聚合物驅(qū)后油藏強化泡沫驅(qū)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計

張伊琳

強化泡沫驅(qū)是一種用泡沫作為驅(qū)油介質(zhì)的三次采油方法。強化泡沫體系由發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑和氮氣組成，視黏度高、封堵調(diào)剖能力強，對油水的封堵具有選擇性，具有擴大波及體積和提高驅(qū)油效率的雙重作用[1-2]，能滿足聚合物驅(qū)后封堵高滲層、啟動中低滲儲層的需要。為攻關(guān)聚合物驅(qū)后進一步提高采收率的有效接替技術(shù)，根據(jù)泡沫驅(qū)的選擇原則，選擇雙河油田IV1–3層系作為先導試驗區(qū)。不同于常規(guī)水驅(qū)和聚合物驅(qū)，泡沫驅(qū)的驅(qū)油效果受泡沫體系的組成、地層狀況、注入條件和注入方式等因素的影響，因此有必要對泡沫驅(qū)注入?yún)?shù)進行優(yōu)化設(shè)計，為先導試驗方案編制提供技術(shù)依據(jù)。

1 油藏及開發(fā)簡況

先導試驗區(qū)位于南襄盆地泌陽凹陷西南斜坡雙河鼻狀構(gòu)造帶，屬于中孔中滲砂礫巖油藏，韻律性以正韻律和復合韻律為主，含油面積8.23 km2，地質(zhì)儲量 1 127.45×104t，是聚合物驅(qū)工業(yè)化應用最大的單元。該油藏原始含油飽和度69%，原始地層壓力16.49 MPa，原油相對密度0.868 9 g/cm3，地層原油黏度6.5 mPa·s。地層水為NaHCO3型，總礦化度7 530 mg/L。層系滲透率變化范圍（170～1 020）×10–3μm2，平均滲透率 630×10–3μm2,平均有效孔隙度19.2%，級差18.2，變異系數(shù)0.71，突進系數(shù)3.82，儲層物性和含油性較好，平面、縱向和層內(nèi)非均質(zhì)性均較強。

經(jīng)過長期水驅(qū)和聚合物驅(qū)，試驗區(qū)油層存在大孔道，非均質(zhì)矛盾加強，油井含水率逐漸上升，產(chǎn)量遞減加快。截至2017年6月，累計生產(chǎn)原油485.4×104t，地質(zhì)儲量采出程度43.04%，綜合含水97.3%，采液速度9.55%，采油速度0.41%，平均單井日產(chǎn)油1.1 t/d，呈現(xiàn)“三高一低”現(xiàn)象，聚合物驅(qū)取得了很好的降水增油效果。聚合物驅(qū)后中低滲層剩余油分布于孔隙及喉道且剩余油較多，高滲層剩余油分布形態(tài)復雜且以零星狀分布為主，賦予厚油層頂部及低滲層部位的大量剩余油未采出，平均剩余油飽和度為40%，具有開展強化泡沫驅(qū)的條件[3]。

2 泡沫驅(qū)適應的油藏條件及數(shù)模介紹

泡沫驅(qū)對油層的滲透率有一定要求，過低的滲透率會導致注入壓力過高，甚至超過油層的破裂壓力；地層的滲透率越高，所產(chǎn)生的阻力因子就越大，對高滲層的封堵效果越好，從而有利于波及系數(shù)的提高。油層的厚度大對于泡沫驅(qū)來說是比較有利的條件，一般氣驅(qū)要求油層厚度大于3 m；層系主力層平均厚度達到4.4 m，油層厚度越大，驅(qū)油效果越好。層系生產(chǎn)氣油比低，產(chǎn)出氣體量少，有利于安全有效地開展氮氣泡沫區(qū)技術(shù)。通過總結(jié)國內(nèi)外注氮氣現(xiàn)場應用實例，建立了適合氮氣泡沫驅(qū)油藏的篩選標準（表1）。根據(jù)表1，雙河油田IV1–3層系具備開展氮氣泡沫驅(qū)提高采收率技術(shù)的條件[4-5]。

表1 氮氣泡沫驅(qū)油藏的篩選標準

數(shù)模軟件采用加拿大CMG模擬器的STARS模塊，軟件中，泡沫驅(qū)主要通過控制氣相的流度來實現(xiàn)，依據(jù)室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)結(jié)果進行數(shù)值模擬計算。室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)包括聚合物濃度 2 000 mg/L，泡沫劑質(zhì)量分數(shù)0.3%～0.4%，溶液黏度70～80 mPa·s，界面張力（7～8）×10-3mN/m，阻力系數(shù)10～15，殘余阻力系數(shù)2.0～2.5。另外，增加一個額外的流動方程控制模擬，驗證數(shù)值模擬和實驗數(shù)據(jù)的一致性，為先導試驗提供依據(jù)。

數(shù)模研究對象為先導試驗區(qū)的中心井區(qū)，建立典型的井組模型，采用角點網(wǎng)格，三維網(wǎng)格系統(tǒng)平面為29×26網(wǎng)格，網(wǎng)格步長20 m，縱向上有3個模擬層（IV1、IV2、IV3），總網(wǎng)格數(shù)29×26×6 = 4 524個。模型參數(shù)及其它如高壓物性、相滲曲線、巖石及流體性質(zhì)等數(shù)據(jù)均采用該層系的實際數(shù)據(jù)。模型為“四注一采”五點法井網(wǎng)，注采井距為200 m。流體模型中將穩(wěn)泡劑、發(fā)泡劑、氮氣、油及水做為五個組成部分，建立了三維三相五組份流體模型[6]。

3 注入?yún)?shù)優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)室內(nèi)推薦泡沫驅(qū)油體系配方范圍，借鑒其他油田泡沫驅(qū)注入?yún)?shù)，先設(shè)計一套基礎(chǔ)泡沫驅(qū)注入方案，即：發(fā)泡劑（0.3%）+ 穩(wěn)泡劑（2 000 mg/L）+N2（純度99.9%），注入段塞0.5 PV，年注入速度0.1 PV/a，注采比1∶1。在此基礎(chǔ)上采用單因素法優(yōu)化發(fā)泡劑濃度、穩(wěn)泡劑濃度、氣液比、注入速度、段塞大小及注入方式。

3.1 發(fā)泡劑質(zhì)量分數(shù)優(yōu)化

固定其它參數(shù)，設(shè)計發(fā)泡劑質(zhì)量分數(shù)分別為0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%的7套方案。數(shù)模計算結(jié)果表明（圖1），隨著發(fā)泡劑質(zhì)量分數(shù)的升高，提高采收率值增大，但綜合指標呈下降趨勢，質(zhì)量分數(shù)在0.3%時，兩個技術(shù)指標出現(xiàn)交點，考慮經(jīng)濟效益，確定發(fā)泡劑質(zhì)量分數(shù)為0.3%。

圖1 發(fā)泡劑質(zhì)量分數(shù)優(yōu)化對比

3.2 穩(wěn)泡劑濃度優(yōu)化

確定發(fā)泡劑質(zhì)量分數(shù)為0.3%，設(shè)計穩(wěn)泡劑濃度分別為1 000 mg/L、1 500 mg/L、2 000 mg/L、2 500 mg/L、3 000 mg/L的5套方案，從計算結(jié)果可以看出（圖2），隨著穩(wěn)泡劑濃度的增加，提高采收率和綜合指標值逐漸增大，但當濃度達到2 000 mg/L以后，提高采收率增加幅度減緩，綜合指標出現(xiàn)拐點，后期增幅趨于平緩，因此確定穩(wěn)泡劑濃度為2 000 mg/L。

圖2 穩(wěn)泡劑濃度優(yōu)化對比

3.3 氣液比優(yōu)化

在其它因素相同的條件下，選擇不同氣液比進行泡沫驅(qū)優(yōu)化，數(shù)值模擬結(jié)果（圖3）可以看出，不同氣液比時泡沫的驅(qū)油效果不一樣，隨著氣液比增大，提高采收率值呈上升趨勢，氣液比由0.5增加至2.0，采收率增加4.1%，說明氣液比大小對泡沫驅(qū)影響較大。當氣液比達到1.0后，提高采收率和綜合指標值的增幅均逐漸減緩。氣液比的增加加劇了氣竄作用，導致泡沫驅(qū)的封堵效應減弱，這與室內(nèi)驅(qū)油實驗結(jié)果一致。推薦先導試驗區(qū)泡沫驅(qū)氣液比為1.0。

3.4 注入速度優(yōu)化

泡沫液的注入速度關(guān)系到泡沫封堵性能的好壞，如果泡沫液注入速度過快，泡沫液不能和氣體很好混合，產(chǎn)生更多泡沫，導致泡沫不能更好地發(fā)揮封堵作用[7]。為了確定最佳泡沫液注入速度，在發(fā)泡劑質(zhì)量分數(shù)0.3%、穩(wěn)泡劑濃度2 000 mg/L、氣液比1.0的條件下，分別模擬了泡沫液注入速度為0.08、0.09、0.1、0.11、0.12 PV/a時泡沫驅(qū)的開采效果（圖4）?？梢钥闯觯S著注入速度增大，提高采收率值呈上升趨勢，但增幅不大，注入速度由0.08 PV/a增加至0.12 PV/a，采收率僅增加1.8%，綜合指標值變化不大，表明注入速度為非敏感性參數(shù)?？梢钥闯?，在0.1 PV/a時，注入速度出現(xiàn)拐點，因此推薦泡沫驅(qū)注入速度為0.1 PV/a。

圖3 氣液比優(yōu)化對比

圖4 注入速度優(yōu)化對比

3.5 段塞大小優(yōu)化

在其它因素一定的條件下，設(shè)計泡沫驅(qū)段塞大小分別為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 PV的6個方案，對比不同段塞大小對泡沫驅(qū)效果的影響（圖5）?？梢钥闯觯黾又鞫稳⑷肓?，波及范圍增加，驅(qū)油效率相應增加，驅(qū)油效果越明顯。注入量小于0.5 PV時，驅(qū)油效果隨著注入量的增加迅速增加，大于0.5 PV以后，增油效果趨勢減緩。對于一定的井網(wǎng)系統(tǒng)，井控程度是一定的，因此波及效率不可能無限增加。隨著注入量的增加，開發(fā)成本不斷增加。因此，平衡考慮驅(qū)油效果的需要及經(jīng)濟效益最大化，確定泡沫驅(qū)段塞大小為0.5 PV。

圖5 段塞大小優(yōu)化對比

3.6 注入方式優(yōu)化

泡沫的注入方式也是影響其封堵效果的重要因素。由于泡沫的產(chǎn)生需要液體和氣體同時存在，注入方式可以采取氣液同時注入（氣液混注），也可以采取氣液交替注入。設(shè)計氣液混注及交替周期分別為30 d、60 d的交替注入方式，對比泡沫驅(qū)開發(fā)效果[8]（圖6）?？梢钥闯觯瑲庖夯熳⒈葰庖航惶孀⑷氲男Ч?。這是由于當氣體和泡沫劑混合注入時，泡沫在地表的泡沫發(fā)生器里經(jīng)過充分攪拌和接觸，產(chǎn)生的泡沫質(zhì)量較好；在氮氣和泡沫劑交替注入方式下，泡沫在地層中產(chǎn)生的泡沫體系不穩(wěn)定，并且容易發(fā)生氣竄，難以形成較大的封堵壓差，封堵能力相對較低。因此，推薦先導試驗區(qū)泡沫驅(qū)采用氣液混注方式注入。

圖6 注入方式優(yōu)化對比

4 泡沫驅(qū)效果預測

綜合數(shù)模優(yōu)化結(jié)果，結(jié)合先導試驗區(qū)井網(wǎng)調(diào)整部署情況，根據(jù)實際地質(zhì)模型，設(shè)計強化泡沫驅(qū)注入方案為：發(fā)泡劑（0.3%）+穩(wěn)泡劑（2 000 mg/L）+N2（純度99.9%），保持年注入速度為0.1 PV/a，合理氣液比為1.0，考慮注采平衡的情況下，確定總注入量和總產(chǎn)液量，以混注方式累計注入泡沫段塞0.5 PV，先進行泡沫驅(qū)然后轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)至含水98%。

先導試驗區(qū)部署“4注9采”五點法井網(wǎng)，平均注采井距190 m，控制地質(zhì)儲量67×104t。其中新井1口，本層系油轉(zhuǎn)注2口，通過新井部署及油轉(zhuǎn)注，液流方向改變率為56.3%。從數(shù)模預測結(jié)果來看（圖7），泡沫驅(qū)增油倍數(shù)達到2.8倍，最大含水降幅達到9.1%。泡沫驅(qū)至含水98%時，累計增油6.68×104t，提高采收率10.0%。從剩余油分析來看，水驅(qū)采出的油量主要來自儲層的中、下部，儲層頂部的剩余油難以得到動用；而泡沫驅(qū)增加的采油量主要來自儲層頂部，表明強化泡沫驅(qū)擴大了波及體積，提高了驅(qū)油效率。聚合物驅(qū)后開展泡沫驅(qū)先導試驗對于特高含水高溫油藏進一步提高采收率具有重要意義[9]。

圖7 聚驅(qū)后泡沫驅(qū)和水驅(qū)產(chǎn)量預測曲線

5 結(jié)論

（1）建立了適合氮氣泡沫驅(qū)油藏的篩選標準，雙河油田 IV1–3層系具備開展氮氣強化泡沫驅(qū)進一步提高采收率技術(shù)的油藏條件。

（2）注采參數(shù)的合理設(shè)計對氮氣泡沫驅(qū)驅(qū)油效果影響較大，優(yōu)選的強化泡沫體系為：發(fā)泡劑（0.3%）+穩(wěn)泡劑（2 000 mg/L）+ N2（純度99.9%）；注入?yún)?shù)為：氣液比為1∶1，段塞注入量為0.5 PV，注入速度為0.1PV/a，采用氣液混注方式。

（3）預測泡沫驅(qū)可累計增油6.68×104t，提高采收率10.0%；雙河油田IV1–3層系聚合物驅(qū)后開展氮氣強化泡沫驅(qū)是可行的。

參考文獻

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