稠油油藏三元復(fù)合驅(qū)參數(shù)優(yōu)化實驗研究

吳?？。睹例?，孫 晶，廖月敏，張 瑤

(長江大學(xué)，湖北 武漢 430100)

0 引 言

扶余油田扶北2區(qū)塊油藏埋深為300～550 m，油層溫度為32.5 ℃[1]。50 ℃時地面脫氣原油黏度為60～100 mPa·s，油層溫度條件下脫氣原油黏度為350 mPa·s，屬于普通稠油[2-3]。該區(qū)塊前期實施蒸汽驅(qū)時，由于儲層縱向非均質(zhì)性強，汽竄嚴(yán)重，未起到有效提高采收率的目的[4]。前人對稠油油藏蒸汽驅(qū)中汽竄問題已有研究：王其偉[5]、劉偉等[6]開展了泡沫驅(qū)在非均質(zhì)地層提高采收率的研究，表明泡沫驅(qū)適合滲透率級差范圍應(yīng)小于15；宮俊峰[7]、駱銘[8]、李德儒[9]、吳正彬等[10]開展了泡沫驅(qū)實驗研究，結(jié)果表明，泡沫具有擴(kuò)大油層波及范圍、增大微觀驅(qū)油效率的作用；林偉民[11]、張瀚奭[12]等分別在胡12區(qū)塊和高淺北區(qū)塊進(jìn)行空氣泡沫驅(qū)實驗研究，結(jié)果表明，空氣泡沫驅(qū)對儲層具有調(diào)剖和封堵能力，但存在安全隱患。以減氧空氣+高溫泡沫劑+蒸汽三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)機(jī)理為依據(jù)，根據(jù)稠油區(qū)塊縱向非均質(zhì)特征，建立一定滲透率級差的三管并聯(lián)模型，開展減氧空氣、高溫泡沫輔助蒸汽驅(qū)實驗研究，優(yōu)選出最佳注入?yún)?shù)。該研究可為稠油油藏以及其他同類型油藏礦場試驗提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

通過氧氣與原油的接觸，實現(xiàn)了原油的氧化；高溫泡沫對減氧空氣的封堵，導(dǎo)致空氣進(jìn)入基質(zhì)發(fā)生原油氧化反應(yīng)，從而改善了原油的流動性能；高溫泡沫對蒸汽的封竄導(dǎo)致蒸汽進(jìn)入基質(zhì)，擴(kuò)大蒸汽加熱油藏的波及體積。結(jié)合前期扶北2原油靜動態(tài)氧化實驗結(jié)果，當(dāng)空氣中氧含量減至10%時，能保證現(xiàn)場安全生產(chǎn)[13-14]。

1 三元復(fù)合驅(qū)室內(nèi)實驗

1.1 實驗條件與材料

實驗溫度為油藏蒸汽驅(qū)時的溫度(250 ℃)，回壓為原始地層壓力(5 MPa)。模擬原始地層水pH值為6～7，回注水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表1。扶北2區(qū)塊50 ℃地面脫氣原油黏度為105.7 mPa·s，原油密度為0.86 g/cm3，凝固點為21.7 ℃；高溫泡沫劑為0.7%JYG-3(東營精細(xì)化學(xué)品)+0.3%AP-P8(四川光亞聚合物化工有限公司)；減氧空氣氧含量為10%。采用3根不同滲透率的填砂管模型(表2)模擬實際油藏地層正韻律性，其中，單管模型長度為40 cm，直徑為3.8 cm。

表1 扶北2區(qū)塊回注水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

1.2 實驗設(shè)備及步驟

實驗設(shè)備主要包括高壓填砂管、高壓驅(qū)替泵、蒸汽發(fā)生器、恒溫空氣浴、中間容器、回壓閥以及油水計量裝置等[15]。

表2 3種滲透率級差模型基礎(chǔ)物性參數(shù)

實驗步驟：①根據(jù)扶北2區(qū)塊地層物性制作3根填砂管(表2)，飽和模擬地層水、飽和原油；②根據(jù)地層正韻律性組裝高、中、低滲填砂管，放置在250 ℃恒溫箱中，試壓后，設(shè)定回壓為5 MPa；③控制相同的注入壓力和注入速度，以1 mL/min的流速注入高溫泡沫劑和減氧空氣，在混合注入方式下需要同時打開相應(yīng)的中間容器，在注入管線中充分混合高溫泡沫劑和減氧空氣產(chǎn)生泡沫；在交替注入方式下需要分別打開相應(yīng)的中間容器，依次注入一定量高溫泡沫劑和減氧空氣，在填砂管內(nèi)部形成泡沫；④設(shè)定不同的氣液比、注入方式、注入量和轉(zhuǎn)注時機(jī)，記錄注入壓力、出油量和出液量，后續(xù)在不同回壓下轉(zhuǎn)注蒸汽，繼續(xù)觀察實驗，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；⑤根據(jù)高溫泡沫劑封堵汽竄的數(shù)據(jù)，計算出泡沫阻力因子，評價不同條件下高溫泡沫劑封堵汽竄能力。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 高溫泡沫氣液比對封堵汽竄的影響

氣液比決定高溫泡沫劑的發(fā)泡能力和封堵汽竄效果。氣液比過低導(dǎo)致發(fā)泡不充分、泡沫含量低；氣液比過高，易形成氣竄，導(dǎo)致泡沫封堵能力大大降低。氣液比分別設(shè)定為1∶1、2∶1、3∶1，注入方式為氣液混合注入，注入泡沫量為0.5倍孔隙體積，實驗結(jié)果見圖1。

由圖1可知：在相同的注入方式下，累計注入量大于0.8倍孔隙體積后，高、中、低滲管的阻力因子平穩(wěn)波動；在氣液比為1∶1時，泡沫封堵汽竄的阻力因子最大，封竄效果最好。其中，高滲管阻力因子達(dá)到117.5，中滲管阻力因子達(dá)到95.5，低滲管阻力因子達(dá)到85.7，都分別大于相同條件下氣液比為2∶1和3∶1的阻力因子。因此，優(yōu)選出的高溫泡沫氣液比為1∶1。

圖1 不同氣液比在混合注入下阻力因子隨注入量關(guān)系

2.2 高溫泡沫注入方式對封堵汽竄的影響

高溫泡沫劑和減氧空氣不同注入方式?jīng)Q定了泡沫在地層條件下的破滅與再生，從而影響后續(xù)蒸汽驅(qū)過程中封堵汽竄的效果。實驗設(shè)定高溫泡沫氣液比為1∶1，高溫泡沫注入量為0.5倍孔隙體積，注入方式分別采取混合注入高溫泡沫劑和減氧空氣(圖1)及交替注入高溫泡沫劑和減氧空氣(圖2)。由圖2可知，在高溫泡沫和減氧空氣交替注入下，當(dāng)累計注入量為0.8～1.5倍孔隙體積時，3根管的阻力因子平穩(wěn)波動。其中，高滲管阻力因子達(dá)到107.7，中滲管阻力因子為84.5，低滲管阻力因子為74.9，其結(jié)果比混合注入高溫泡沫和減氧空氣條件下的阻力因子較小。因此，在相同滲透率模型中注入相同氣液比高溫泡沫，混合注入方式比交替注入方式的泡沫阻力因子大，封堵汽竄效果更好。

圖2 交替注入下的阻力因子

2.3 泡沫劑的注入量對封堵汽竄的影響

泡沫劑注入量過小會導(dǎo)致發(fā)泡量小，封堵汽竄強度??；泡沫劑過量又會增加驅(qū)替成本。因此，有必要開展高溫泡沫劑最佳注入量的優(yōu)選實驗。采用高滲單管模型設(shè)定氣液比為1∶1，其他實驗條件不變，高溫泡沫劑注入量分別設(shè)定為0.10、0.25、0.30倍孔隙體積，后轉(zhuǎn)注蒸汽驅(qū)(圖3)。由圖3可知，高滲管模型的阻力因子隨累計注入量不斷增加并趨于平衡，泡沫體系注入量為0.10、0.25倍孔隙體積時轉(zhuǎn)注蒸汽后的阻力因子均分別穩(wěn)定在100.8和121.6，即注入量為0.25倍孔隙體積比注入量為0.10倍孔隙體積的阻力因子高約20%。而注入量為0.30倍孔隙體積再轉(zhuǎn)注蒸汽后的阻力因子前期快速上升，轉(zhuǎn)注1.00倍孔隙體積蒸汽后其阻力因子已轉(zhuǎn)入平穩(wěn)上升趨勢，和注入量為0.25倍孔隙體積時阻力因子相差很小。綜合經(jīng)濟(jì)成本，優(yōu)選0.25倍孔隙體積為高溫泡沫劑的最佳注入量。

圖3 泡沫劑的注入量對封堵汽竄的影響

2.4 轉(zhuǎn)注時機(jī)對蒸汽封堵的影響

在不同含水率下注入的高溫泡沫劑受原油消泡和泡沫劑前緣汽竄的綜合影響，含水率低導(dǎo)致原油消泡作用明顯，而含水率高導(dǎo)致注入泡沫劑被水稀釋明顯。通過高滲單管模型在水驅(qū)前含水率為0、水驅(qū)至含水率分別達(dá)到50%、90%的3種情況下，混合注入氣液比為1∶1的高溫泡沫劑和減氧空氣，注入量為0.5倍孔隙體積，再轉(zhuǎn)注蒸汽驅(qū)，測定其泡沫阻力因子的變化規(guī)律(圖4)。由圖4可知：在3種轉(zhuǎn)注時機(jī)下，當(dāng)累計注入量超過0.9倍孔隙體積時，泡沫阻力因子均較穩(wěn)定；在轉(zhuǎn)注時機(jī)含水率為50%時，高溫泡沫的封竄效果明顯比含水率為0和90%時效果好，含水率為90%時轉(zhuǎn)注泡沫效果最差；含水率為50%時轉(zhuǎn)注1.0倍孔隙體積蒸汽后的泡沫阻力因子達(dá)到了117.5，且在累計注入量為1.0～1.5倍孔隙體積過程中，泡沫阻力因子略有波動現(xiàn)象。說明當(dāng)泡沫破裂后氣體向前運移再次和泡沫劑接觸生成泡沫，生成的泡沫有效封堵汽竄且不斷向前運移，進(jìn)行深部封堵，更大限度地提高注入蒸汽的波及體積。因此，高溫泡沫劑最佳注入時機(jī)是含水率為50%。

圖4 轉(zhuǎn)注時機(jī)對蒸汽封堵影響的關(guān)系

2.5 不同回壓對蒸汽封堵的影響

在轉(zhuǎn)注蒸汽驅(qū)過程中，隨著蒸汽不斷注入，不同回壓下的阻力因子呈逐漸上升并達(dá)到持續(xù)平衡的趨勢，蒸汽突破時平衡曲線會劇降，因此，評價高溫泡沫對蒸汽的封竄強度可用平衡趨勢下對應(yīng)的阻力因子來表征。通過高滲單管模型開展不同回壓下混合注入氣液比為1∶1的高溫泡沫劑和減氧空氣封竄強度實驗，設(shè)定回壓分別為3、5、7 MPa(圖5)。由圖5可知：當(dāng)回壓為3 MPa時，注入量為1.4倍孔隙體積后，阻力因子平衡在108左右；當(dāng)回壓為5 MPa時，注入量為1.4倍孔隙體積后，阻力因子平衡在120左右；當(dāng)回壓為7 MPa時，注入量為1.4倍孔隙體積后，阻力因子達(dá)到124左右。比較發(fā)現(xiàn)，回壓為5、7 MPa時的阻力因子均比3 MPa時的阻力因子大，且波動較小，說明在2種回壓下封堵汽竄效果較好，均形成了穩(wěn)定的泡沫體系。比較回壓分別為5、7 MPa時的阻力因子、平衡持續(xù)時間可知，2種回壓下的封竄強度相當(dāng)，由于扶北2區(qū)塊原始地層壓力為4.4 MPa，減氧空氣+高溫泡沫劑+蒸汽三元復(fù)合驅(qū)實驗回壓設(shè)定為5 MPa。

圖5 不同回壓對蒸汽封堵影響的關(guān)系

3 減氧空氣+高溫泡沫劑+蒸汽三元復(fù)合驅(qū)提高采收率實驗

為了更好地研究三元復(fù)合驅(qū)提高采收率效果，分別開展?jié)B透率級差為3.20的三管并聯(lián)蒸汽驅(qū)實驗和減氧空氣+高溫泡沫劑+蒸汽三元復(fù)合驅(qū)實驗(圖6)。實驗溫度為250 ℃，回壓為5 MPa，流速為1 mL/min，水驅(qū)至含水率為50%時轉(zhuǎn)注蒸汽驅(qū)至1.5倍孔隙體積。在相同條件下以氣液比為1∶1混合注入高溫泡沫和減氧空氣，其中，高溫泡沫注入量為0.5倍孔隙體積，在水驅(qū)至含水率為50%時轉(zhuǎn)注蒸汽驅(qū)至1.5倍孔隙體積。由圖6可知，轉(zhuǎn)注蒸汽驅(qū)后，當(dāng)累計注入量為0.8倍孔隙體積時，高滲管采收率為50.1%，中、低滲管采收率分別為30.9%、15.6%；當(dāng)累計注入量超過0.8倍孔隙體積時，高滲管最終采收率略有增加，為55.8%，中、低滲管采收率保持穩(wěn)定，分別為32.3%、15.6%，三管最終綜合采收率為34.9%。三元復(fù)合驅(qū)中注入量為0.3～0.8倍孔隙體積時，高溫泡沫劑優(yōu)先進(jìn)入高、中滲管使其采收率均有一定幅度的提升，而低滲管采收率增加緩慢；在累計注入量為0.8～1.5倍孔隙體積時，低滲管采收率開始大幅度提高，為63.2%，高、中滲管采收率分別達(dá)到64.3%、63.9%，提高幅度較小，三管最終綜合采收率為63.8%。說明在滲透率級差為3.20時，減氧空氣+高溫泡沫劑+蒸汽三元復(fù)合驅(qū)能在高滲管中形成有效封堵，改善了中、低滲管的驅(qū)油效果，其最終綜合采收率比蒸汽驅(qū)提高了28.9個百分點。

圖6 蒸汽驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)的采收率與累計注入孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系

4 結(jié) 論

(1) 在非均質(zhì)地層中，減氧空氣+高溫泡沫劑+蒸汽三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)可有效抑制高滲管汽竄，使中、低滲管的原油動用程度增大，采出程度大幅度提高，驅(qū)油效果明顯，是有效改善稠油油藏蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的技術(shù)。

(2) 通過開展減氧空氣+高溫泡沫劑+蒸汽三元復(fù)合驅(qū)參數(shù)優(yōu)化實驗，明確了最佳參數(shù)：高溫泡沫氣液比為1∶1，采取混合注入高溫泡沫劑和減氧空氣方式，高溫泡沫劑的注入量為0.25倍孔隙體積，最佳注入時機(jī)是含水率為50%，回壓保持在5 MPa。

(3) 建立了滲透率級差與采收率的定量關(guān)系。在滲透率級差為3.20三管并聯(lián)模型中，按照減氧空氣+高溫泡沫劑+蒸汽三元復(fù)合驅(qū)最佳注入?yún)?shù)進(jìn)行研究，其最終綜合采收率為63.8%，比單純蒸汽驅(qū)提高了28.9個百分點。表明了減氧空氣+高溫泡沫劑+蒸汽三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)能在蒸汽驅(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步有效提高采收率，在扶北2區(qū)塊具有指導(dǎo)現(xiàn)場應(yīng)用的價值。