稠油減氧空氣泡沫驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

李晶晶，鄧昌聯(lián)，唐曉東，汪 芳，魏 勇

(1.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500；2.中國(guó)石油吐哈油田分公司，新疆 吐魯番 838202)

0 引 言

泡沫驅(qū)作為稠油開采中的一項(xiàng)高效調(diào)驅(qū)增產(chǎn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)外對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究[1-6]。其主要作用機(jī)理包括泡沫增大流動(dòng)阻力、降低水油流度比、泡沫液提高洗油效率以及泡沫在層內(nèi)破裂，分離出的氣體通過(guò)超覆作用增大高滲透層上部波及區(qū)域[7-11]等。近年來(lái)用空氣替代氮?dú)獾呐菽?qū)研究較多，相比氮?dú)?，以空氣做氣源具有?jīng)濟(jì)性強(qiáng)、來(lái)源不受限以及與原油氧化放熱保溫地層等優(yōu)勢(shì)，但因注空氣過(guò)程中的安全性問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用多為減氧空氣泡沫驅(qū)。在中國(guó)如長(zhǎng)慶油田、三塘湖油田等已開展了減氧空氣泡沫驅(qū)的礦場(chǎng)試驗(yàn)[12]，增油效果顯著。

魯克沁油田的稠油油藏埋深為2 600～4 500 m，地層滲透率為400～500 mD，孔隙度為26%～28%，2005年開始注水開發(fā)，水驅(qū)采收率僅為16.70%?，F(xiàn)場(chǎng)曾試驗(yàn)過(guò)天然氣吞吐和聚合物驅(qū)采油技術(shù)，但因天然氣源受限和油層高溫高鹽特性等原因難以推廣。由于減氧空氣泡沫驅(qū)(簡(jiǎn)稱泡沫驅(qū))具有氣源廣、成本低、安全性強(qiáng)和防腐成本低等有利因素，被定為魯克沁稠油油藏增產(chǎn)的重要攻關(guān)技術(shù)。自2015年開始先導(dǎo)試驗(yàn)以來(lái)，試驗(yàn)井組逐步擴(kuò)大至46個(gè)井組。試驗(yàn)區(qū)油井總見效比達(dá)到69%，見效井初期的增油幅度為152%，但在實(shí)施過(guò)程中，也出現(xiàn)了注氣井井筒消泡、井筒腐蝕加劇、油井見氣加劇和產(chǎn)液減少等問(wèn)題。經(jīng)分析后認(rèn)為，該區(qū)塊現(xiàn)行的氣液同注方式和注入?yún)?shù)不合理是影響采收率的主要因素，因此，以室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)為主要手段，開展了相關(guān)研究。

1 實(shí)驗(yàn)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

主要實(shí)驗(yàn)材料：魯克沁脫水稠油，80 ℃地面脫氣原油黏度為1 400 mPa·s；模擬地層滲透率的填砂物模管，尺寸為Φ2.54 cm×50 cm，滲透率約為450 mD；VES-1泡沫液由魯克沁采油廠提供；自制模擬地層水，礦化度為17×104mg/L，二價(jià)離子含量為5 224 mg/L；氮?dú)夂涂諝獾取?/p>

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

使用室內(nèi)填砂管物模實(shí)驗(yàn)裝置模擬現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)替采油過(guò)程，實(shí)驗(yàn)溫度為80 ℃，壓力為30 MPa，先進(jìn)行水驅(qū)，注入速度為0.2 mL/min，待采出液含水率達(dá)到一定程度后，轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)。實(shí)驗(yàn)考察了氣液同注和氣液交替注2種注入方式，其中，同注是指空氣、發(fā)泡液按體積比1∶1混合發(fā)泡后注入，交替注入是指空氣和發(fā)泡液按一定比例交替單獨(dú)注入，在地層發(fā)泡驅(qū)替稠油。

具體實(shí)驗(yàn)步驟：①飽和水。將模型恒速飽和地層水，并測(cè)其水相滲透率，計(jì)算孔隙度；②飽和油。將巖心壓力升至30 MPa，然后恒速飽和稠油，并計(jì)算含油飽和度，飽和完成后老化12 h；③水驅(qū)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)時(shí)機(jī)評(píng)價(jià)。在水驅(qū)替至采出液含水率達(dá)一定程度后，按照表1所示參數(shù)轉(zhuǎn)注泡沫驅(qū)，至采出液含水率大于90%后，停止實(shí)驗(yàn)；④注入方式評(píng)價(jià)。在優(yōu)選的轉(zhuǎn)注時(shí)機(jī)下，分別進(jìn)行氣液同注和氣液交替注入泡沫，通過(guò)增加交替周期、縮短氣液?jiǎn)未畏肿⒌捏w積討論2種方式對(duì)采出程度的影響，當(dāng)泡沫驅(qū)采出液含水率大于90%后，停止實(shí)驗(yàn)；⑤注入速率評(píng)價(jià)。在步驟③、④評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，以不同注入速率進(jìn)行泡沫驅(qū)，當(dāng)泡沫驅(qū)采出液含水率大于90%后，停止實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄并計(jì)算采出程度、含水率和驅(qū)替壓差等。

表1給出了具體的實(shí)驗(yàn)方案。

表1 減氧空氣泡沫驅(qū)實(shí)驗(yàn)方案Table 1 Experiment scheme of deoxidized air foam flooding

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 泡沫驅(qū)轉(zhuǎn)注時(shí)機(jī)評(píng)價(jià)

圖1為采出液在不同含水率時(shí)水驅(qū)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)對(duì)采出程度、含水率和驅(qū)替壓差的影響。由圖1可知，在注水量約為0.8倍孔隙體積時(shí)發(fā)生水驅(qū)突破，此時(shí)驅(qū)替壓力發(fā)生突降，a—e各組水驅(qū)采出程度分別為32.17%、33.50%、34.13%、36.97%、39.29%，采出液含水率自50%迅速升至70%以上，采出程度難以增長(zhǎng)。

在不同采出液含水率下轉(zhuǎn)注泡沫，采出液的含水率先急劇降低再緩慢回升，表明轉(zhuǎn)注泡沫驅(qū)起到了堵水的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，a—e各組泡沫驅(qū)采出程度在水驅(qū)的基礎(chǔ)上分別增加了35.50、32.83、37.42、26.96、23.51個(gè)百分點(diǎn)，最大驅(qū)替壓差分別為4.64、4.50、4.38、4.03、3.05 MPa。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采出液含水率為50%～70%時(shí)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)，采出程度、含水率降幅和驅(qū)替壓差差異較小，但采出液含水率高于70%時(shí)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)，三項(xiàng)指標(biāo)均顯著下降。這是由于魯克沁稠油的高黏特性使水驅(qū)突破后水油流度比迅速增大，采出程度上升放緩，因此，在采出液含水率為50%～70%時(shí)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)，可最大程度上抑制流度比變化，封堵水驅(qū)竄流通道，擴(kuò)大泡沫驅(qū)波及范圍，從而提高采出程度。對(duì)比含水率為70%、80%時(shí)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)的效果可知，后者水驅(qū)采出程度僅高了0.63個(gè)百分點(diǎn)，但轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)后的最終采出程度卻比含水率為70%時(shí)降低了10.46個(gè)百分點(diǎn)，因此，在采出液含水率70%時(shí)轉(zhuǎn)注泡沫驅(qū)更有利于提高采出程度。

圖1 不同時(shí)機(jī)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)對(duì)采出程度、含水率和驅(qū)替壓差的影響

2.2 泡沫驅(qū)注入方式評(píng)價(jià)

圖2為氣液同注與氣液交替注入方式對(duì)最終采出程度、含水率和驅(qū)替壓差的影響，轉(zhuǎn)注時(shí)機(jī)均為采出液含水率達(dá)70%。其中，f組為氣液同注，c、g、h、i組實(shí)驗(yàn)均為氣液交替注。轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)時(shí)各組的水驅(qū)采出程度分別達(dá)到了33.92%、34.13%、31.75%、31.60%、31.01%。轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)后，驅(qū)替壓力迅速上升，含水率先降低后緩慢回升，采出程度逐漸抬升。至實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，f、c、g、h、i組實(shí)驗(yàn)采出程度在水驅(qū)的基礎(chǔ)分別增加39.11、37.42、36.14、31.07、26.95個(gè)百分點(diǎn)，最高驅(qū)替壓差分別為4.55、4.28、4.19、4.05、3.19 MPa。

由圖2可知，f組氣液同注泡沫驅(qū)效果最優(yōu)。這是因?yàn)闅庖和r(shí)發(fā)泡最充分，但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施中使用氣液同注會(huì)出現(xiàn)注入壓力過(guò)高，泡沫井筒消泡，導(dǎo)致井底泡沫質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低以及井筒腐蝕等問(wèn)題。換用交替注入方式后，單次液和氣的注入體積越小，采出程度增幅越大，轉(zhuǎn)注后含水率降幅越大，驅(qū)替壓差越高。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看，c組的堵水和驅(qū)油效果與同注方式相當(dāng)，因此，選擇用c組實(shí)驗(yàn)條件討論后續(xù)的注入速率影響問(wèn)題，即采出液含水率為70%時(shí)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)，氣液交替注，單次注入液和氣共0.1倍孔隙體積。

圖2 注入方式對(duì)采出程度、含水率和驅(qū)替壓差的影響

2.3 泡沫驅(qū)注入速率評(píng)價(jià)

圖3為不同注入速率對(duì)泡沫驅(qū)采出程度、含水率和驅(qū)替壓差的影響。j、k、c組實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)時(shí)，水驅(qū)采出程度分別為33.96%、34.44%和34.13%。轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)后含水率先降低再緩慢回升，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)j、k、c組實(shí)驗(yàn)采出程度分別增加37.07、41.30、37.42個(gè)百分點(diǎn)，最高驅(qū)替壓差分別為3.42、3.97、4.28 MPa。

由圖3可知：注入速率為0.3 mL/min時(shí)，采出程度最高，含水率降幅較大，驅(qū)替壓差較高。注入速率較低時(shí)，流體與巖心孔隙的碰撞剪切程度降低，導(dǎo)致泡沫發(fā)泡較少，封堵壓力提升變慢，泡沫封堵效果滯后；提高注入速率雖可實(shí)現(xiàn)充分發(fā)泡，提升泡沫封堵性能，增加泡沫驅(qū)油效果，但注入速率過(guò)高泡沫更易突破，影響驅(qū)油效果。因此，兼顧驅(qū)替壓差和采出程度因素，選擇最佳注入速率為0.3 mL/min。

圖3 注入速率對(duì)采出程度、含水率和驅(qū)替壓差的影響

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施結(jié)果

物模實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果為：在采出液含水率為70%時(shí)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)，氣液交替注，單次注入0.1倍孔隙體積，注入速率為0.3 mL/min，根據(jù)物模裝置孔隙體積折算出泡沫注入速率為每分鐘0.004 6倍孔隙體積，通過(guò)單次液和氣注入體積為0.1倍孔隙體積計(jì)算得，單次注入時(shí)間為21.73 min。

根據(jù)上述室內(nèi)優(yōu)化參數(shù)，對(duì)試驗(yàn)區(qū)的注入?yún)?shù)進(jìn)行調(diào)整后，單井注液速率為48.5 m3/d，注氣速率為1.45×104m3/d(標(biāo)準(zhǔn)體積)。平均單次注入時(shí)間為26 d，注入次數(shù)為18次。截至2017年8月，調(diào)整后試驗(yàn)區(qū)日產(chǎn)油為102 t/d，綜合含水率為50%，較調(diào)整前日增油為42 t/d，含水率下降28個(gè)百分點(diǎn)，增油為1.4×104t，產(chǎn)水量降低2.65×104m3，生產(chǎn)井新增見效比例達(dá)58%，新增14口見效井(雙向見效2口井)，見效井增油幅度為70%。

4 結(jié) 論

(1) 不同注入時(shí)機(jī)進(jìn)行泡沫驅(qū)將顯著影響采出程度，在采出液含水率低于70%時(shí)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)，泡沫驅(qū)采出程度無(wú)明顯差異，當(dāng)含水率高于70%轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)時(shí)，采出程度顯著下降，因此，在含水率為70%時(shí)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)為宜。

(2) 采用氣液交替注入的泡沫驅(qū)替方式，單次注入氣液體積越小，泡沫驅(qū)采出程度越高，含水率降幅越大，驅(qū)替壓差越高；提升注入速率能充分發(fā)泡，提高驅(qū)替壓差，但可能會(huì)導(dǎo)致泡沫提前突破。室內(nèi)獲得的最佳注入?yún)?shù)為：水驅(qū)含水率為70%時(shí)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)，氣液交替注單次注入0.1倍孔隙體積，注入速率為0.3 mL/min。

(3) 調(diào)整魯克沁試驗(yàn)區(qū)泡沫驅(qū)注入?yún)?shù)后，試驗(yàn)區(qū)日增油為42 t/d，含水率下降28個(gè)百分點(diǎn)，增油為1.4×104t，產(chǎn)水量降低2.65×104m3。生產(chǎn)井新增見效比例達(dá)58%，新增14口見效井(雙向見效2口井)，見效井增油幅度為70%。