延長油田凝膠-空氣泡沫綜合調(diào)驅(qū)技術實驗研究及應用

郭茂雷，黃春霞，余華貴，張新春，張冠華，周海成

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司 研究院，陜西 西安 710075；2.延長油田股份有限公司 甘谷驛采油廠，陜西 延安 716005)

延長油田凝膠-空氣泡沫綜合調(diào)驅(qū)技術實驗研究及應用

郭茂雷1，黃春霞1，余華貴1，張新春2，張冠華2，周海成2

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司 研究院，陜西 西安 710075；2.延長油田股份有限公司 甘谷驛采油廠，陜西 延安 716005)

針對延長油田低滲透裂縫性油藏含水上升快、采出程度低等問題，提出了凝膠-空氣泡沫綜合調(diào)驅(qū)的方案。利用方形裂縫性巖心和填砂管巖心模擬油藏條件，對凝膠和空氣泡沫的注入方式、段塞大小等一系列重要參數(shù)進行了優(yōu)化。凝膠注入量為0.3PV時可有效封堵裂縫性巖心的高滲條帶；氣液體積為3∶1、氣液小段塞多周期交替注入時生成的泡沫質(zhì)量最佳；非均質(zhì)油藏綜合調(diào)驅(qū)最佳注入方案為0.3PV凝膠+0.6PV空氣泡沫，可將綜合采收率提高40%以上。礦場試驗結(jié)果表明，凝膠-空氣泡沫綜合調(diào)驅(qū)技術能夠大幅提高油藏原油采收率，具有在同類油藏進一步推廣應用的價值。

裂縫性低滲油藏；凝膠-空氣泡沫調(diào)驅(qū)；參數(shù)優(yōu)化；采收率；礦場試驗

低滲透、特低滲透油藏廣泛分布于全國各大油田，尤其是鄂爾多斯盆地，低滲透油藏儲量在原油地質(zhì)儲量中占有非常大的比例，其中相當一部分油藏存在不同發(fā)育程度的裂縫[1-4]。低孔、低滲、裂縫性的油藏特點必然造成油井產(chǎn)能低、含水上升快、產(chǎn)量遞減快、采收率低等問題[5-6]。因此，研究低滲透裂縫性油田提高采收率技術，對提高原油產(chǎn)量具有重要意義[7-9]。

空氣泡沫驅(qū)結(jié)合了氣驅(qū)和泡沫驅(qū)的特點，是一項很有前景的三次采油技術[10-13]，不僅可有效增產(chǎn)，還可明顯降低油井含水率，具有很好的調(diào)驅(qū)功能[14-16]。本文以延長油田東部油區(qū)某低滲透裂縫性油藏為試驗區(qū)，開展凝膠-空氣泡沫的綜合調(diào)驅(qū)試驗研究，利用凝膠封堵裂縫地層，考察凝膠-空氣泡沫調(diào)驅(qū)技術在低滲透裂縫性油藏的適應性，為類似油藏的開發(fā)提供一定的借鑒。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

為充分模擬油藏條件，實驗選用不同類型的巖心進行實驗。

實驗巖心為Φ25mm×300mm的填砂管巖心及尺寸為45mm×45mm×300mm、中間有一高滲透裂縫通道的方形基巖裂縫性巖心；實驗藥品有自制的凝膠、復配的BK6A起泡體系(質(zhì)量分數(shù)0.5%)；實驗用氣為空氣；實驗用油為試驗區(qū)脫水脫氣原油；實驗用水為試驗區(qū)模擬地層水(分析報告見表1)。

表1 模擬地層水分析報告

1.2 實驗方法

為優(yōu)化凝膠-空氣泡沫綜合調(diào)驅(qū)的注入?yún)?shù)并評價其效果，分別進行了阻力因子測定和驅(qū)油實驗。

阻力因子測定：連接好實驗裝置并檢查管線和閥門的氣密性，加圍壓，氣測滲透率，稱干重，將巖心抽真空后飽和地層水，測定水驅(qū)穩(wěn)定時巖心兩端的基礎壓差Δp1，注入凝膠或泡沫后繼續(xù)水驅(qū)，測定巖心兩端的穩(wěn)定壓差Δp2，Δp2/Δp1為阻力因子，用來表示凝膠或泡沫的封堵能力，阻力因子越大，封堵能力越強。

驅(qū)油實驗：將巖心抽真空后飽和地層水、飽和油，老化后接入流程，水驅(qū)至含水98%；注入一定孔隙體積(PV)倍數(shù)的凝膠或泡沫段塞后轉(zhuǎn)水驅(qū)，至含水98%后實驗結(jié)束。記錄各個實驗階段的注入壓力、產(chǎn)液量、產(chǎn)油量，計算不同階段的采收率。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 凝膠注入量優(yōu)化

選取4塊性質(zhì)相近的人造裂縫性巖心，裂縫滲透率220×10-3μm2、基巖滲透率5×10-3μm2，分別注入0.1PV，0.2PV，0.3PV，0.4PV凝膠，測定不同注入量的凝膠阻力因子(圖1)，可以看出，凝膠注入量越大，阻力因子越高，封堵效果越好；凝膠注入量為0.3PV的巖心阻力因子達到227，遠高于注入量為0.2PV的巖心阻力因子，此時凝膠能夠封堵住裂縫，提高后續(xù)水驅(qū)的波及范圍，繼續(xù)增加凝膠注入量，阻力因子雖有所提高，但幅度不大。因此，將凝膠的注入體積確定為0.3 PV。

圖1 不同注入量的凝膠阻力因子曲線

2.2 泡沫氣液比優(yōu)化

為優(yōu)化生成泡沫的最佳氣液比，實驗選用了5根滲透率均約為50×10-3μm的填砂管巖心，考查了氣液比分別為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1時泡沫驅(qū)提高采收率情況，如圖2所示。

圖2 不同氣液比的泡沫驅(qū)提高采收率曲線

可以看出：采收率增值隨著氣液比的增加先增大后減小，并在3∶l時達到最大。分析認為：氣液比過小時不能產(chǎn)生足量的泡沫，而且泡沫的質(zhì)量低，黏度小，進而影響泡沫驅(qū)油的效果；當氣液比過大時，由于體系中氣體比液體的推進速度快，氣液混合不充分，無法生成大量穩(wěn)定的泡沫，甚至在驅(qū)油過程中發(fā)生“氣竄”現(xiàn)象。當氣液體積比為3∶l時生成的穩(wěn)定泡沫能夠最大程度發(fā)揮泡沫的調(diào)驅(qū)能力，從而將油層中水驅(qū)無法波及到的剩余油驅(qū)出，提高最終采收率。

2.3 泡沫段塞總注入量優(yōu)化

泡沫段塞注入量是泡沫注入工藝中的一個重要參數(shù)，總注入段塞太小，由于地層的漏失和吸附，很難形成有效的泡沫；總注入段塞太大，經(jīng)濟上造成浪費。

實驗選取3根滲透率約為50×10-3μm2的填砂管巖心，采用氣液體積比3∶1，分別注入0.3 PV、0.6 PV、0.9 PV泡沫段塞，計算注入不同段塞體積泡沫的阻力因子(圖3)。

圖3 不同注入體積的泡沫驅(qū)壓差比曲線

實驗結(jié)果表明，注入不同體積的泡沫段塞，阻力因子均有所提高，阻力因子隨著泡沫注入量的增加先增大后減少,注入體積0.6 PV時的阻力因子最大，封堵效果最好。分析認為：注入0.3 PV泡沫時，起泡量較少，阻力因子也較小；當注入體積0.9 PV時，泡沫中表面活性劑成分吸附在巖石表面，形成潤滑通道，造成水驅(qū)阻力減小，并且在實驗過程中，泡沫液從巖心出口端流出，造成泡沫液的浪費。因此室內(nèi)優(yōu)化的最佳注入泡沫體積為0.6 PV。

2.4 泡沫交替周期優(yōu)化

改變氣液段塞的交替次數(shù)，優(yōu)化交替周期對封堵效果的影響。實驗中選取3根滲透率為50×10-3μm2左右的填砂巖心，氣液分別交替3次、6次、9次，測定不同交替周期的泡沫阻力因子，如表2所示。

表2 交替段塞大小注入方案

可以看出，段塞交替周期對阻力因子有著明顯的影響，段塞交替次數(shù)越多，阻力因子越大，泡沫封堵能力越強。分析認為：氣液大段塞注入時，氣液接觸面小，難以形成真正的泡沫，主要表現(xiàn)為氣驅(qū)和表面活性劑驅(qū)單獨作用，所以后續(xù)水驅(qū)壓力低。而小段塞、多輪次交替注入可以使氣液充分接觸，產(chǎn)生較多泡沫，對巖心大孔道的封堵能力和驅(qū)替能力明顯增強，水驅(qū)壓力提高，采收率增加。因此，在條件允許的情況下，盡量采用小段塞、多輪次交替注入空氣和起泡劑的方式，能夠最大程度起到調(diào)驅(qū)的作用。

2.5 非均質(zhì)巖心驅(qū)油實驗

填制滲透率分別為200×10-3μm2、47×10-3μm2的2根填砂管，滲透率級差為4.3，飽和水、飽和油，并聯(lián)后接入流程，模擬油藏非均質(zhì)性。按照優(yōu)化出的參數(shù)注入，水驅(qū)至含水98%后，注0.3 PV凝膠+0.6 PV泡沫液，待凝膠交聯(lián)后繼續(xù)水驅(qū)，每隔一段時間分別記錄高滲管和低滲管的產(chǎn)液量、產(chǎn)油量，計算不同階段高滲管、低滲管以及綜合采出程度，考察凝膠-泡沫體系的提高采收率能力，如表3所示。

可以看出，高、低滲填砂管非均質(zhì)模型的水驅(qū)綜合采收率僅達到11.3%，注入凝膠-空氣泡沫綜合調(diào)驅(qū)段塞后，高滲模型的最終采收率為62.7%，低滲模型的最終采收率為41.3%，高、低滲模型的綜合采收率達到52.0%，提高了40.7%，說明凝膠-泡沫體系具有較好地提高采收率能力。

表3 雙管非均質(zhì)模型采出程度提高值

高滲管或低滲管的產(chǎn)液量占總產(chǎn)液量的比例記為產(chǎn)出液的體積分數(shù)(圖4)，對比凝膠-泡沫體系注入前后高、低滲管產(chǎn)出液體積分數(shù)的變化，考察凝膠-泡沫體系對高、低滲管分流能力的影響，反應凝膠-泡沫體系對非均質(zhì)模型的剖面改善情況。

圖4 非均質(zhì)模型驅(qū)替產(chǎn)出液體積分數(shù)曲線

可以看出，注入凝膠-空氣泡沫綜合調(diào)驅(qū)段塞后，高滲管產(chǎn)液量減小，低滲管產(chǎn)液量增加，調(diào)整了高、低滲管的分流能力，并且在一定階段高、低滲管產(chǎn)液量相差很小，說明凝膠-空氣泡沫綜合調(diào)驅(qū)段塞能夠較好地封堵高滲層，改善了非均質(zhì)模型的產(chǎn)液剖面，提高了低滲層產(chǎn)液量。

3 現(xiàn)場應用效果

試驗區(qū)含油面積0.5 km2，共有注水井8口，采油井17口，井網(wǎng)形式為150 m×125 m的矩形反九點井網(wǎng)，井距195 m，排距96 m，主要開采層位為延長組長6油層。儲層平均孔隙度為8.3%，平均滲透率0.85×10-3μm2，地層溫度24.6～27.5 ℃，地層壓力4.016～5.812 MPa，油藏飽和壓力1.12 MPa，屬典型的低孔、低滲、低溫、低壓油藏。該區(qū)塊采取超前注水方式開采。截止2011年5月，油井平均含水87%，含水率相對較高。

試驗區(qū)自2011年10月進行凝膠空氣泡沫綜合調(diào)驅(qū)以來，在增油控水方面取得了一定的效果(圖5)，4個試驗井組共11口油井，試驗區(qū)調(diào)驅(qū)前半月平均單井日產(chǎn)油量0.22 m3，日產(chǎn)液量1.72 m3，平均含水87.13%，調(diào)驅(qū)過程及后續(xù)水驅(qū)過程中(2011年10月1日至2011年12月19日綜合調(diào)驅(qū)，2011年12月19日轉(zhuǎn)為穩(wěn)定水驅(qū))，平均單井日產(chǎn)油量0.46 m3，日產(chǎn)液量1.37 m3，平均含水66.65%，單井日產(chǎn)油量增加109.09%，含水減少20.48%。截止到2012年8月31日，試驗區(qū)累積增油718.58 t(不考慮遞減)，試驗區(qū)目前平均含水63.88%，單井日產(chǎn)油量為0.37 m3。試驗區(qū)整體含水呈下降趨勢，并趨于穩(wěn)定。產(chǎn)液量有所下降，產(chǎn)油量逐漸增加，并趨于穩(wěn)定。在凝膠空氣泡沫綜合調(diào)驅(qū)有效期內(nèi)，隨著時間的延長，增油控水效果會更加明顯。

圖5 空氣泡沫綜合調(diào)驅(qū)試驗區(qū)調(diào)驅(qū)前后生產(chǎn)動態(tài)變化曲線圖

4 結(jié) 論

(1)凝膠對裂縫性地層具有較好的封堵能力，且在一定條件下，封堵效果隨著凝膠注入量的增加而增強。

(2)凝膠和空氣泡沫的注入?yún)?shù)優(yōu)化結(jié)果為：當氣液體積比為3∶1、小段塞多周期交替注入時生成的泡沫質(zhì)量最佳；段塞尺寸為0.3 PV凝膠+0.6 PV空氣泡沫的注入方式在非均質(zhì)油藏中具有明顯的調(diào)驅(qū)效果，可有效控制氣竄、提高產(chǎn)油、降低含水。

(3)礦場試驗證明這種凝膠與空氣泡沫的綜合調(diào)驅(qū)方式在低滲、特低滲裂縫性油藏有著較好的應用前景，可為類似油藏提高原油采收率提供有益的借鑒。

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責任編輯：賀元旦

2014-11-10

陜西延長石油(集團)有限責任公司科研項目“延長東部油區(qū)空氣泡沫驅(qū)配套技術研究及先導試驗”(編號：ycsy2010-ky-A-12

郭茂雷(1986-)，男，碩士，助理工程師，主要從事油田提高采收率技術研究。E-mail:guomaolei315@126.com

1673-064X(2015)01-0062-05

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