)油效率僅為32.2%，從而導(dǎo)致綜合驅(qū)油效率較低，僅為57.2%；對(duì)于泡沫輔助蒸汽驅(qū)而言，在蒸汽注入的初始階段，高滲巖心驅(qū)油效率較高，低滲巖心驅(qū)油效率較低，但隨著泡沫的注入（從注入孔隙體積倍數(shù)為0.5PV開(kāi)始），低滲巖心驅(qū)油效率明顯提高，注泡沫結(jié)束時(shí)（此時(shí)注入孔隙體積倍數(shù)為0.8PV）驅(qū)油效率為31.7%，比同期單純蒸汽驅(qū)驅(qū)油效率高10.5%，隨著蒸汽注入量的增加，高滲巖心驅(qū)油效率進(jìn)一步提高，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)驅(qū)油效率為82%，而低滲巖心的驅(qū)油效率也在不斷提高，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)驅(qū)油效率為74.5%，比單純蒸汽驅(qū)驅(qū)油效率高42.3%，而綜合驅(qū)油效率為78.3%，比單純蒸汽驅(qū)驅(qū)油效率高21.1%。

對(duì)于單純蒸汽驅(qū)而言（圖2），開(kāi)始注入蒸汽后，注入壓力迅速上升，注入蒸汽約0.15PV，達(dá)到蒸汽驅(qū)的啟動(dòng)壓力后，注入壓力開(kāi)始迅速下降，此時(shí)，高滲巖心采收率急劇增加，低滲巖心采收率增長(zhǎng)較為緩慢，說(shuō)明此時(shí)蒸汽大量進(jìn)入高滲巖心，巖心中的油被蒸汽驅(qū)替出來(lái)，而低滲巖心由于進(jìn)氣量較少，導(dǎo)致其采收率增加較慢。注入蒸汽0.9PV后，注入壓力開(kāi)始趨于穩(wěn)定，波動(dòng)幅度較小，此時(shí)高滲巖心中原油大部分已經(jīng)采出（采收率已達(dá)70.00%），低滲巖心的含油飽和度還較高（73.90%），這一現(xiàn)象表明：蒸汽在高滲巖心形成了高滲流通道，使得進(jìn)入低滲巖心的蒸汽量進(jìn)一步減少，最終導(dǎo)致低滲巖心采出程度較差，高滲與低滲巖心的綜合采收率較低（僅為57.15%）。

圖2 蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Steam flooding experimental results

圖3 泡沫輔助蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Experimental results of foam assisted steam flooding

對(duì)于泡沫輔助蒸汽驅(qū)而言（圖3），在注入0.3PV泡沫過(guò)程中，注入壓力上升幅度較大，約1.55 MPa，壓力的上升是注入流體溫度的降低和泡沫較高的封堵能力所造成的。在泡沫注入結(jié)束時(shí)，低滲巖心采收率為31.70%，高滲巖心的采收率為73.53%，但是在此后低滲巖心采收率開(kāi)始迅速上升，低滲巖心的最終采收率達(dá)到了74.54%，相對(duì)于單純蒸汽驅(qū)，低滲巖心采收率40.26%。注入泡沫后低滲采收率提高的主要原因在于：一方面是泡沫的剪切變稀特性，低滲巖心的喉道半徑相對(duì)于高滲巖心要小，泡沫在低滲巖心中剪切作用也較強(qiáng)，導(dǎo)致泡沫在低滲巖心中視黏度較低，流度較小，所以泡沫對(duì)于高滲巖心的封堵作用更強(qiáng)，使得后續(xù)蒸汽更多的進(jìn)入低滲巖心，從而提高了低滲巖心的采收率；另一方面是原油較強(qiáng)的消泡作用所引起的，在注入泡沫后，低滲巖心的含油飽和度為68.30%，遠(yuǎn)高于高滲巖心的26.47%，所以進(jìn)入低滲巖心的泡沫由于含油飽和度較高而大量消泡，而進(jìn)入巖心的泡沫由于含油飽和度較低而較為穩(wěn)定的存在，加劇了泡沫對(duì)于高滲層巖心的封堵作用，使得后續(xù)的蒸汽更易于進(jìn)入低滲層。上述兩種現(xiàn)象都導(dǎo)致了泡沫在高滲巖心較強(qiáng)的封堵作用，使得低滲巖心進(jìn)入的蒸汽量增加，從而大幅度提高了低滲巖心的采收率。綜合以上實(shí)驗(yàn)可以看出，泡沫是稠油蒸汽驅(qū)后期調(diào)剖的一種有效方法，能夠大幅度改善蒸汽的驅(qū)油效率。

2 數(shù)值模擬研究及影響因素分析

運(yùn)用CMG數(shù)值模擬軟件中的STARS模塊，對(duì)勝利油田王莊油田典型稠油油藏Z油藏進(jìn)行了泡沫輔助蒸汽驅(qū)數(shù)值模擬研究，與單純蒸汽驅(qū)條件下的開(kāi)采狀況進(jìn)行了對(duì)比，并對(duì)影響泡沫輔助蒸汽驅(qū)驅(qū)替效果的因素進(jìn)行了分析[10]。

2.1 油藏地質(zhì)模型的建立

建立了能夠反應(yīng)該稠油油藏整體特征的概念模型。模型采用200m×283m的五點(diǎn)法井網(wǎng)，油藏頂深1 209m，平均滲透率 750×10-3μm2，平均孔隙度25%。50℃下原油黏度3 325 mPa·s，原油密度0.98 g/cm3。油藏原始地層壓力11.6 MPa，原始地層溫度，初始含油飽和度85%。

為反應(yīng)實(shí)際區(qū)塊的生產(chǎn)情況，首先進(jìn)行了蒸汽吞吐的模擬，當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆抵? MPa時(shí)，轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)模擬。蒸汽驅(qū)開(kāi)采3年后，轉(zhuǎn)入泡沫輔助蒸汽驅(qū)階段，注泡沫2年后，恢復(fù)蒸汽驅(qū)開(kāi)采。

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果

蒸汽驅(qū)和泡沫輔助蒸汽驅(qū)的模擬結(jié)果（圖4）。

對(duì)于單純蒸汽驅(qū)階段，生產(chǎn)結(jié)束時(shí)累積產(chǎn)油量87 027m3，采出程度僅為23.3%，而對(duì)于泡沫輔助蒸汽驅(qū)，隨著泡沫的注入，原油采出程度明顯增加，最終累積產(chǎn)油量102 694m3，采出程度27.5%?？梢钥闯觯号菽淖⑷肽軌蛴行岣哒羝?qū)階段的原油采出程度。

圖4 不同開(kāi)發(fā)方式下累積產(chǎn)油量對(duì)比Fig.4 Cumulative oil production comparisons in different development methods

由不同開(kāi)發(fā)方式下的溫度場(chǎng)分布對(duì)比可以看出（圖5 a1、圖5 b1），當(dāng)注泡沫開(kāi)始時(shí)，由于受到蒸汽超覆的影響，蒸汽在油層頂部擴(kuò)散較快，溫度較高，而在油層中部和下部溫度較低，蒸汽沒(méi)有得到有效的擴(kuò)散，不利于稠油的采出。從對(duì)應(yīng)的含油飽和度場(chǎng)也可以看到類似的狀況（圖6 a1、圖6 b1），油層頂部剩余油飽和度較低，而油層中下部還存在大量剩余油。

圖5 不同開(kāi)發(fā)方式下溫度場(chǎng)對(duì)比Fig.5 Temperature field comparisons in different development methods

圖6 不同開(kāi)發(fā)方式下含油飽和度場(chǎng)對(duì)比Fig.6 Oil saturation field comparisons in different development methods

當(dāng)向地層注入泡沫后，泡沫隨蒸汽進(jìn)入地層頂部，由于泡沫具有較高的表觀黏度，極大地降低了氣相的流度，有效地抑制了蒸汽沿著氣竄層向生產(chǎn)井竄進(jìn)，使得蒸汽更多的進(jìn)入油層中部和下部（圖5 b2、圖5 b3），進(jìn)一步抑制了蒸汽的超覆現(xiàn)象，使得蒸汽和熱水能夠在地層垂向上更為均勻地向生產(chǎn)井推進(jìn)，改善了吸汽剖面，提高了熱能的利用率，增加了油層中下部剩余油的采出程度（圖6 b2、圖6 b3），提高了油藏的最終采收率。

相對(duì)于泡沫輔助蒸汽驅(qū)而言，單純蒸汽驅(qū)開(kāi)采由于沒(méi)有泡沫的注入，蒸汽繼續(xù)沿地層頂部竄流通道向生產(chǎn)井竄進(jìn)，而油層中下部蒸汽的波及范圍較小（圖5 a2、圖5 a3），這樣就導(dǎo)致油層頂部的剩余油大量采出，而在油層中下部還存在大量的剩余油（圖6 a2、圖6 a3）。一旦蒸汽氣竄至生產(chǎn)井，蒸汽驅(qū)效果迅速變差，最終導(dǎo)致油藏采出程度較低。

綜上所述，在蒸汽驅(qū)過(guò)程中注入泡沫，利用泡沫來(lái)抑制蒸汽的氣竄和超覆，有效改善了蒸汽剖面，提高了蒸汽的利用效率，不失為一種有效的三次采油技術(shù)。

2.3 泡沫輔助蒸汽驅(qū)影響因素分析

1）注入表面活性劑濃度

泡沫在油層中的有效作用與表面活性劑注入濃度有關(guān)?？紤]到表面活性劑在巖石表面的吸附及耗損，在油層孔隙中形成泡沫存在著一個(gè)最優(yōu)濃度[11]。模擬了表面活性劑質(zhì)量濃度為0.5%～4%情況下的注泡沫井的平均井底壓力，結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 不同表面活性劑濃度下注泡沫井井底壓力Fig.7 Bottom pressure of foam injection well in different concentrations of surface acting agent

隨著表面活性劑質(zhì)量濃度的增加，注泡沫井井底壓力逐漸上升，這是由于較高的表面活性劑濃度更有利于泡沫的形成，從而產(chǎn)生了更好的封堵效果，導(dǎo)致注入井的井底壓力不斷上升。但隨著表面活性劑濃度的進(jìn)一步增大，在巖石的吸附和損耗的表面活性劑增大，從而影響了泡沫的生成以及封堵效果，而注泡沫井的井底壓力也隨之降低。可以看出：在注泡沫井中注入的表面活性劑濃度并不是越大越好，而是存在一個(gè)最優(yōu)值，達(dá)到最好的封堵效果。

2）泡沫注入體積

通常泡沫注入體積越大，采出的原油越多，但考慮到成本問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般取一個(gè)經(jīng)濟(jì)上可行的方案。這里僅對(duì)泡沫注入體積對(duì)累積產(chǎn)油量的影響進(jìn)行分析，模擬了注入泡沫體積為0.05PV，0.1PV，0.15PV，0.2PV，0.25PV情況下的累積產(chǎn)油量，模擬結(jié)果如圖8所示。

圖8 不同泡沫注入體積下的累積產(chǎn)油量Fig.8 Cumulative oil production of different foam injection volume

可以看出：隨著注入泡沫體積的增加，產(chǎn)油量逐漸增大，在0.05PV至0.15PV這一階段，增油效果十分明顯，當(dāng)注入體積大于0.2PV時(shí)，增油幅度減緩。

3）泡沫注入的時(shí)機(jī)

在不同的時(shí)機(jī)注入泡沫對(duì)泡沫輔助蒸汽驅(qū)的影響效果不同，因?yàn)樵诓煌臅r(shí)機(jī)下，油層的含水飽和度、含油飽和度各不相同，對(duì)泡沫的生成和穩(wěn)定存在會(huì)產(chǎn)生重要影響。模擬了在不同氣驅(qū)時(shí)間情況下的累積產(chǎn)油量，模擬結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖9 不同注泡沫時(shí)間下的累積產(chǎn)油量Fig.9 Cumulative oil production of different foam injection time

可以看出：當(dāng)轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)開(kāi)采1 200天左右時(shí)，注泡沫輔助蒸汽驅(qū)開(kāi)采稠油能夠取得比較好的效果。過(guò)早注入泡沫會(huì)由于近井地帶含油飽和度較高而從而無(wú)法形成穩(wěn)定的泡沫，導(dǎo)致產(chǎn)油量較低；太晚注入泡沫則會(huì)由于低含水生產(chǎn)階段較短，含水恢復(fù)較快，不能大幅度提高采出程度[2]。

3 結(jié)論

1）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究表明：高滲巖心由于含油飽和度較低，泡沫能夠穩(wěn)定存在，對(duì)高滲巖心的封堵作用更強(qiáng)，使得后續(xù)蒸汽更多地進(jìn)入低滲巖心，從而提高了低滲巖心的采收率，改善蒸汽的驅(qū)油效率。

2）數(shù)值模擬結(jié)果表明：由于泡沫具有較高的表觀黏度，極大地降低了氣相的流度，有效地抑制了蒸汽沿著氣竄層向生產(chǎn)井竄進(jìn)，使得蒸汽更多的進(jìn)入油層中部和下部，改善了吸汽剖面，提高了熱能的利用率，提高了油藏的最終采收率。

3）影響泡沫輔助蒸汽驅(qū)開(kāi)采效果的主要因素有表面活性劑的質(zhì)量濃度，注入泡沫的體積和時(shí)機(jī)。在現(xiàn)場(chǎng)工藝實(shí)施時(shí)，要考慮不同因素的影響，保證最大程度地提高采收率。

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