趙金省 李 攀 杜劍平

1.西安石油大學石油工程學院 2.中國石油長慶油田第三采氣廠 3.中國石油長慶油田第六采油廠

超低滲透油藏空氣泡沫驅(qū)油效率研究

趙金省1李 攀2杜劍平3

1.西安石油大學石油工程學院 2.中國石油長慶油田第三采氣廠 3.中國石油長慶油田第六采油廠

針對超低滲透非均質(zhì)油藏開發(fā)過程中單井產(chǎn)量低、含水上升快、水驅(qū)動用程度低的特點，提出進行空氣泡沫驅(qū)油，對空氣泡沫驅(qū)油的影響因素進行研究。采用室內(nèi)實驗方法研究了儲層非均質(zhì)性、氣液比、泡沫注入體積、泡沫注入段塞組合以及注入時機對空氣泡沫驅(qū)油效率的影響。結(jié)果表明，對于非均質(zhì)儲層，空氣泡沫驅(qū)可以有效地動用低滲透儲層中的剩余油，最優(yōu)的注入氣液比為1∶1，最優(yōu)的注入體積為0.2 PV，最優(yōu)的段塞大小是0.05 PV，最優(yōu)的注入時機為含水率達80%以上時進行泡沫注入。研究結(jié)論對于非均質(zhì)超低滲透油藏進行空氣泡沫驅(qū)油具有借鑒和指導(dǎo)價值。

非均質(zhì) 超低滲透油藏 空氣泡沫 驅(qū)油效率

華慶油田主力生產(chǎn)層位長63，油層厚度平均14.4 m。2009年7月，全面投入注水開發(fā)。經(jīng)過初期開發(fā)階段，矛盾逐漸凸顯，主要表現(xiàn)為：初期單井產(chǎn)量較高，但遞減較大，壓力保持水平低；由于儲層非均質(zhì)性較強，局部水淹矛盾突出，導(dǎo)致區(qū)塊含水上升快；縱向吸水差異大，吸水不均比例高，水驅(qū)動用程度低。因此，有必要探索新的注入介質(zhì)以提高驅(qū)油效率，實現(xiàn)對超低滲透油藏的高效開發(fā)和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)[1]?？諝馀菽?qū)提高采收率技術(shù)綜合了泡沫驅(qū)與空氣驅(qū)的優(yōu)點,成本很低,增油效果明顯,尤其適用于高含水、非均質(zhì)嚴重油藏。泡沫在非均質(zhì)油層的驅(qū)油過程中，由于泡沫的堵大不堵小、堵水不堵油的特性，可以對高滲透層進行有效的封堵，從而調(diào)整后續(xù)注入水在高低滲透層中的流度差異，減少注入的流體在高滲透層中的竄流[1-4]。關(guān)于空氣泡沫驅(qū)油效率的影響因素，國內(nèi)已有學者進行過相關(guān)研究[5-7]，但多是針對中高滲透儲層，關(guān)于0.3 ×103μm2級別的超低滲透油藏空氣泡沫驅(qū)過程中驅(qū)油效率的影響未見有報道。針對此，以華慶油田長6儲層為例，對空氣泡沫驅(qū)油效率的影響因素(注入體積、滲透率級差、氣液比、注入段塞組合、注入時機)進行了研究。

1 實驗部分

本實驗?zāi)M油田長期注水后的典型地層條件，通過并聯(lián)巖心驅(qū)替實驗，研究滲透率級差、氣液比、泡沫注入體積、注入段塞組合、注入時機對空氣泡沫驅(qū)油效率的影響。

1.1 實驗材料和實驗條件

(1) 實驗用油：由脫水原油與煤油配制，70 ℃時密度為0.75 g/cm3，黏度為1.05 mPa·s。

(2) 實驗用水：華慶油田元284區(qū)注入水，用作室內(nèi)注入水和配制起泡溶液；華慶油田元284區(qū)地層水，用來飽和巖心建立束縛水。

(3) 化學試劑：HPAM；起泡劑。

(4) 溫度和壓力：70 ℃，10 MPa。

(5) 模型：填砂巖心和人工膠結(jié)巖心。

1.2 實驗步驟

(1) 將石英砂按照不同配比填置填砂巖心模型，氣測滲透率，稱取干重；將填砂巖心模型抽真空6 h后，飽和地層水，稱取濕重，計算孔隙度。

(2) 將飽和好地層水的巖心模型放置到恒溫箱內(nèi)，在70 ℃條件下，恒溫4 h。

(3) 兩根巖心模型分別飽和油：在相同條件下，油相驅(qū)替水相至模型出口不出油為止，計算初始含油飽和度。

(4) 水驅(qū)：利用注入水作驅(qū)替液，以1.0 cm3/min的流量水驅(qū)油至方案設(shè)定含水率，計算兩個巖心管的水驅(qū)采收率和殘余油飽和度，并記錄巖心模型的產(chǎn)液量和產(chǎn)油量。

(5) 泡沫驅(qū)：為了防止氣竄，首先注入0.01 PV起泡劑溶液作為前置液，然后注入不同孔隙體積的泡沫，泡沫用0.7%(w)的起泡劑溶液(起泡液中添加濃度為0.2%(w)的穩(wěn)泡劑)和空氣按照方案設(shè)定的比例注入產(chǎn)生，最后進行后續(xù)水驅(qū)，并記錄巖心模型的產(chǎn)液量和產(chǎn)油量。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 滲透率級差對空氣泡沫驅(qū)油效率的影響

非均質(zhì)儲層水驅(qū)后進行泡沫驅(qū)進一步提高采收率的機理就是利用泡沫在高滲透儲層中的封堵作用，從而使后續(xù)注入水大幅度驅(qū)出低滲透儲層中剩余油。根據(jù)研究區(qū)儲層的實際情況，采用四組滲透率級差(1.6、2.0、3.3和6.6)對滲透率級差的空氣泡沫驅(qū)油效果進行了研究，其中低滲透巖心滲透率均為0.3 ×103μm2，高滲透巖心的滲透率為(0.8～2)×103μm2。不同滲透率級差下的驅(qū)油效果見圖1。

由圖1可看出，由于滲透率級差的原因，水驅(qū)階段采出的多是高滲透巖心中的油，且隨著滲透率級差的增大，高滲透巖心和低滲透巖心水驅(qū)階段采出程度的差異越大，水驅(qū)階段的綜合驅(qū)油效率越小。泡沫驅(qū)和后續(xù)水驅(qū)階段，由于泡沫在高滲透巖心中的封堵作用，使得低滲透巖心中剩余油被大量驅(qū)出，且滲透率級差越大，低滲透巖心中驅(qū)出的油越多，低滲透巖心的驅(qū)油效率相對于水驅(qū)階段提高幅度越大。對應(yīng)于滲透率級差為1.6、2.0、3.3和6.6的4組巖心，泡沫驅(qū)和后續(xù)水驅(qū)階段低滲透巖心驅(qū)油效率分別提高了7.0%、12.5%、18.9%、29.6%，綜合驅(qū)油效率分別提高了5.37%、9.07%、13.06%、24.12%。可見，對于非均質(zhì)儲層，空氣泡沫驅(qū)可以有效地動用低滲透儲層中的剩余油，且非均質(zhì)性越強，這種效果越明顯，對應(yīng)的驅(qū)油效率越高。

2.2 氣液比對空氣泡沫驅(qū)油效率的影響

氣液比對泡沫生成、破滅速度的影響很大，直接影響著生成泡沫的泡沫質(zhì)量，進而影響泡沫在多孔介質(zhì)中的滲流阻力。針對不同的多孔介質(zhì)，存在一個最佳的泡沫質(zhì)量。在該泡沫質(zhì)量下，流動阻力最大且驅(qū)油效率最高[8]。實驗利用雙管模型模擬地層層間非均質(zhì)性，分析5種氣液體積比(1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1)對空氣泡沫驅(qū)油效率的影響。本實驗采用填砂管模型，模型尺寸均為Φ3.8 cm×30 cm，每組巖心的滲透率級差均為3。

圖2為不同氣液比下空氣泡沫驅(qū)階段相對于水驅(qū)階段采出程度的提高幅度。由圖2可看出，在氣液體積比從(3∶1)～(1∶3)的變化過程中，泡沫驅(qū)驅(qū)油效率先增大后減小，在氣液體積比為1∶1時，驅(qū)油效率最高。這是因為，在氣液體積比較小時，泡沫結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為分散在液相中的不相互接觸的球形氣泡，不容易生成泡沫；而當氣液體積比較大時，泡沫很容易聚并和破裂，且發(fā)生氣竄，從而使驅(qū)油效率提高幅度減小。

2.3 注入體積對空氣泡沫驅(qū)油效率的影響

注入泡沫體積會影響到泡沫在非均質(zhì)儲層中的封堵效果，進而影響泡沫調(diào)驅(qū)的效果。泡沫注入太少，封堵效果差，泡沫注入過多會大大提高成本[8]。為此，考慮到元284區(qū)的實際儲層非均質(zhì)情況，采用滲透率級差為3的五組并聯(lián)巖心，分別注入0.02 PV、0.06 PV、0.1 PV、0.2 PV和0.3 PV進行驅(qū)油效果分析，結(jié)果見圖3。

由圖3可看出，在滲透率級差不變的情況下，隨著注入泡沫體積的增大，泡沫驅(qū)的驅(qū)油效率的提高幅度逐漸增大，在注入體積為0.2 PV時，泡沫驅(qū)后的采出程度達到峰值，為57.79%，相對于水驅(qū)采出程度提高了19.53%。當注入體積大于0.2 PV時，泡沫驅(qū)后的采出程度開始降低。當泡沫注入體積大于0.2 PV時，泡沫易發(fā)生竄流，無法形成較好的封堵。因此，最優(yōu)的注入泡沫體積是0.1～0.2 PV。

2.4 注入段塞組合對空氣泡沫驅(qū)油效率的影響

在泡沫注入總量0.2 PV的情況下，改變注入段塞的大小，分別設(shè)計4種注入方案，分別是：①0.2 PV泡沫驅(qū)+水驅(qū)；②(0.1 PV泡沫驅(qū)+0.1 PV水驅(qū))×2；③(0.067 PV泡沫驅(qū)+0.067 PV水驅(qū))×3；④(0.05 PV泡沫驅(qū)+0.05 PV水驅(qū))×4，考察段塞大小對空氣泡沫驅(qū)油效率的影響，結(jié)果見圖4。

從圖4可看出，隨段塞數(shù)增多，對應(yīng)的驅(qū)油效率緩慢升高。綜合考慮選取方案④的段塞組合：(0.05 PV泡沫驅(qū)+0.05 PV水驅(qū))×4。

2.5 注入時機對空氣泡沫驅(qū)油效率的影響

由于泡沫具有遇油消泡的特性，非均質(zhì)儲層水驅(qū)后高低滲透儲層中的剩余油分布將會影響到泡沫的封堵能力，進而影響泡沫驅(qū)油效果。非均質(zhì)性不同的儲層，水驅(qū)后高低滲透儲層中的剩余油分布是不同的。因此，針對元284區(qū)的實際儲層非均質(zhì)性，考察了不同注入時機對泡沫驅(qū)油效率的影響。采用滲透率級差均為3的4組并聯(lián)巖心模擬儲層非均質(zhì)性，分別在水驅(qū)后出口含水率40%、60%、80%、98%左右進行泡沫驅(qū)油，注入泡沫體積0.2 PV，然后進行后續(xù)水驅(qū)，結(jié)果見圖5。

圖5表明，當出口含水率為80%時，進行泡沫驅(qū)油采收率最高。泡沫驅(qū)時含水率不宜過低，因為含水率太低，有些大孔隙中的原油還未被前期水驅(qū)完全驅(qū)替，使后續(xù)的泡沫在高滲透層中無法形成較高的封堵壓力。

3 結(jié) 論

(1) 對于非均質(zhì)儲層，空氣泡沫驅(qū)可以有效地動用低滲透儲層中的剩余油，且非均質(zhì)性越強，效果越明顯，對應(yīng)的驅(qū)油效率越高。

(2) 最優(yōu)的注入氣液體積比為1∶1。

(3) 隨著注入泡沫體積的增大，泡沫驅(qū)后的采出程度的提高幅度逐漸增大，室內(nèi)實驗條件下最優(yōu)的注入體積為0.2 PV，采出程度達到 57.79%，相對于水驅(qū)采出程度提高了19.53%。

(4) 最優(yōu)的段塞組合是(0.05 PV泡沫驅(qū)+0.05 PV水驅(qū))×4。

(5) 最優(yōu)的注入時機為含水率80%以上時進行泡沫驅(qū)油。

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Experimental study on displacement efficiency of air foam flooding in ultra-low permeability reservoir

Zhao Jinsheng1， Li Pan2， Du Jianping3

1．InstituteofPetroleumEngineering，Xi’anShiyouUniversity，Xi’an，Shannxi,China2．No. 3GasProductionPlantofChangqingOilfieldCompany，PetroChina，Xi’an，Shannxi,China3.No. 6OilProductionPlantofChangqingOilfieldCompany,PetroChina,Xi’an，Shannxi,China

Aiming at the characteristics of low producing rate, water cut rising fast, low degree of water drive in ultra-low permeability heterogeneity reservoir, the air foam flooding is put forward, and it is necessary to study the influence factors of air foam flooding. In this paper, the influence of reservoir heterogeneity, gas liquid ratio, foam injection volume foam injection slug combination and injection time on the air foam flooding efficiency were studied experimentally. The results showed that air foam flooding could effectively produce the remaining oil in low permeability reservoir for the heterogeneous reservoir, the optimal gas and liquid ratio was 1∶1, the optimal injection volume was 0.2 PV, the optimal slug size was 0.05 PV, and the optimal injection time for forming injection was when the water cut was greater than 80%. The research conclusion has a reference and guidance value for air foam flooding of heterogeneous ultra-low permeability reservoir.

heterogeneous, ultra-low permeability reservoir, air foam, displacement efficiency

國家自然科學基金“火燒油層過程中稠油氧化反應(yīng)的啟動機理及干預(yù)機制”(51404199)；陜西省自然科學基金項目“低滲透砂巖油藏氮氣泡沫輔助CO2驅(qū)提高采收率機理研究”(2013JQ7019)；陜西省教育廳科研計劃項目“低滲透裂縫性油藏三相泡沫體系調(diào)驅(qū)機理研究”(14JK1564)。

趙金省(1979-) ，男，博士，副教授，主要從事油氣田開發(fā)、采油工程理論與技術(shù)方面的研究工作。E-mail:jinsheng79317@163.co m

TE357.7

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.01.012

2016-07-03；編輯：馮學軍