延長油田低溫低滲油藏空氣泡沫驅(qū)礦場實(shí)踐

姚振杰，江紹靜，高瑞民，王 偉，楊 紅

（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西西安710065）

近年來，隨著對(duì)各大油田深入的開發(fā)，低滲透油田的開發(fā)比例不斷提高[1-3]。低滲透油藏由于受油藏儲(chǔ)層物性特征的限制[4-5]，比常規(guī)油藏開采難度大[6-8]。低滲透油藏受儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響，儲(chǔ)層中很大一部分原油未被動(dòng)用，低滲透油藏的開發(fā)需要探索新方式[9-10]。泡沫具有“堵大不堵小、堵水不堵油”的特性，空氣具有氣源豐富、成本低等優(yōu)勢(shì)?？諝馀菽?qū)油技術(shù)引起石油行業(yè)廣泛的關(guān)注[11-13]。

延長油田T 區(qū)塊主力開發(fā)層位為三疊系長6 油層組，儲(chǔ)層平均滲透率為0.82×10-3μm2，平均孔隙度為7.9%，油藏溫度為26～30 ℃，屬于典型的低溫低滲透油藏。儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，儲(chǔ)層大多經(jīng)過多次重復(fù)壓裂，裂縫復(fù)雜，依據(jù)相關(guān)研究表明裂縫等效滲透率為（300～1 000）×10-3μm2，裂縫滲透率變化較大[14-15]。水驅(qū)開發(fā)過程中，注水沿裂縫水竄嚴(yán)重，開發(fā)效果差。長期以來，T區(qū)塊面臨著如何擴(kuò)大儲(chǔ)層波及體積、提高油層動(dòng)用程度、提高原油采收率并有效提高地層能量等難題。2007 年9 月延長油田在T 區(qū)塊開展了空氣泡沫驅(qū)油試驗(yàn)，鑒于前期試驗(yàn)取得較好效果，T區(qū)塊空氣泡沫驅(qū)油規(guī)模不斷擴(kuò)大。對(duì)延長油田低溫低滲透油藏空氣泡沫驅(qū)油礦場實(shí)踐進(jìn)行論述，為低滲透油藏開展空氣泡沫驅(qū)提供指導(dǎo)。

1 礦場試驗(yàn)現(xiàn)狀

2007年9 月T區(qū)塊開始第一批空氣泡沫驅(qū)試驗(yàn)，啟動(dòng)2 口注入井、17 口受益油井的試驗(yàn)規(guī)模。2011年10月至2013年11月擴(kuò)大試驗(yàn)規(guī)模，開展第二批試驗(yàn)，增加6口注入井、26口受益油井。鑒于前期較好的試驗(yàn)效果，2013 年11 月至2016 年4 月，注入井增加8口、受益油井增加28口，為第三批試驗(yàn)井。2016年4月至2017年8月，將空氣泡沫驅(qū)技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用，T 區(qū)塊又增加注入井45 口、增加受益油井188口。最終T區(qū)塊形成61口注入井、258口受益油井的空氣泡沫驅(qū)規(guī)模。

截至2017年12月，T區(qū)塊累計(jì)注水5.22×105m3，累計(jì)注入空氣9.89×104m3（折算地下體積），累計(jì)注入泡沫液3.69×104m3，采出程度10.66 %，綜合含水50.57%。目前單井月均產(chǎn)液12.4 m3，單井月均產(chǎn)油5.9 t。

2 空氣泡沫體系分流轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)評(píng)價(jià)

對(duì)優(yōu)選出的泡沫體系，通過驅(qū)替雙管并聯(lián)非均質(zhì)巖心進(jìn)行評(píng)價(jià)（圖1）。泡沫體系具有“堵大不堵小”的特征，儲(chǔ)層滲透率越大，泡沫表觀黏度越大。泡沫體系注入儲(chǔ)層后，優(yōu)先進(jìn)入微裂縫或大孔道等優(yōu)勢(shì)滲流通道，隨著泡沫體系注入量的增加，泡沫體系在優(yōu)勢(shì)滲流通道中堵塞，滲流阻力升高，迫使后續(xù)注入的流體進(jìn)入低滲透層，擴(kuò)大注入流體波及體積。

圖1 空氣泡沫體系分流轉(zhuǎn)向能力評(píng)價(jià)Fig.1 Distributary and steering capacity evaluation of air foam

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)選取直徑25 mm、高度100 mm 的柱狀人造巖心，有效滲透率和滲透率為1 000×10-3μm2、10×10-3μm2的巖心組成雙管并聯(lián)非均質(zhì)模型進(jìn)行分流轉(zhuǎn)向能力實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)用水為T區(qū)塊處理污水，使用前經(jīng)0.22 μm微孔過濾，除去雜質(zhì)。

水驅(qū)穩(wěn)定后高滲透巖心分流量比例是98%，低滲透巖心分流量比例是2%。空氣泡沫體系驅(qū)穩(wěn)定后高滲透巖心分流量比例是78%，低滲透巖心分流量比例是22%；后續(xù)水驅(qū)穩(wěn)定高滲透巖心分流量比例是95%，低滲透巖心分流量比例是5%。開始水驅(qū)，由于高滲透巖心孔道較大、滲流阻力小，注入水主要沿著非均質(zhì)模型的高滲透巖心流動(dòng)，水驅(qū)穩(wěn)定后高滲透巖心所占分流量比例大。注入空氣泡沫體系后，泡沫體系優(yōu)先進(jìn)入非均質(zhì)模型的高滲透巖心，體系對(duì)高滲透巖心的大孔道進(jìn)行有效封堵，對(duì)后續(xù)注入的流體起到了分流轉(zhuǎn)向作用，低滲透巖心分流量比例增大，擴(kuò)大了泡沫體系波及體積?？諝馀菽w系可以降低優(yōu)勢(shì)通道的分流量，提高低滲透層的分流量，起到分流轉(zhuǎn)向的作用，擴(kuò)大非均質(zhì)儲(chǔ)層的波及體積。

3 延長油田空氣泡沫驅(qū)礦場應(yīng)用效果

T區(qū)塊空氣泡沫驅(qū)分四批次投入運(yùn)行，由于投入運(yùn)行時(shí)間不一致，為了客觀評(píng)價(jià)空氣泡沫驅(qū)應(yīng)用效果，分批次對(duì)T區(qū)塊空氣泡沫驅(qū)應(yīng)用效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)（本文應(yīng)用效果評(píng)價(jià)以第三批為例）。區(qū)塊井網(wǎng)不規(guī)則，油井大多經(jīng)過多次重復(fù)壓裂，儲(chǔ)層裂縫復(fù)雜，注水沿縫水竄嚴(yán)重。T區(qū)塊實(shí)施空氣泡沫試驗(yàn)后，油井反應(yīng)敏感，見效快，一般注入后2～6 個(gè)月即見效。對(duì)于延長油田低溫低滲油藏，空氣泡沫驅(qū)起到了較好的“穩(wěn)油、控水”效果。

3.1 產(chǎn)能變化

3.1.1 單井產(chǎn)能變化

從單井見效特征看，實(shí)施空氣泡沫驅(qū)后，相對(duì)于水驅(qū)，部分受效井產(chǎn)油量明顯升高、含水明顯降低；部分受效井經(jīng)過多年開發(fā)產(chǎn)油量、含水依舊保持穩(wěn)定；少數(shù)生產(chǎn)井未見效。

T1-7 井見效前（水驅(qū)階段）月產(chǎn)油3.8 t，含水為80%。實(shí)施空氣泡沫驅(qū)油后，產(chǎn)油明顯升高，含水大幅度降低，目前月產(chǎn)油為15.3 t，含水為10%。實(shí)施空氣泡沫驅(qū)較水驅(qū)月產(chǎn)油量增加了11.5 t，含水降低了70個(gè)百分點(diǎn)。這是由于空氣泡沫體系首先進(jìn)入高滲透層，并對(duì)高滲透層起著調(diào)剖、封堵的作用，生產(chǎn)井產(chǎn)油量升高；隨著空氣泡沫體系的不斷注入，高滲透層受到封堵，空氣泡沫體系進(jìn)入低滲透層，擴(kuò)大波及體積，生產(chǎn)井繼續(xù)進(jìn)入受效期（圖2）。

17 口（61 %）生產(chǎn)井產(chǎn)油量明顯升高，3 口（11%）生產(chǎn)井實(shí)施空氣泡沫驅(qū)后經(jīng)過長期開發(fā)產(chǎn)油量仍保持穩(wěn)定，另外8 口（28%）生產(chǎn)井產(chǎn)油量未見效。未見效分析原因：一是注采層位不對(duì)應(yīng)；二是注入介質(zhì)量不足、地層能量不足而未建立起有效驅(qū)替體系。另外，結(jié)合其他批次受效井見效統(tǒng)計(jì)，實(shí)施空氣泡沫驅(qū)后約有70 %的單井見效，30 %的單井未見效。

T區(qū)塊第三批受效有19口（68%）生產(chǎn)井含水明顯降低，4 口（14 %）生產(chǎn)井含水保持穩(wěn)定，5 口（18%）生產(chǎn)井未見效。總體而言，T區(qū)塊第三批井實(shí)施空氣泡沫驅(qū)后，82 %的生產(chǎn)井含水降低或穩(wěn)定，18%的生產(chǎn)井含水未見明顯變化。同時(shí)，結(jié)合其他批次受效井見效統(tǒng)計(jì)，實(shí)施空氣泡沫驅(qū)后約有70 %～80 %的生產(chǎn)井含水降低或穩(wěn)定，20 %～30 %的生產(chǎn)井含水未見效（圖3）。

圖2 T1-7井水驅(qū)與空氣泡沫驅(qū)開采曲線對(duì)比Fig.2 Contrast of production curves of water flooding and air foam flooding of well-T1-7

圖3 T區(qū)塊第三批實(shí)施空氣泡沫驅(qū)單井見效分布Fig.3 Effective situation of the third group of single wells by air foam flooding Block-T

3.1.2 區(qū)塊產(chǎn)能變化

空氣泡沫驅(qū)油后，區(qū)塊單井月均產(chǎn)油開始升高，區(qū)塊含水大幅度降低，空氣泡沫驅(qū)起到了較好控水作用（圖4）。注水開發(fā)階段單井月產(chǎn)油6.3 t左右，實(shí)施空氣泡沫驅(qū)后單井月產(chǎn)油開始升高，目前單井月均產(chǎn)油8.5 t，單井月產(chǎn)油增加了2.2 t；區(qū)塊綜合含水降低了25個(gè)百分點(diǎn)。T區(qū)塊第三批空氣泡沫驅(qū)區(qū)塊相對(duì)水驅(qū)提高采出程度1.21%。

圖4 T區(qū)塊水驅(qū)與空氣泡沫驅(qū)開采曲線對(duì)比Fig.4 Contrast of production curves of water flooding and air foam flooding of Block-T

3.2 安全保障措施

對(duì)空氣泡沫區(qū)受益油井套管氣氧含量定期監(jiān)測，實(shí)時(shí)掌握油井套管氣氧含量的變化。注空氣后，氧氣與地下原油的低溫氧化、與地層礦物的氧化、在地層巖石表面吸附滯留、在地層水或原油中溶解等是主要的耗氧途徑。氧氣發(fā)生反應(yīng)后，剩余的氧氣就會(huì)與地層中的輕烴組分形成混合性爆炸氣體，當(dāng)混合氣的濃度達(dá)到爆炸范圍，在一定條件下就會(huì)發(fā)生爆炸事故。根據(jù)相關(guān)資料，天然氣爆炸必須具備3個(gè)條件：1）合適的天然氣濃度，空氣中（氧濃度21%）天然氣濃度在3.21%～10.32%，濃度大于或小于這個(gè)范圍都不會(huì)爆炸；2）合適的氧濃度，大于10%～11%；3）高溫火源的存在。為了防止事故的發(fā)生，必須控制氧氣含量在安全含量以下。

T 區(qū)塊經(jīng)過12 年的空氣泡沫驅(qū)礦場實(shí)踐，隨著空氣的不斷注入，套管氣氧含量監(jiān)測表明氧含量緩慢升高。2008年6月T5-2套管氣中氧含量為1.9%、T5-8 套管氣中氧含量為1.67 %；2015 年11 月T5-2套管氣中氧含量上升到5.65%、T5-8 套管氣中氧含量上升到2.46%。為了保障生產(chǎn)安全，隨后在空氣壓縮機(jī)前增加了氮?dú)夥肿雍Y，降低空氣中的氧含量。經(jīng)過現(xiàn)場氧含量監(jiān)測，目前T區(qū)塊空氣泡沫受益生產(chǎn)井的氧含量均低于3.5%，遠(yuǎn)低于臨界爆炸濃度（表1）。

表1 套管氣氧含量變化Table 1 Variation of oxygen content of casing gas

4 結(jié)論

延長油田低溫低滲透油藏實(shí)施空氣泡沫驅(qū)見到了較好的效果，空氣泡沫驅(qū)技術(shù)充分顯示了“穩(wěn)油、控水”的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)形成了完整的注入工藝及安全保障措施。與水驅(qū)相比，實(shí)施空氣泡沫驅(qū)后，單井產(chǎn)量升高、含水大幅度降低。區(qū)塊單井月產(chǎn)油增加了2.2 t，綜合含水降低了25個(gè)百分點(diǎn)。雖然延長油田低溫低滲油藏空氣泡沫驅(qū)礦場實(shí)踐見到了效果，降低氧含量保障了安全生產(chǎn)，但礦場依然存在空氣壓縮機(jī)長期穩(wěn)定工作的問題，下步工作亟需提高設(shè)備長期工作的穩(wěn)定性。