雙河油田泡沫復(fù)合驅(qū)數(shù)值模擬研究方法

黎 明

（中國(guó)石化河南油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南鄭州 450048）

泡沫驅(qū)可以大幅度提高采收率，隨著泡沫驅(qū)油機(jī)理及現(xiàn)場(chǎng)工藝的深入研究，泡沫驅(qū)有望成為三次采油的重要技術(shù)手段。但是國(guó)內(nèi)外關(guān)于泡沫驅(qū)的油藏?cái)?shù)值模擬研究很少有公開(kāi)報(bào)道，未形成該技術(shù)系統(tǒng)的研究體系。本文在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外泡沫驅(qū)數(shù)值模擬文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，將泡沫驅(qū)經(jīng)驗(yàn)法和機(jī)理法結(jié)合起來(lái)，建立合理的泡沫驅(qū)數(shù)值模擬模型，并進(jìn)行室內(nèi)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證模型的可靠性，在雙河油田Eh3Ⅳ1-3層系進(jìn)行了效果預(yù)測(cè)。雙河油田Eh3Ⅳ1-3層系經(jīng)歷水驅(qū)和聚驅(qū)兩個(gè)階段，現(xiàn)處于后續(xù)水驅(qū)階段。實(shí)驗(yàn)室優(yōu)選出泡沫復(fù)合體系配方為0.4%的PM5泡沫劑，有利于在非均質(zhì)油藏中起到更好的調(diào)堵作用，適用于雙河油田Eh3Ⅳ1-3層系的地質(zhì)條件。

1 泡沫復(fù)合驅(qū)數(shù)值模擬新方法

CMG軟件中的 STARS模塊可以運(yùn)用兩種方法模擬泡沫的流動(dòng)。一種是機(jī)理法，能夠詳細(xì)模擬泡沫的產(chǎn)生、發(fā)展、破滅等具體過(guò)程，涉及多個(gè)化學(xué)反應(yīng)，比較復(fù)雜，適用于機(jī)理研究，用在實(shí)際模型中運(yùn)算速度很慢。另一種是經(jīng)驗(yàn)法，通過(guò)泡沫選項(xiàng)對(duì)相對(duì)滲透率曲線(xiàn)進(jìn)行插值來(lái)模擬流度的降低，不需模擬實(shí)際泡沫的產(chǎn)生和破滅過(guò)程，涉及參數(shù)較少，使用方便，適用于礦場(chǎng)規(guī)模的模擬，但其無(wú)法體現(xiàn)泡沫的半衰期、氣體注入量等參數(shù)對(duì)泡沫驅(qū)效果的影響。本次研究將經(jīng)驗(yàn)法與機(jī)理法結(jié)合起來(lái)，具體描述泡沫復(fù)合驅(qū)在數(shù)值模擬軟件中的體現(xiàn)。

1.1 氣體注入量在數(shù)值模擬中的體現(xiàn)

泡沫驅(qū)數(shù)值模擬經(jīng)驗(yàn)法未考慮泡沫的產(chǎn)生，無(wú)法體現(xiàn)注氣量對(duì)泡沫驅(qū)效果的影響。在后續(xù)進(jìn)行注入?yún)?shù)優(yōu)化時(shí)，氣液比的大小對(duì)開(kāi)發(fā)效果基本沒(méi)有影響，從圖1可以看出，氣液比由0.5逐漸增大到2.0時(shí)，提高采收率值變化不大。而實(shí)際礦場(chǎng)試驗(yàn)中氣液比越大，產(chǎn)生的泡沫質(zhì)量越高，氣量的增多，可以使更多的液體被帶入低滲透層中，發(fā)揮超低界面張力驅(qū)油作用，增大氣液比可以提高驅(qū)油效率，提高采收率[1]。因此，在經(jīng)驗(yàn)法中加上機(jī)理法中氣體參與反應(yīng)的方程式：

式中：SUR為表面活性劑；H2O為水；N2為參與反應(yīng)的氮?dú)猓籐A為生成的泡沫；2.15×10-5表示參加反應(yīng)的組分在反應(yīng)平衡式內(nèi)的系數(shù)。

圖2為加反應(yīng)方程式后氣液比對(duì)泡沫驅(qū)的影響，可以看出，隨著氣液比的增大，提高采收率值增大。

圖1 加反應(yīng)方程式前氣液比對(duì)泡沫驅(qū)的影響

圖2 加反應(yīng)方程式后氣液比對(duì)泡沫驅(qū)的影響

1.2 泡沫特異性及半衰期模型的實(shí)現(xiàn)

泡沫體系具有油敏性，在含油介質(zhì)中穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致其半衰期變短。消泡后其黏度降低，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于不消泡時(shí)的黏度，因此，能起到“堵水不堵油”的作用，從而提高驅(qū)油效率[2]。經(jīng)驗(yàn)法中無(wú)法體現(xiàn)泡沫的這種特異性和半衰期，為此，本文在經(jīng)驗(yàn)法數(shù)據(jù)體中加入了機(jī)理法中表述泡沫半衰期的方程式：

反應(yīng)式（2）表示在液相狀態(tài)下，泡沫自然消泡的過(guò)程。該式的反應(yīng)速率體現(xiàn)泡沫半衰期的大小，反應(yīng)速率與半衰期的關(guān)系式為：

式中：Ko為反應(yīng)速率，無(wú)因次；t1/2為半衰期，min。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)得泡沫體系的半衰期為20 min，計(jì)算得到反應(yīng)速率為0.034。

1.3 泡沫體系在地層中吸附的模型實(shí)現(xiàn)

泡沫體系在油藏中的吸附損失直接影響泡沫在運(yùn)移過(guò)程中的應(yīng)用效率。泡沫體系被吸附到巖石礦物上的機(jī)理較為復(fù)雜，與介質(zhì)的性質(zhì)有很大關(guān)系，如砂巖、碳酸鹽巖、黏土礦物的組成和含量等，同時(shí)還與礦化度、溫度、pH值等有關(guān)。對(duì)于好泡沫劑，要求其在地層中的吸附量盡可能小[3]。

泡沫體系抗吸附性指的是泡沫劑對(duì)石英砂吸附的耐受能力，故用泡沫體系被石英砂吸附后的泡沫體積和泡沫半衰期來(lái)表征。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究（表1），可以看出，經(jīng)過(guò)4次吸附后，發(fā)泡體積由初始的255 mL降至250 mL，變化較?。幌莅胨テ谟沙跏嫉?4 min降至29 min，這表明泡沫體系抗吸附能力較強(qiáng)。

表1 泡沫體系抗吸附性能評(píng)價(jià)

在數(shù)值模擬軟件中是通過(guò)關(guān)鍵字 ADMAXT來(lái)設(shè)置吸附參數(shù)，表示最大吸附量。發(fā)泡體系抗吸附能力較強(qiáng)，ADMAXT值較小。本次模擬采用泡沫劑濃度為4000 mg/L，根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果，泡沫劑濃度4000 mg/L時(shí)，對(duì)應(yīng)的吸附量為1.12 mg/g（圖3）。模擬設(shè)置了 5個(gè)不同的 ADMAXT值，分別為0.50，0.70，0.90，1.10，1.30 mg/g，對(duì)比5種方案的開(kāi)發(fā)效果，來(lái)評(píng)價(jià)吸附量對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響。從圖4可以看出，隨著最大吸附量的增大，累產(chǎn)油逐漸增加，但增加幅度很小，這說(shuō)明了ADMAXT不敏感，最大吸附量對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響較小。

由于地域、師資水平等原因，高職學(xué)生英語(yǔ)聽(tīng)說(shuō)水平相差懸殊，兩極分化嚴(yán)重。傳統(tǒng)的聽(tīng)說(shuō)教學(xué)方式，無(wú)視學(xué)生差異，嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，阻礙了學(xué)生英語(yǔ)聽(tīng)說(shuō)能力的提高。

圖3 吸附量隨泡沫劑濃度的變化

圖4 不同吸附量對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)效果

通過(guò)添加機(jī)理法中的兩個(gè)反應(yīng)方程式，并將實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的半衰期應(yīng)用到方程式中，建立了泡沫復(fù)合驅(qū)數(shù)值模擬模型。為了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目煽啃?，進(jìn)行了室內(nèi)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)擬合。

2 室內(nèi)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)擬合

泡沫復(fù)合驅(qū)因其驅(qū)替特征的特殊性，是油藏開(kāi)發(fā)后期具有潛力的提高采收率方法。其模擬過(guò)程需要與大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，故選擇數(shù)值模擬真實(shí)巖心，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互擬合，以確定數(shù)值模擬研究中泡沫驅(qū)的特征參數(shù)[4-11]。

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)材料主要有：實(shí)驗(yàn)巖心（具體參數(shù)見(jiàn)表2）；實(shí)驗(yàn)原油為模擬油，黏度7.61 mPa·s；實(shí)驗(yàn)用水為雙河陳化污水；聚合物（ZL-1）為雙河陳化污水配制，濃度1800 mg/L，黏度68.30 mPa·s；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的泡沫劑（PM5）。

表2 泡沫復(fù)合驅(qū)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬基本參數(shù)對(duì)比

實(shí)驗(yàn)條件為：氣源為空氣；實(shí)驗(yàn)溫度80 ℃；注入方式為氣液共注，氣液比為 1∶1；注入速度 0.5 mL/min；回壓設(shè)計(jì)6 MPa。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）測(cè)滲透率、孔隙度。測(cè)氣相滲透率、抽空飽和水、測(cè)孔隙體積。

（2）飽和油。以注入速度0.2 mL/min注入模擬油，得到含油飽和度。

（3）水驅(qū)。以注入速度0.5 mL/min進(jìn)行水驅(qū)至產(chǎn)出液不含油，得到水驅(qū)采出程度。

（4）聚合物驅(qū)。以注入速度0.5 mL/min注入0.5 PV聚合物溶液，然后水驅(qū)（注入速度 0.5 mL/min）至產(chǎn)出液無(wú)油，得到聚合物驅(qū)采出程度。

（5）泡沫驅(qū)。氣液同注：在溫度80 ℃，加回壓6 MPa，氣液比1∶1條件下，以滲透率200×10-3μm2的1.5 cm短巖心為泡沫發(fā)生器，以0.5 mL/min的速度注入0.5 PV的泡沫，然后水驅(qū)（注入速度0.5 mL/min）至產(chǎn)出液無(wú)油，得到泡沫驅(qū)的采出程度。

參考巖心模型基本參數(shù)（表2），建立數(shù)值模擬模型滲透率（圖5），采用與室內(nèi)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)相同的注入速度和注入段塞，分別進(jìn)行水驅(qū)、聚合物驅(qū)、泡沫驅(qū)。

表3為泡沫復(fù)合驅(qū)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)擬合對(duì)比結(jié)果，可以看出，泡沫驅(qū)數(shù)值模擬模型計(jì)算的采出程度與室內(nèi)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的相對(duì)誤差為-4.54%，說(shuō)明巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)擬合程度較好，數(shù)值巖心能較為準(zhǔn)確地反映真實(shí)巖心的驅(qū)替過(guò)程，泡沫驅(qū)數(shù)值模擬模型是可靠的，為后續(xù)的泡沫復(fù)合驅(qū)數(shù)值模擬研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖5 數(shù)值模擬模型滲透率

表3 泡沫復(fù)合驅(qū)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)擬合對(duì)比結(jié)果 %

3 泡沫復(fù)合驅(qū)數(shù)值模擬預(yù)測(cè)效果

泡沫復(fù)合驅(qū)的特征參數(shù)給定后，在雙河油田Eh3Ⅳ1-3層系實(shí)際區(qū)塊進(jìn)行了數(shù)值模擬研究[7]。該區(qū)塊1977年底投入開(kāi)發(fā)，1978年開(kāi)始注水，先后經(jīng)歷了早期注水、層系細(xì)分、井網(wǎng)加密調(diào)整、局部細(xì)分完善調(diào)整、聚合物驅(qū)+后續(xù)水驅(qū)五個(gè)開(kāi)發(fā)階段，目前采出程度42.81%，綜合含水97.25%。該區(qū)塊聚合物驅(qū)提高采收率4.00%，現(xiàn)已進(jìn)入后續(xù)水驅(qū)。為了攻關(guān)該區(qū)聚驅(qū)后提高采收率難題，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行泡沫復(fù)合驅(qū)數(shù)值模擬研究，模擬區(qū)共有4口注入井，9口對(duì)應(yīng)油井，控制儲(chǔ)量101.73×104t。

泡沫復(fù)合驅(qū)注入?yún)?shù)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的泡沫劑（PM5），濃度為2000 mg/L的穩(wěn)泡劑（WP），注入泡沫段塞0.5 PV，注入速度0.1 PV/a，氣液比1∶1。分別進(jìn)行水驅(qū)和泡沫復(fù)合驅(qū)，驅(qū)替至含水 98 %時(shí)，來(lái)對(duì)比這兩種不同驅(qū)替方式下的提高采收率狀況。從兩種不同驅(qū)替方式下的累計(jì)產(chǎn)油及提高采收率結(jié)果來(lái)看（表4），泡沫復(fù)合驅(qū)累計(jì)增油6.87×104t，提高采收率10.24%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水驅(qū)。這表明聚驅(qū)后區(qū)塊采用泡沫復(fù)合驅(qū)，能大幅度挖潛剩余油，進(jìn)一步提高采收率。

表4 不同驅(qū)替方式累計(jì)增油及采收率結(jié)果

4 結(jié)論

（1）巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)擬合結(jié)果表明，將經(jīng)驗(yàn)法與機(jī)理法結(jié)合，來(lái)具體描述泡沫復(fù)合驅(qū)在數(shù)值模擬軟件中的體現(xiàn)，用這種新方法建立的泡沫復(fù)合驅(qū)模型是合理可靠的。

（2）通過(guò)模擬預(yù)測(cè)得到，泡沫復(fù)合驅(qū)能提高采收率10.24%，是聚驅(qū)后區(qū)塊進(jìn)一步提高采收率的有效手段。