欒春芳

(大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠，黑龍江大慶 163000)

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空氣泡沫驅(qū)油技術(shù)在低滲透油藏中的應(yīng)用研究

欒春芳

(大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠，黑龍江大慶 163000)

空氣泡沫驅(qū)油技術(shù)在中高滲透油藏中取得了很好的應(yīng)用效果，但在低滲透油藏中的應(yīng)用較少，通過文獻調(diào)研對低滲透油藏空氣泡沫驅(qū)增油機理和注入方式進行總結(jié)，并結(jié)合室內(nèi)實驗以及現(xiàn)場試驗對空氣泡沫驅(qū)技術(shù)在低滲透油藏中進行可行性分析。結(jié)果表明，空氣泡沫驅(qū)在高滲層的剩余油飽和度低于20%時，泡沫液體系能夠很好地發(fā)揮作用，封堵高滲層，空氣泡沫驅(qū)階段驅(qū)替出大量低滲透層中的原油，驅(qū)油效率由水驅(qū)階段的8.33% 升高至50.55%；礦場井組含水率由98%下降至54%，日產(chǎn)液量由3.5 m3下降至1 m3，日產(chǎn)油量由0.07 m3升高至0.46 m3。空氣泡沫驅(qū)在低滲透油藏開發(fā)中具有巨大潛力，對同類油藏的增油控水具有一定的借鑒作用。

低滲透油藏； 空氣泡沫驅(qū)； 增油機理； 驅(qū)油效率

隨著全球石油需求的快速增長以及當(dāng)前石油勘探開發(fā)技術(shù)的進步，低滲透油藏將成為今后我國油田開發(fā)的主要對象。據(jù)統(tǒng)計，在近期探明儲量中，60%～70%為低滲儲量。由于低滲透油藏滲透率、孔隙度、含油飽和度均較低，使其開采難度越來越大，空氣泡沫驅(qū)綜合了空氣驅(qū)和泡沫驅(qū)的優(yōu)點，成本低，具有傳統(tǒng)低溫氧化效果和流度控制作用，能夠提高低滲層的動用程度，對于高含水、非均質(zhì)嚴重、存在大裂縫或高滲通道的油藏具有很好的適應(yīng)性[1-4]。國內(nèi)勝利油田、百色油田、中原油田等先后在中高溫油藏實施了空氣泡沫調(diào)驅(qū)[3,5-7]，并取得了一定效果。但在淺層特低滲低溫油藏中的應(yīng)用較少，本文通過調(diào)研系統(tǒng)研究了空氣泡沫驅(qū)增油機理和注入方式，并結(jié)合室內(nèi)實驗和現(xiàn)場試驗對空氣泡沫驅(qū)在低滲透油藏中的適應(yīng)性進行了可行性分析，認為空氣泡沫驅(qū)技術(shù)在低滲透油藏中具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 低滲透油藏空氣泡沫驅(qū)增油機理

空氣泡沫驅(qū)綜合泡沫驅(qū)和空氣驅(qū)的優(yōu)點，以泡沫驅(qū)為調(diào)剖劑，空氣為驅(qū)油劑，不但具有泡沫驅(qū)和空氣驅(qū)的特點，而且還具低溫氧化驅(qū)油機理[8-14]。圖1為空氣泡沫驅(qū)油示意圖。

圖1 空氣泡沫驅(qū)油示意圖

Fig.1 Schematic diagram of air foam flooding

(1) 調(diào)整吸水剖面，擴大波及體積，提高驅(qū)油效率。在非均質(zhì)油藏中，注入的泡沫液首先進入高滲層，利用泡沫液的賈敏效應(yīng)，逐漸封堵高滲層，使得后續(xù)注入的泡沫液不再大量進入高滲層，注入壓力升高，此時小孔道內(nèi)的滲流阻力不足以抵消注入壓力，泡沫開始進入小孔道，此后泡沫在大小孔道內(nèi)均勻推進，調(diào)整了注入井的吸水剖面，提高了低滲層的動用程度。

起泡劑在應(yīng)用中可起到表面活性劑的作用，降低油水之間的界面張力，改變巖石表面潤濕性，乳化原油，提高油藏的整體的驅(qū)油效率。

(2) 空氣維持油藏壓力，提高油藏能量。注入的空氣可補充地層能量，增加彈性能量，隨著開發(fā)的持續(xù)進行，使油藏壓力下降遲緩，延長油田穩(wěn)產(chǎn)期，提高最終采收率。

(3) 油藏溫度下實現(xiàn)低/高溫氧化，實現(xiàn)間接煙道氣驅(qū)以及熱效應(yīng)。原油在油藏中發(fā)生低/高溫氧化，易生成煙道氣，在地層中發(fā)揮煙道氣驅(qū)的作用。此外，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量可加熱油層，降低原油黏度，減小水油流度比。

2 空氣泡沫驅(qū)注入方式

空氣泡沫在礦場的注入方式可總結(jié)為3種：空氣和泡沫交替注入、空氣和泡沫同時注入、空氣和泡沫地面起泡注入。第1種由于其礦場注入地面操作簡單，可執(zhí)行度高，礦場應(yīng)用較廣泛；第2種注入方式起泡效果好，可形成較大封堵壓差，但對管柱腐蝕嚴重，且會降低礦場注入能力；第3種注入方式較第2種礦場操作繁瑣，注入壓力難以控制且對注入設(shè)備以及注入管柱腐蝕性更大，在礦場中應(yīng)用較少。

3 特低滲油藏空氣泡沫驅(qū)可行性分析

3.1 室內(nèi)物理模擬

3.1.1 實驗儀器、條件及材料

(1) 實驗儀器：高壓中間容器、平流泵、高壓氣瓶、氣體流量計、壓力表、回壓裝置等。

(2) 實驗溫度：27 ℃。

(3) 實驗用水：礦場試驗區(qū)現(xiàn)場注入水，礦化度為48 956.30 mg/L；實驗用油：試驗區(qū)脫水脫氣原油；實驗用泡沫液體系(質(zhì)量分數(shù))：BK6A(0.5%)+BK6B (0.15%)；實驗用氣：干燥空氣。

(4) 單管實驗用巖心均質(zhì)石英砂膠結(jié)巖心，模型尺寸Φ100 mm×600 mm。雙管實驗巖心：兩塊并聯(lián)的均質(zhì)石英砂膠結(jié)巖心，滲透率分別為9.0×10-3μm2，49.8×10-3μm2，滲透率極差為5.5，孔隙度分別為12.6%、19.8%，模型尺寸Φ60 mm×900 mm。

3.1.2 實驗方法

(1) 空氣泡沫調(diào)驅(qū)單管巖心驅(qū)油效率實驗

將人工制作的石英砂膠結(jié)巖心接入流程，模擬不同滲透率，調(diào)節(jié)恒溫箱溫度至27 ℃，對模型抽真空，測量滲透率、飽和水、飽和油，將不同滲透率的巖心以0.4 mL/min的注水速度注水，至出口端含水率為98%后停止注水，記錄產(chǎn)液量、產(chǎn)油量和壓力的變化，計算水驅(qū)驅(qū)油效率。然后轉(zhuǎn)注空氣泡沫，注入方式為空氣、泡沫液交替注入，氣液體積比為3∶1，實時記錄驅(qū)油效率，單管巖心驅(qū)油效率實驗流程圖見圖2所示。

圖2 空氣泡沫驅(qū)單管巖心驅(qū)油效率實驗流程

Fig.2 Flow chart of air foam flooding single pipe fractured core displacement device

為獲得空氣泡沫驅(qū)阻力因子與剩余油飽和度的關(guān)系，與上面的實驗條件基本一致，將巖心水驅(qū)至剩余油飽和度分別為0、10%、20%、30%、40%、50%、60%，然后進行空氣泡沫驅(qū)注入實驗，巖心滲透率為1×10-3μm2，孔隙度為8.23%，實時記錄壓力變化。

(2) 空氣泡沫驅(qū)雙管巖心驅(qū)油效率實驗

將人工制作的不同滲透率的兩塊石英砂膠結(jié)巖心并聯(lián)接入流程，模擬不同的滲透率極差，依次對模型抽真空、飽和水、飽和油，以0.4 mL/min的注入速度水驅(qū)至含水率為98%，然后進行空氣泡沫驅(qū)注入實驗，空氣與泡沫液交替注入，氣液體積比3∶1，實時記錄驅(qū)油效率，雙管實驗流程圖見圖3所示。

圖3 空氣泡沫驅(qū)雙管巖心驅(qū)油效率實驗流程

Fig.3 Flow chart of air foam flooding double tube core flooding experiment

3.1.3 實驗結(jié)果及分析

(1) 空氣泡沫調(diào)驅(qū)單管巖心驅(qū)油效率實驗

表1為不同滲透率巖心單管空氣泡沫驅(qū)油實驗結(jié)果，圖4為水驅(qū)后空氣泡沫驅(qū)單管巖心驅(qū)油效率曲線，圖5為單管巖心驅(qū)油效率與滲透率的關(guān)系曲線。

圖4 水驅(qū)后空氣泡沫驅(qū)單管巖心驅(qū)油效率曲線

Fig.4 Air foam flooding oil displacement efficiency ofsingle tube after water flooding

圖5 單管巖心驅(qū)油效率與滲透率的關(guān)系曲線

Fig.5 Relation between single pipe oil displacement efficiency and permeability

表1 不同滲透率巖心單管空氣泡沫驅(qū)油實驗結(jié)果

由圖4和圖5可以看出，隨巖心滲透率增加，水驅(qū)最終驅(qū)油效率增加，空氣泡沫驅(qū)最終驅(qū)油效率亦增加，且水驅(qū)后，空氣泡沫驅(qū)提高采收率幅度隨滲透率的增加而增加。因為滲透率增加，泡沫的阻力系數(shù)增大，泡沫封堵能力越強，使得驅(qū)油剖面均勻推進，驅(qū)油效率提高。由表1可以看出，空氣泡沫驅(qū)可提高低滲層采收率幅度達30%左右，這也充分說明空氣泡沫驅(qū)在該類油藏中具有較好的適應(yīng)性。

圖6為空氣泡沫驅(qū)油過程中不同剩余油飽和度下阻力因子的變化曲線。由圖6可以看出，阻力因子隨著剩余油飽和度的增加逐漸降低，剩余油飽和度大于30%之后，阻力因子趨于平穩(wěn)，幾乎保持不變，在無油巖樣中，空氣泡沫的阻力因子最大，為50.2，剩余油飽和度為30%時，阻力因子為17，與在無油巖樣中相比，下降達66.14%。這說明空氣泡沫體系在油藏的剩余油飽和度較高的時候，泡沫液由于受到原油消泡作用的限制，封堵能力有限，只有剩余油飽和度較低時，才能有效的發(fā)揮作用。

圖6 不同剩余油飽和度下阻力因子的變化曲線

Fig.6 Change of resistance factor with the increase of residual oil saturation

(2) 空氣泡沫驅(qū)雙管巖心驅(qū)油效率實驗

圖7為空氣泡沫驅(qū)雙管驅(qū)油效率實驗曲線。由圖7可以看出，高低滲透層在水驅(qū)階段的驅(qū)油效率相差較大，分別為25.12%、8.33%，注入空氣泡沫以后，高低滲透層的最終驅(qū)油效率相差不大，分別為45.12%、50.55%，這說明水驅(qū)階段的原油主要來自高滲層，注入空氣泡沫以后，高滲層逐漸被封堵，低滲層的原油被逐漸驅(qū)替出，驅(qū)油效率由8.33%升高至50.55%，驅(qū)油效率提高幅度達42.22%，而高滲層提高采收率幅度僅為20%。這也說明了空氣泡沫驅(qū)油技術(shù)在低滲透油藏具有很好的適應(yīng)性。

圖7 空氣泡沫驅(qū)雙管驅(qū)油效率實驗曲線

Fig.7 Air foam flooding oil displacement efficiency of double tube

3.2 礦場應(yīng)用

3.2.1 礦場應(yīng)用情況 試驗區(qū)大地構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶東部，斷層與構(gòu)造均不發(fā)僅局部發(fā)育低幅度鼻狀構(gòu)造，主力油層以長6為育，主，屬于淺層低滲油藏，多發(fā)育微裂縫，區(qū)域采用超前注水開發(fā)，井網(wǎng)為矩形反九點井網(wǎng)。原油屬于低密度、低黏度、低凝固點、微含硫的常規(guī)陸相黑油。地層水水型為CaCl2型，礦化度平均為58 950.50 mg/L。2013年10月1日，對試驗區(qū)A井組開始進行空氣泡沫驅(qū)現(xiàn)場試驗，2013年12月19日以后轉(zhuǎn)成正常注水?？諝馀菽淖⑷敕绞綖榕菽汉涂諝舛稳惶孀⑷耄叵缕鹋?，總共累計注入泡沫液281.58 m3，注入空氣37 817.8 Nm3。

3.2.2 試驗效果分析 圖8為礦場試驗井組的生產(chǎn)動態(tài)曲線。從圖8中可以看出，注入空氣泡沫以后試驗井組的綜合含水率以及日產(chǎn)液量逐漸下降并趨于穩(wěn)定，日產(chǎn)油量逐漸上升也趨于穩(wěn)定。根據(jù)試驗井組的產(chǎn)量統(tǒng)計，實施空氣泡沫驅(qū)油前與2014年5月1日的產(chǎn)量數(shù)據(jù)對比，井組綜合含水率由98%下降至54%，日產(chǎn)液由3.5 m3下降至1 m3，日產(chǎn)油由0.07 m3升高至0.46 m3，井組累計增油164.7 m3，注入壓力由5 MPa 提高至6.8 MPa。這充分說明了空氣泡沫驅(qū)油技術(shù)在低滲透油藏中具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖8 試驗井組生產(chǎn)動態(tài)曲線

Fig.8 Dynamic production curve of test wells group

4 結(jié)論

(1) 室內(nèi)物理模擬實驗表明，空氣泡沫驅(qū)在高滲層的剩余油飽和度低于20%時，泡沫液體系能夠很好地發(fā)揮作用，堵塞高滲層，空氣泡沫驅(qū)階段驅(qū)替出大量低滲層中的原油，驅(qū)油效率由水驅(qū)階段的8.33%升高到50.55%。

(2) 礦場試驗井組含水下降，日產(chǎn)液量下降，日產(chǎn)油量增長明顯，注入井壓力升高，達到穩(wěn)油控水效果，且生產(chǎn)井伴生氣氧含量均在安全范圍之內(nèi)，空氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)在特低滲油藏具較好適應(yīng)性。

(3) 室內(nèi)實驗以及礦場試驗表明對于特低滲油藏，空氣泡沫驅(qū)技術(shù)是一項提高油藏采收率的有效手段之一，對于同類油藏的高效開發(fā)具有一定的借鑒意義，在后續(xù)的應(yīng)用開發(fā)中應(yīng)對管柱的腐蝕采取必要的針對措施。

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(編輯 宋官龍)

Application of Air-Foam Flooding Technology in Low Permeability Reservoir

Luan Chunfang

(No.6OilProductionPlant,DaqingOilfieldCompanyLtd.,DaqingHeilongjiang163000,China)

The air-foam flooding technology has been applied well in middle-high permeability reservoirs, however, it is less applied in low permeability reservoirs. The air-foam flooding mechanism and injection mode of low permeability reservoirs were studied throw literature research and the feasibility of air-foam flooding in low permeability reservoir was proceeded by indoor simulation experiment and field test. The results showed that when the residual oil saturation was lower than 20% in the high permeability layer, the foam fluid system can play a very good role and block the high permeability layer. A large number of crude oil in the low permeability layers was displaced during the air-foam flooding stage and the oil displacement efficiency rised from 8.33% to 50.55%. The water content of the field test well group decreased from 98% to 54%, the daily fluid production rate dropped from 3.5 m3to 1 m3, and the daily oil production increased from 0.07 m3to 0.46 m3. The air-foam flooding technology has tremendous potential in the development of low permeability reservoirs and has a certain reference function of stabilizing oil output and controlling water content for the similar reservoirs.

Low permeability reservoir; Air-foam flooding; Mechanism of EOR; Oil displacement efficiency

1006-396X(2015)03-0051-05

2015-01-28

2015-04-03

國家自然科學(xué)基金項目(90210019)。

欒春芳(1973-)，女，工程師，從事油氣藏開發(fā)綜合分析工作；E-mail:luanchunfang@petrochina.com.cn。

TE357

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.03.011