甘谷驛油田T80區(qū)空氣-泡沫與空氣-水協(xié)同驅(qū)替先導(dǎo)試驗(yàn)注入?yún)?shù)研究

李玉 景正正

摘要：甘谷驛油田T80區(qū)塊開發(fā)至今，先后經(jīng)歷自然能量、二次注水、三次空氣泡沫開發(fā)，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。為進(jìn)一步提高該區(qū)塊的采收率，開展空氣-泡沫驅(qū)與空氣-水交替驅(qū)（WAG）先導(dǎo)試驗(yàn)，本文通過數(shù)值模擬等方法進(jìn)行對(duì)本次試驗(yàn)注入?yún)?shù)優(yōu)化研究，進(jìn)而確定出適宜于該區(qū)塊試驗(yàn)的注入流體順序、注入排量、注入壓力、注入水氣比、注入周期等關(guān)鍵參數(shù)，最終形成此次試驗(yàn)合理的配注方案。

關(guān)鍵詞：采收率、空氣泡沫驅(qū)、注采參數(shù)、數(shù)值模擬、低滲油藏

引言

當(dāng)下油田開發(fā)主要依靠自然能量、注水二次開發(fā)、三次采油等，本文以甘谷驛油田T80區(qū)為例，通過開展空氣-泡沫驅(qū)與空氣-水交替驅(qū)（WAG）先導(dǎo)試驗(yàn)，結(jié)合二次、三次開發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同交替驅(qū)替，旨在進(jìn)一步提高油田開發(fā)采收率，本文通過研究，確定出適宜該區(qū)塊的試驗(yàn)注入?yún)?shù)，為進(jìn)一步發(fā)展完善氣水交替和空氣泡沫驅(qū)系列技術(shù)提供可參考注入方案設(shè)計(jì)。

1 地質(zhì)概況

先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)T80井區(qū)位于甘谷驛油田西南部，東西長約4 km，南北寬約3.6 km，總面積14.4 km2，T80井區(qū)主要含油層位為三疊系延長組長6油層組，孔隙度平均7.9%，平均滲透率0.82×10-3μm2，為特低滲儲(chǔ)層?？紫额愋椭饕獮榱ｉg孔和溶蝕孔，同時(shí)局部發(fā)育微裂縫，具有較強(qiáng)的層內(nèi)和層間非均質(zhì)性。

2 開發(fā)歷程

該區(qū)自2001年進(jìn)行采用不規(guī)則反九點(diǎn)法井網(wǎng)同步注水開發(fā)，至2003年大規(guī)模上產(chǎn);2007年9月空氣泡沫驅(qū)開發(fā)[1]，2007年9月至2017年4月先后經(jīng)歷試驗(yàn)期、投運(yùn)期、擴(kuò)建期，從該區(qū)的泡沫驅(qū)油開發(fā)實(shí)踐可得出：注空氣泡沫區(qū)受益油井含水率得到有效控制，含水率穩(wěn)定在30%～35%之間，2017年4月開始，空壓機(jī)出現(xiàn)故障，經(jīng)過廠家數(shù)次維修，仍無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，被迫轉(zhuǎn)為傳統(tǒng)注水。區(qū)域含水率上升到目前的45.6%，單井日產(chǎn)油量降至0.16t/d。

3 空氣-泡沫與空氣-水協(xié)同驅(qū)替先導(dǎo)試驗(yàn)注入?yún)?shù)研究

鑒于開展空氣-泡沫與空氣-水協(xié)同驅(qū)替先導(dǎo)試驗(yàn)，能有效克服了氣驅(qū)容易氣竄的不足，從而進(jìn)一步提高油藏采收率。先導(dǎo)試驗(yàn)以研究試驗(yàn)井組與非試驗(yàn)井組劃分，項(xiàng)目研究試驗(yàn)井組為T80泡沫驅(qū)井區(qū)的相對(duì)高含水的井組，按照配水間劃分，故選取該區(qū)油層分布廣、油層厚度大、平均含水高，高含水井多、油井累積產(chǎn)油量高的叢55配水間和叢51配水間;非試驗(yàn)井組劃分為T80泡沫驅(qū)井區(qū)其它井組，研究試驗(yàn)井組注入?yún)?shù)確定如下：

3.1首次注入流體確定

氣水交替時(shí)，先注氣、注水還是泡沫液，不同的注入時(shí)機(jī)對(duì)油藏氣水交替驅(qū)開發(fā)效果也會(huì)有很大的影響。根據(jù)我們建立的數(shù)值模擬模型，進(jìn)行了注氣時(shí)機(jī)的優(yōu)化，分別對(duì)含水率 0%，30%，60%，80%，90% 五個(gè)轉(zhuǎn)注時(shí)機(jī)進(jìn)行了計(jì)算。模擬時(shí)模型為叢49井組，注入?yún)?shù)的量為0.1PV的段塞，1：1的氣水體積比，保持注采速度等參數(shù)不變，得到了如圖1所示的計(jì)算結(jié)果。

從模擬結(jié)果可以看出，在含水率低于60% 時(shí)進(jìn)行氣水交替的開發(fā)效果差別不大，且越早進(jìn)行需要的氣量越多，注氣成本越高，換油率越低[2]。綜合考慮，在含水率 60%左右進(jìn)行氣水交替驅(qū)既能獲得較高的采收率，又能降低注氣成本。當(dāng)前，叢55配水間和叢51配水間的含水率分布圖（圖1）、注入曲線（圖2、圖3）如下：

可以看出，叢51和叢55配水間的水井注入量不高，且都采用周期注入的方式，此區(qū)域目前均采用注水的方式，地層內(nèi)應(yīng)該含水較多，因此可以采用首先注減氧空氣的方式以提高地層能量，減少并延緩水竄現(xiàn)象。

3.2注入壓力確定

注入壓力會(huì)對(duì)泡沫體系性能和驅(qū)油效果產(chǎn)生一定影響。為了研究注入壓力對(duì)泡沫驅(qū)油效果的影響規(guī)律，設(shè)計(jì)了注入壓力10MPa、15MPa和20MPa三種模擬方案，如表1、圖5所示：

從表1可以看出，注入壓力從10MPa提高到20MPa，泡沫驅(qū)階段采出程度增加幅度極小，表明壓力對(duì)微觀氣泡性能的影響擴(kuò)展到宏觀層面時(shí)差異不明顯。低滲儲(chǔ)層氣相滲透率一般為水相滲透率的數(shù)倍，單純注空氣比注水容易的多。數(shù)值模擬結(jié)果（圖5）也表明，注入壓力由10MPa升高到20MPa，注入氣量也幾乎以倍數(shù)級(jí)增加，但同時(shí)注入水量卻變化不大。因此，改變注入壓力相當(dāng)于間接改變氣液比。

從注入井的注入壓力歷史來看，T80井區(qū)的注入井歷史上最高注入壓力在13MPa作用，低的甚至只有3MPa.我們利用數(shù)值模擬結(jié)果表明：① 定地下注入量時(shí)，當(dāng)限制壓力高時(shí)，累積注入的氣體體積多，驅(qū)替效果好;

② 限制壓力從12MPa增加到20MPa，累產(chǎn)油逐漸增加，但當(dāng)壓力從18MPa增加到20MPa，累產(chǎn)油幾乎不再變化?？梢钥闯?，本區(qū)域的注入井目前注入壓力不高，因此可以進(jìn)行氣水交替注入。并結(jié)合該區(qū)裂縫發(fā)育特征，在該區(qū)注入時(shí)一定不能突破地層的破裂壓力?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，注入壓力不能超過地層破裂壓力的80%，故受制于泡沫驅(qū)設(shè)備性能以及安全性要求，注入壓力提升空間有限。

3.3合理注采比

注采比是評(píng)價(jià)注水開發(fā)油藏開發(fā)效果的一個(gè)重要參數(shù)。由杜建芬等采用氣水交替驅(qū)進(jìn)行巖心實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到在假設(shè)地層為線性滲流的情況下，可以通過建立滲流模型推導(dǎo)得到儲(chǔ)層在氣水交替驅(qū)時(shí)的無因次注入能力公式[4]：

其中ID為無因次注入指數(shù)，該指數(shù)可以看成為三個(gè)無因次量的函數(shù)，這三個(gè)無因次量如下分別是：垂向滲透率/水平滲透率、無因次縱橫比（井距/層厚）、流度。

如圖7所示為氣水交替注入第4周期時(shí)，不同水氣比的無因次注水能力關(guān)系曲線，其中藍(lán)色基準(zhǔn)線是常規(guī)注水時(shí)的無因次注水能力曲線，基準(zhǔn)線下的幾條趨勢(shì)線分別反映的是不同水氣比交替注入方式的無因次注入能力。

這個(gè)認(rèn)識(shí)說明不同水氣比對(duì)注入能力的影響具有非常大的差異，選擇最佳注入?yún)?shù)可以滿足氣水交替驅(qū)礦場(chǎng)應(yīng)用要求。研究表明，要獲得給定的采收率，如水氣比值較高，則需要注入更多倍數(shù)孔隙體積的水，特別是在高粘滯力重力比情況下更是如此。粘滯力重力比為0.177時(shí)，采用3種水氣比（1：1、2：1和4：1）注入方案都可以達(dá)到72%的采收率，而采收率要達(dá)到同樣的值，水氣比為1，2，4的方案所對(duì)應(yīng)的注入孔隙體積倍數(shù)分別為0.7，1.0，1.2，所需的氣量以含烴孔隙體積表示，分別為0.35，0.33，0.24HPV。表明采用高水氣比可以減少所需的氣量，但同時(shí)延長了開采時(shí)間。圖6（b）顯示出高粘滯力重力比為1.766時(shí)，采用水氣比為4的方案在對(duì)應(yīng)注入0.9PV時(shí)就出現(xiàn)氣水切換不成功而停止生成。綜合模擬結(jié)果分析認(rèn)為：對(duì)于低粘滯力重力比的注氣開采方案，選擇水氣比為2最佳[5]。

3.4持續(xù)時(shí)間確定

a.長期注水情況下注氣時(shí)間可以較長，后續(xù)持續(xù)時(shí)間可以遞減;

本部分主要考慮的是氣體段塞和注水段塞的長度配置關(guān)系。調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前礦場(chǎng)應(yīng)用最為普遍的氣水比為1∶1。實(shí)踐和研究表明，氣水交替注入采收率還是段塞尺寸的正函數(shù)，有實(shí)驗(yàn)表明0.6PV的段塞尺寸可達(dá)到最大采收率，而0.2～0.4PV段塞尺寸經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。但是大溶劑段塞相較小段塞而言提高采收率程度不大，所以通常認(rèn)為0.15HCPV為最優(yōu)的段塞尺寸。在長期注水之后可以考慮將氣體的注入段塞稍大一些，等后續(xù)進(jìn)入多輪次周期之后，再將氣體段塞減少，從而得到成本效益比更優(yōu)的注入效果。

b.正常情況下，對(duì)于特低滲、超低滲油藏半周期2-6個(gè)月。

注入半周期需要考慮的因素如下：①防止氣竄、水竄的要求;②地層維持壓力的要求;③設(shè)備工況的要求。

從防止氣竄、水竄的要求來看氣體和水注入的越多，最地層內(nèi)形成的各種賈敏效應(yīng)越明顯，從而獲得的波及范圍越廣;從地層維持壓力要求看，在不發(fā)生水流優(yōu)勢(shì)通道的情況下，注水時(shí)能夠提供的地層壓力更明顯，因此似乎注水越多越好。但實(shí)際注入時(shí)這種優(yōu)勢(shì)通道的形成是不可避免的，因此單純的注水并不能獲得好的效果。結(jié)合實(shí)際建議將半周期在2個(gè)月左右為宜。

3.5注入排量及其注入方案確定

注入原則

①目前地層壓力按1.3Mpa;

②前期注氣量范圍200-500（地層壓力2.0-3.0 MPa）;

③目前推薦注氣量范圍200-500（地層壓力1.3 MPa）

a.第一周期上半周期注入?yún)?shù)設(shè)計(jì)

注入流體：注氣

①初期注氣量200m3/d

試注：叢51配水間和叢55配水間的注入井在初期按照200m3/d注入;時(shí)間大約為10～15天。

②穩(wěn)定注氣量400 m3/d

由于T80目前能量衰竭嚴(yán)重，如果前期注氣量比較穩(wěn)定且未出現(xiàn)注入壓力急劇增加的情況，可以將注氣量提高到400 m3/d。

從表1中可以知道，該注氣量未超過本區(qū)注氣歷程中穩(wěn)定注入量的1.5倍，具有一定的可靠性。

③差異化注氣量200-500 m3/d

當(dāng)穩(wěn)定注氣一段時(shí)間之后，對(duì)出現(xiàn)注入壓力增加的井，可適當(dāng)減少注氣量至200 m3/d;對(duì)注入壓力增加不大，且區(qū)域內(nèi)油井開始見效的井，注氣量增加至500 m3/d。這個(gè)時(shí)間可以在穩(wěn)定注氣2～3個(gè)月左右進(jìn)行評(píng)估是否實(shí)施差異化注氣。

根據(jù)前面所提注入?yún)?shù)的原則，注氣的時(shí)間可以在2～6個(gè)月。在此過程中，一旦出現(xiàn)見氣，可隨時(shí)轉(zhuǎn)入注泡沫液，以在地層形成氣泡封堵氣體滲流的通道。

b.第一周期下半周期注入?yún)?shù)設(shè)計(jì)

（1）注入流體：泡沫液。

（2）注入排量

①由于目前的注入量較低，注入壓力也比較低，因此在氣體注入4個(gè)月之后可以注入泡沫液，注入的量可以為7m3/d。

②基于不同注入能力的井，可以差異性選擇注入排量。

（3）持續(xù)時(shí)間

每口井注入的時(shí)間為2個(gè)月，可以根據(jù)生產(chǎn)井產(chǎn)量變化與含氣率變化調(diào)整持續(xù)時(shí)間。

基于前幾周期注采參數(shù)特征再確定后續(xù)周期參數(shù)。

4 結(jié)論

（1）此區(qū)域目前均采用注水的方式，地層內(nèi)應(yīng)該含水較多，因此可以采用首先注減氧空氣的方式以提高地層能量，減少并延緩水竄現(xiàn)象。

（2）在該區(qū)注入時(shí)一定不能突破地層的破裂壓力，否則會(huì)出現(xiàn)地層注水注氣竄層情況，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，注入壓力不能超過地層破裂壓力的80%，使得整個(gè)注入流程的壓力都在安全范圍內(nèi)。

（3）根據(jù)綜合模擬結(jié)果分析認(rèn)為：對(duì)于低粘滯力重力比的注氣開采方案，選擇水氣比為2最佳。

（4）在長期注水之后可以考慮將氣體的注入段塞稍大一些，等后續(xù)進(jìn)入多輪次周期之后，再將氣體段塞減少，從而得到成本效益比更優(yōu)的注入效果;正常情況下，對(duì)于特低滲、超低滲油藏半周期2-6個(gè)月。

（5）目前地層壓力按1.3Mpa;前期注氣量范圍200-500（地層壓力2.0-3.0 MPa）;目前推薦注氣量范圍200-500（地層壓力1.3 MPa）

參考文獻(xiàn)：

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[3]李繼光.甘谷驛油田唐80井區(qū)空氣泡沬驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)研究[D].西安石油大學(xué)，2015.

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作者簡介：李玉，男，1985-，漢，陜西延安人，本科，工程師，石油勘探開發(fā)。