影響低滲透油藏空氣泡沫驅(qū)的多參數(shù)綜合評(píng)價(jià)

周志軍 周福

摘 要：根據(jù)敖南油田M區(qū)塊的開發(fā)特征，對(duì)比分析了各種改善低滲透油藏開發(fā)效果的提高采收率方法優(yōu)缺點(diǎn)，開展了M區(qū)塊高含水期的空氣泡沫驅(qū)技術(shù)研究。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用參數(shù)存在一定的不確定性，缺乏參數(shù)定量值等問題，本文運(yùn)用數(shù)值模擬軟件對(duì)對(duì)比方案進(jìn)行預(yù)測(cè)，首次以增油量和投入產(chǎn)出比作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)敖南油田M區(qū)塊空氣泡沫驅(qū)注入?yún)?shù)進(jìn)行優(yōu)化評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，對(duì)于敖南油田，注空氣效果影響因素的重要性大小依次為氣液比>起泡劑濃度>注氣速度≈起泡劑注入量。注入?yún)?shù)最優(yōu)方案為氣液比為3：1；起泡劑濃度為0.3%；注氣速度為40 m3/d；起泡劑注入量為0.5 PV。對(duì)敖南油田空氣泡沫驅(qū)提高采收率開發(fā)方案的制訂及優(yōu)化具有重要指導(dǎo)意義。

關(guān) 鍵 詞：空氣泡沫驅(qū)；低溫氧化；優(yōu)化評(píng)價(jià)；數(shù)值模擬；投入產(chǎn)出比

中圖分類號(hào)：TE 357 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2016）04-0756-03

Abstract： According to development characteristics of low permeability reservoir in M block of Aonan oil field， advantages and disadvantages of various enhanced oil recovery methods for low permeability reservoirs were analyzed. Then the technology of air foam profile control in M block with high water cut was researched. The numerical simulation method was used to forecast different schemes； increasing oil content and input-output ratio were used as evaluation indexes to optimize the injection parameters affecting the effect of profile control. The research results show that， in Aonan oilfield， the importance of influencing factors of air injection effect in turn is gas liquid ratio >foaming agent concentration> gas injection rate≈amount of foaming agent. The optimal gas liquid ratio is 3：1， the bubble concentration is 0.3%， the gas injection rate is 40 m3/d， the foaming agent injection rate is 0.5 PV.

Key words： Air foam profile control； Oxidation at low temperature； Optimizing injection parameters； Numerical simulation； Input-output ratio

敖南油田M區(qū)塊具有“中孔、低滲、低產(chǎn)”等特點(diǎn)，地層吸水能力差，水井注水壓力高，水驅(qū)方向較難控制，容易形成低效循環(huán)。單獨(dú)注氣開發(fā)容易氣竄，開發(fā)效果較差。聚合物驅(qū)具有波及面積大，洗油效率高等特點(diǎn)，但聚合物分子量大的特性限制了其在低滲油藏中的應(yīng)用[1-3]?？諝馀菽?qū)技術(shù)具有氣驅(qū)和聚合物驅(qū)兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)且原材料價(jià)格低廉。其中，空氣中的氧氣與地層中的原油發(fā)生低溫氧化等放熱反應(yīng)，生成CO、CO2等多種氧化物，能夠形成混相驅(qū)[4]。泡沫能夠顯著提高波及系數(shù)和驅(qū)替效率，其機(jī)理為：在平面上，長(zhǎng)期驅(qū)替后的大孔隙含油飽和度低，泡沫不易消泡，封堵能力強(qiáng)，而在喉道處因賈敏效應(yīng)長(zhǎng)期沖刷不到的小孔隙含油飽和度較高，泡沫在此處易破滅，封堵能力低，故驅(qū)替體系多沿小孔隙流動(dòng)，從而提高了波及系數(shù)[5]；縱向上，氣體攜帶泡沫使其流度降低，削弱氣體的重力超覆的影響，提高了垂向上的波及系數(shù)。

所研究區(qū)塊目前綜合含水率較高，受地層非均質(zhì)性及裂縫的影響，多個(gè)井組已形成低效循環(huán)，嚴(yán)重影響區(qū)塊開發(fā)效果，針對(duì)以上問題，開展了空氣泡沫驅(qū)的參數(shù)綜合評(píng)價(jià)研究。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多采用數(shù)值模擬和物理實(shí)驗(yàn)方法對(duì)注入?yún)?shù)進(jìn)行研究，本文對(duì)空氣泡沫驅(qū)的數(shù)值模擬提出合理假設(shè)，并首次采用投入產(chǎn)出比這一經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益兩方面評(píng)價(jià)注入?yún)?shù)，在目前低油價(jià)條件下，對(duì)敖南油田控制含水率、提高采收率、節(jié)約開發(fā)成本具有重要的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)塊概況

敖南油田M區(qū)塊沉積類型為席狀砂，主要發(fā)育近東西向裂縫?？刂坪兔娣e3.2 km2，主力油層埋藏深度1 244 m，平均有效厚度7.2 m，有效孔隙度17.7%，平均滲透率35×10-3μm2，滲透率變異系數(shù)0.6，屬中孔低滲透率油藏。初始含油飽和度54%。地層條件下，原油黏度5.7 mPa·s，原油密度0.853 g/cm3，體積系數(shù)為1.1，原始地層壓力13 MPa，儲(chǔ)量豐度25.7×104 t/km2。

敖南油田M區(qū)塊2007年投入開發(fā)，截止到目前，共有水平井5口，日產(chǎn)液25.59 t，日產(chǎn)油4.3 t，綜合含水率83.2%，累計(jì)產(chǎn)油2.84×104 t，采出程度6.88%。注水井12口，日注水87 m3，累計(jì)注水10.47×104 m3。目前2口油井未見水，3口油井含水率分別為88.54%，75.14%，84.88%。

2 數(shù)值模擬假設(shè)條件

空氣泡沫與地層原油混合后成分復(fù)雜，在數(shù)值模擬中應(yīng)考慮為三相多組分模型。但實(shí)際上，空氣與原油混合后的相態(tài)參數(shù)以及低溫氧化反應(yīng)后的組分參數(shù)并不容易測(cè)得，很難在數(shù)值模型中加以實(shí)現(xiàn)。研究表明，空氣對(duì)原油物性的影響十分有限，并且低溫氧化反應(yīng)并不是空氣泡沫驅(qū)的主要作用，所以對(duì)模擬過程進(jìn)行如下假設(shè)：

（1）原油中包含輕質(zhì)、重質(zhì)兩種組分，氧化反應(yīng)后的原油全部為輕質(zhì)組分。

（2）將空氣中的CO2、CO以及氧化反應(yīng)后生成的CO2、CO按照同一組分處理，表示為COx，全部為氣相且不與原油混溶。

（3）低溫氧化與高溫氧化不相互轉(zhuǎn)化。

（4）以氧化反應(yīng)后的氣體總體積（包括COx、N2等）作為注入氣體積。

（5）原油流動(dòng)性不因低溫氧化反應(yīng)而降低，也不因加入表活劑而增加。

3 空氣泡沫驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化

本文以敖南油田M區(qū)塊構(gòu)造特征及油藏物性為依據(jù)，運(yùn)用petrel軟件建立該區(qū)塊精細(xì)三維地質(zhì)模型，如圖1。模型網(wǎng)格數(shù)為903 00，網(wǎng)格步長(zhǎng)為10 m×10 m×10 m，模擬初始溫度為85 ℃，初始?jí)毫?3 MPa，初始含油飽和度為54%。將三維地質(zhì)模型導(dǎo)入CMG數(shù)值模擬軟件，運(yùn)用STAR模塊建立空氣泡沫驅(qū)機(jī)理模型。進(jìn)行地質(zhì)儲(chǔ)量擬合后，對(duì)M區(qū)塊地層平均壓力、累積產(chǎn)油量、單井產(chǎn)油量、單井含水率等指標(biāo)進(jìn)行了歷史擬合（其中油井定液量生產(chǎn)、水井定注水量注入），擬合達(dá)到預(yù)測(cè)所需的精度要求。考慮到礦場(chǎng)可執(zhí)行度及對(duì)管線的腐蝕情況，本區(qū)塊采用空氣、泡沫交替注入（地下發(fā)泡）的方式進(jìn)行空氣泡沫調(diào)驅(qū)[6，7]。根據(jù)M區(qū)塊地質(zhì)和實(shí)際開發(fā)特征，確定優(yōu)化的注入?yún)?shù)包括：起泡劑注入量、起泡劑濃度、氣液比、注氣速度。

3.1 起泡劑注入量

起泡劑的注入量直接影響泡沫體積，而泡沫體積影響最終的驅(qū)油效果。優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)采用控制變量法（下同），設(shè)計(jì)的五個(gè)注入量方案分別為0.2、0.3PV、0.4、0.5和0.6 PV，預(yù)測(cè)未來5年的增油量并計(jì)算投入產(chǎn)出比。模擬的結(jié)果見圖2所示。

圖2表明，增油量隨著起泡劑注入量的增加而增加。注入量小于0.5 PV時(shí)，改變注入量對(duì)增油量影響較大，投入產(chǎn)出比逐漸減小。當(dāng)注入量超過0.5 PV時(shí)，增油量受注入量影響小，且投入產(chǎn)出比逐漸增大。所以對(duì)于本區(qū)塊合理的注入量應(yīng)為0.5 PV。

3.2 注氣速度

注氣速度影響發(fā)泡程度和波及面積，影響最終的調(diào)驅(qū)效果。調(diào)整起泡劑注入量為0.5 PV。設(shè)置五個(gè)不同的注氣速度值，分別為10、20、30、40、50 m3/d，預(yù)測(cè)未來5年的增油量并計(jì)算投入產(chǎn)出比。模擬的結(jié)果見圖3所示。

圖3表明，在設(shè)置的參數(shù)范圍內(nèi)，累積產(chǎn)油量隨注氣速度的增加，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，即存在一個(gè)最佳值（40 m3/d）。當(dāng)注氣速度超過40 m3/d后增油量急劇下降，投入產(chǎn)出比急劇上升。實(shí)際注入時(shí)應(yīng)控制注氣速度在40 m3/d以內(nèi)，所以，對(duì)于本區(qū)塊最優(yōu)的注氣速度是40 m3/d。

3.3 起泡劑濃度

起泡劑濃度影響泡沫穩(wěn)定性，對(duì)調(diào)驅(qū)的效果有很大影響。調(diào)整起泡劑注入量為0.5 PV，注氣速度是40 m3/d。設(shè)置五個(gè)不同的起泡劑濃度值，分別為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%。預(yù)測(cè)未來5年的增油量并計(jì)算投入產(chǎn)出比。模擬的結(jié)果見圖4所示。

圖4表明，隨著起泡劑濃度的增加，增油量增幅先大后小。起泡劑濃度在0.3%之前變化時(shí)，增油量增幅較大，投入產(chǎn)出比逐漸降低，濃度超過0.3%后，濃度增加，增油量增幅變小，投入產(chǎn)出比緩慢增加。所以，對(duì)于本區(qū)塊最佳的起泡劑濃度為0.3%。

3.4 氣液比

氣液比影響泡沫阻力系數(shù)，對(duì)調(diào)驅(qū)效果影響較大。調(diào)整起泡劑注入量為0.5PV，注氣速度是40 m3/d，起泡劑濃度為0.3%。設(shè)置五個(gè)不同的氣液比，分別為1∶2、1∶1、2∶1、3∶1和4∶1。預(yù)測(cè)未來兩年的增油量并計(jì)算投入產(chǎn)出比。模擬的結(jié)果見圖5所示。

圖5表明，隨著氣液比的增大，增油量先增大后減小。即氣液比存在一個(gè)最佳值（3∶1），當(dāng)氣液比超過3∶1時(shí)，增大氣液比，使得增油量逐漸降低，且此時(shí)投入產(chǎn)出比陡增，所以，對(duì)于本區(qū)塊最優(yōu)氣液比為3∶1。

4 結(jié) 論

空氣泡沫驅(qū)可由三相多組分?jǐn)?shù)值模型簡(jiǎn)化為三相六組分?jǐn)?shù)值模型，低溫氧化反應(yīng)和表活劑對(duì)原油粘度的影響可因相互抵消而忽略不計(jì)。

氣液比，起泡劑濃度，注氣速度和起泡劑注入量等都是空氣泡沫驅(qū)的主要影響因素。研究表明氣液比，起泡劑濃度影響力較大；注氣速度和起泡劑注入量影響不大。

研究結(jié)果表明，空氣泡沫驅(qū)技術(shù)能夠顯著提高M(jìn)區(qū)塊產(chǎn)量。通過對(duì)敖南油田M區(qū)塊實(shí)際地質(zhì)模型的模擬計(jì)算和參數(shù)優(yōu)選，結(jié)合投入產(chǎn)出比計(jì)算結(jié)果，確定合理調(diào)驅(qū)注入?yún)?shù)為：起泡劑注入量為0.5 PV，起泡劑濃度為0.3%，注氣速度為 40 m3/d，氣液比為3∶1。

參考文獻(xiàn)：

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