王　杰，劉音頌，劉照鈺，王夢雨，李　月

(1.東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318； 2. 大慶油田有限責(zé)任公司 第四采油廠，黑龍江 大慶 163511；3. 大慶油田有限責(zé)任公司 第五采油廠，黑龍江 大慶 163513)

我國大多數(shù)陸地油田已進(jìn)入高含水開發(fā)階段，開發(fā)矛盾日漸突出。目前聚合物驅(qū)、二元驅(qū)與三元驅(qū)被認(rèn)為是較為成熟的三次采油技術(shù)[1-3]，但其適用油藏條件受到了嚴(yán)格的限制。泡沫驅(qū)因其獨特的驅(qū)油特點與滲流規(guī)律而越來越受到人們的關(guān)注，被認(rèn)為是一項很有發(fā)展前途的三次采油技術(shù)[4-6]。油層平均滲透率為(10.1～50.0)×10-3μm2這類油層稱為一般低滲透油層，此類油層油井能夠達(dá)到工業(yè)油流標(biāo)準(zhǔn)，但產(chǎn)量太低，需采取壓裂措施提高生產(chǎn)能力，才能取得較好的開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益。氣體泡沫驅(qū)利用調(diào)剖與驅(qū)油的雙重作用，能夠顯著擴(kuò)大油藏波及體積與提高洗油效率，可以大幅增加油藏采收率。對于高溫、高礦化度低滲透油藏，聚合物驅(qū)與三元復(fù)合驅(qū)(ASP)受到了較大的限制，聚合物在低滲透儲集層注入困難，降解嚴(yán)重，遇高溫高礦化度穩(wěn)定性差是其中重要原因。

針對上述開發(fā)問題，通過室內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，利用氮氣與十二烷基硫酸鈉(上?；瘜W(xué)試劑公司)形成泡沫[7]，在與堿的協(xié)同作用下，ASG泡沫與水進(jìn)行交替注入可以高效開發(fā)高溫與高礦化度低滲透油藏[8-10]。本文針對泡沫與水交替注入過程中段塞大小、注入速度與氣液質(zhì)量比三個參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。

1　ASG泡沫適用性評價

1.1　實驗條件

模型：物理模型以吉林油田扶余油層儲集層地質(zhì)性質(zhì)為背景，采用自制的三維均質(zhì)巖心，使用140～200目石英砂填充，并用環(huán)氧樹脂膠結(jié)，壓力計壓制而成，模型幾何尺寸為60 cm×60 cm×4.5 cm。模型氣測滲透率為50×10-3μm2。

實驗用油：扶余采油廠中心處理站，黏度50 mPa·s。

實驗用水：模擬地層水為人工配置模擬地層水，礦化度為50 000 mg/L，模擬水離子成分如表1所示。

表1　模擬水離子成分Table 1　Simulated water ion composition

實驗用氣體：工業(yè)用氮氣。

化學(xué)試劑：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的HY-3型表面活性劑做發(fā)泡劑(上?；瘜W(xué)試劑公司)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的Na2CO3溶液(自制)。

實驗儀器：DO7-11氣體質(zhì)量流量控制器和DO8-8C流量顯示儀。

實驗溫度：110 ℃。

1.2　實驗步驟

注入方式為表面活性劑+堿與氮氣交替注入，先注0.2 PV表面活性劑和堿的混合溶液，再注0.2 PV氮氣，以此方式循環(huán)。

1.3　泡沫封堵性能評價

通過計算驅(qū)替巖心兩端的阻力因子確定表面活性劑的封堵能力，注入泡沫后阻力因子若顯著升高，表明泡沫產(chǎn)生了有效的封堵[11-14]。實驗結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，ASG泡沫可大幅度增加阻力因子，對優(yōu)勢滲流通道形成良好的封堵作用。

2　不同驅(qū)替方式采收率對比

實驗步驟：①準(zhǔn)備5塊制備的巖心并將巖心飽和模擬油；②使用地層水開始驅(qū)油至綜合含水率到90%，注水速度2 mL/min；③對以上巖心分別進(jìn)行繼續(xù)水驅(qū)、氮氣驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、SG驅(qū)(氣液質(zhì)量比為1∶1)與ASG泡沫驅(qū)(堿、氮氣、表面活性劑質(zhì)量比為1∶2∶1)實驗；④驅(qū)替至不出油為止，統(tǒng)計不同驅(qū)替方式的采收率并計算較水驅(qū)提高的采收率值。實驗結(jié)果如表2所示，對于高溫高礦化度低滲透油層ASG泡沫驅(qū)較其它驅(qū)替方式采收率有較大程度的提高，在油田實際應(yīng)用中具有一定的應(yīng)用前景。

圖1　阻力因子隨注入孔隙體積變化曲線Fig.1　The resistance factor varies with the injection pore volume

表2　不同驅(qū)替方式采收率對比Table 2　Data table of recovery ratio of different displacement modes

3　ASG泡沫交替注入?yún)?shù)優(yōu)化

3.1　ASG泡沫段塞大小優(yōu)化

準(zhǔn)備4塊大小屬性相同的制備的巖心，將巖心注水驅(qū)油至含水率達(dá)到90%，然后轉(zhuǎn)為注泡沫驅(qū)油?？刂婆菽傋⑷肓坎蛔儯塾嬜?.2 PV的泡沫，但以4種不同大小的段塞與水交替注入多次完成，后繼續(xù)注水驅(qū)油，泡沫注入速度為1.5 mL/min，水的注入速度為2.0 mL/min。方案分別為：① 直接注1.2 PV的泡沫；② 0.6 PV的泡沫與水交替，分兩次注完；③ 0.4 PV的泡沫與水交替注入，分三次注完；④ 0.3 PV的泡沫與水交替注入，分四次注完。第一次注泡沫段塞后的注入水中加入化學(xué)示蹤劑溴化鈉，測量驅(qū)替過程巖心兩端注入壓力，監(jiān)測示蹤劑突破時間，計算驅(qū)替巖心采收率。不同實驗方案的結(jié)果如表3所示。

表3　不同段塞實驗方案及結(jié)果對比Table 3　Comparison of parameters of different slug schemes

注：‘—’表示注入壓力超過巖心破裂壓力(3 MPa)。

由表3可知，大段塞直接混合注入泡沫，造成注入困難，注入壓力超過巖石破裂壓力，當(dāng)注入的段塞大小由0.6 PV變成0.4 PV時，溴化鈉檢測時間僅減少59 min，表明第一次注入的段塞封堵能力變化較小。隨著泡沫段塞輪次的增加，波及情況變好，最終綜合采收率達(dá)到了60.50%，采收率提高了16.61%；但隨著泡沫段塞的繼續(xù)減小，段塞大小由0.4 PV變成0.3 PV時，溴化鈉檢測時間減少了197 min，封堵效果變差，注入水易突破，泡沫封堵效果減弱，采收率提高幅度降低。所以最佳注入段塞大小為0.4 PV。

3.2　ASG泡沫注入速度優(yōu)化

按照以上實驗步驟，準(zhǔn)備5塊制備的巖心開展驅(qū)油實驗，5塊巖心相應(yīng)的泡沫的注入速度分別為0.5、1.0、1.5、2.0、5.0 mL/min，計算實驗最終采收率。

統(tǒng)計不同泡沫注入速度與采收率關(guān)系如圖2所示。由圖2可知，泡沫注入速度為1.5 mL/min時的注入壓力較小，巖心實驗采收率最大。這是由于當(dāng)注入速度過低時，產(chǎn)生泡沫較少，封堵效果不佳；當(dāng)注入速度過高時，雖然能夠產(chǎn)生足夠多的泡沫，但泡沫大小不一，容易發(fā)生氣泡合并，引起氣泡的破裂，同時注入過程中產(chǎn)生的剪切應(yīng)力也變大，造成泡沫的剪切消泡。

圖2　注入速度對采收率影響Fig.2　The injection rate affects the recovery rate

3.3　ASG泡沫段塞氣液質(zhì)量比優(yōu)化

當(dāng)氣液質(zhì)量比過大時，注入液量較少，液膜較薄，不利于泡沫的穩(wěn)定，且容易發(fā)生氣竄；當(dāng)氣液質(zhì)量比過小時，產(chǎn)生的氣泡不足，泡沫一般為不連續(xù)的球形氣泡，泡沫直徑小，流動阻力小，形成有效封堵。因此選取氣液質(zhì)量比為3∶1、2∶1與1.5∶1的泡沫進(jìn)行優(yōu)化。

利用室內(nèi)巖心驅(qū)油實驗，在最優(yōu)段塞大小為0.4 PV泡沫的基礎(chǔ)上，每次注入不同氣液質(zhì)量比的泡沫，觀察不同氣液質(zhì)量比組合對巖心波及情況的影響，實驗方案如表4所示。

表4　泡沫段塞氣液質(zhì)量比組合方案Table 4　The gas-liquid ratio optimization scheme of foam slug

不同注入段塞組合方案的注入孔隙體積與采收率關(guān)系如圖3所示。

圖3　不同段塞組合方案采收率變化曲線Fig.3　The change curve of recovery rate of different slug combination schemes

由圖3可知，在所研究的氣液質(zhì)量比范圍內(nèi)，泡沫黏度隨著氣液質(zhì)量比的增加而增大。在泡沫驅(qū)替過程中，三次注入的泡沫段塞具有不同的作用：第一次注入的段塞主要為封堵優(yōu)勢滲流通道，此時應(yīng)選擇較高的氣液質(zhì)量比，形成有效封堵；第二次與第三次注入的段塞主要為擴(kuò)大波及體積，應(yīng)選擇氣液質(zhì)量比較低的泡沫段塞，從而擴(kuò)大泡沫波及范圍，提高采收率。根據(jù)圖3的實驗結(jié)果可知，泡沫段塞氣液質(zhì)量比為3∶1、2∶1與1.5∶1時，較單一段塞采收率提高了2.04%。

4　結(jié)論

(1)對于高溫高礦化度低滲透油藏，ASG泡沫與水交替注入可以取得較好的驅(qū)油效果。較水驅(qū)、氮氣驅(qū)與表面活性劑驅(qū)采收率分別提高了16.61%、10.26%與9.21%。

(2)累計注入泡沫1.2倍孔隙體積時，采用泡沫段塞大小為0.4倍孔隙體積與水交替注入的驅(qū)油效果最好。

(3)泡沫注入速度存在最優(yōu)值為1.5 mL/min，當(dāng)注入速度過低時，產(chǎn)生泡沫較少，容易發(fā)生氣液分離，封堵效果不佳，當(dāng)注入速度過高時，泡沫大小不一，容易發(fā)生氣泡合并，引起氣泡的破裂，同時容易造成泡沫的剪切消泡。

(4)三次注入段塞氣液質(zhì)量比依次為3∶1、2∶1、1.5∶1時，較單一氣液質(zhì)量比泡沫采收率提高了2.04%，驅(qū)油效果更佳。