鄂爾多斯盆地致密油藏氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采潛力研究

王迪東，歐陽(yáng)華勁，欒貝貝，焦衛(wèi)華，馮 杰

(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司 開(kāi)發(fā)部，陜西 延安 716000； 2.延長(zhǎng)油田股份有限公司 定邊采油廠，陜西 榆林 718600)

鄂爾多斯盆地儲(chǔ)層致密，有效厚度低，單層分布廣。油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，單井產(chǎn)量低，含水量高，無(wú)法快速、有效地補(bǔ)充能量，在開(kāi)采時(shí)難度較大。氮?dú)馐遣豢蓧嚎s的氣體，盡管其溶解度較低，但能在地層中形成微泡，在注入后油氣水形成乳狀液，降低原油黏度，提高驅(qū)油效率。同時(shí)，加入表面活性劑可降低油水界面張力，進(jìn)一步提高驅(qū)油效率，向水驅(qū)中加入氮后，氮?dú)鈨?yōu)先占據(jù)多孔介質(zhì)中的油道，使原來(lái)受束縛的原油變?yōu)榭蓜?dòng)油，從而降低了剩余油飽和度。氮?dú)馀菽€具有堵漏調(diào)剖功能，可提高波及效率，剩余油飽和度較高、巖心孔隙中較易發(fā)生穩(wěn)定的泡沫流。泡沫塑料的形成增大了滲透阻力，導(dǎo)致注入壓力增大、注入生產(chǎn)壓力增大，迫使注入流體進(jìn)入物性差、排量低的儲(chǔ)層。相對(duì)于CO2和天然氣，氮?dú)鉄o(wú)腐蝕、資源豐富、適應(yīng)性強(qiáng)。泡沫劑作為提高油藏采收率的流度控制劑，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的室內(nèi)和室外試驗(yàn)，并對(duì)油藏巖石中的吸附劑類(lèi)型、起泡性質(zhì)、熱穩(wěn)定性和降解性等進(jìn)行了研究。由于化學(xué)藥劑成本的降低和制氮機(jī)設(shè)備的改進(jìn)，泡沫劑在石油工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛，但泡沫驅(qū)在稠油油藏蒸汽吞吐后期的應(yīng)用還不多見(jiàn)，還不能為相關(guān)領(lǐng)域提供一定的幫助。為此，對(duì)氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采方法開(kāi)采潛力研究，以期為實(shí)際開(kāi)采提供幫助。

1 開(kāi)采機(jī)理

1.1 泡沫劑最大吸附量計(jì)算

泡沫劑為表面活性劑[1]，泡沫劑和泡沫的主要物性包含巖石表面吸附性和泡沫阻力因子大小[2]，將泡沫劑在巖石表面最大吸附量計(jì)算公式表示為：

Zy=a+b/T

(1)

式中，Zy為氮?dú)馀菽淖畲笪搅?；a、b分別為常數(shù)；T為溫度。

將起泡劑的熱降解參數(shù)[3]表示為：

(2)

式中，kth為熱降解速度常數(shù)，φ為活化能參數(shù)，Sn為起泡劑質(zhì)量百分比濃度參數(shù)，ρu為參考溫度參數(shù)，Cs為氣泡生成速度常數(shù)，M為氣相真實(shí)速度參數(shù)。

基于上述計(jì)算能夠測(cè)定泡沫發(fā)泡體積，以對(duì)含油飽和度生成聚并的影響進(jìn)行分析。

1.2 化學(xué)劑注入濃度確定

化學(xué)劑濃度在開(kāi)采中也是非常重要的，化學(xué)劑在油層中能否發(fā)揮所期望的作用取決于化學(xué)劑的濃度[4]，直接影響到生產(chǎn)效果。在連續(xù)注入化學(xué)劑時(shí)[5]，優(yōu)選化學(xué)劑的濃度值，在分析對(duì)比時(shí)，將凈產(chǎn)油概念[6]應(yīng)用到其中，將計(jì)算公式表示為：

Q=x-(q*i+s*w)

(3)

式中，x為累積產(chǎn)油量；q為化學(xué)劑的用量；i為化學(xué)劑的價(jià)格；s為氮?dú)饬?；w為氮?dú)獾膬r(jià)格。

不同化學(xué)劑濃度下累積產(chǎn)油[7]與凈產(chǎn)油的變化曲線如圖1所示?；趫D1可知，在化學(xué)劑濃度增加后，累計(jì)產(chǎn)油量也隨之增加，但是化學(xué)劑注入量[8]的增加，凈產(chǎn)油會(huì)逐漸減少，為此化學(xué)劑濃度最優(yōu)值選擇為0.5%。

圖1 化學(xué)劑濃度與產(chǎn)油量關(guān)系曲線Fig.1 Relationship curve between chemicalconcentration and oil production

1.3 化學(xué)劑注入方式選擇

氮?dú)馀菽姆舛伦饔貌皇怯谰眯缘?，為此需要不斷補(bǔ)充起泡劑。采用段塞注入方式[9]，以節(jié)省化學(xué)劑用量、降低開(kāi)采成本，考慮形成泡沫的穩(wěn)定性，采用小段塞方式添加化學(xué)劑[10]。

2 氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采參數(shù)設(shè)置

2.1 注入氣液比

在實(shí)際吞吐開(kāi)發(fā)時(shí)，氮?dú)馀菽臍庖罕确浅Ｖ匾?，為選擇最佳氣液比[11]，設(shè)置1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1的氣液比，進(jìn)行吞吐，吞吐一個(gè)周期。每個(gè)周期內(nèi)采用的注、燜、采的時(shí)間都相同，其中氮?dú)馀菽⑸錇?5 d，燜井為5 d，開(kāi)發(fā)90 d，在吞吐結(jié)束后，對(duì)比不同氣液比的結(jié)果，吞吐過(guò)程中不同氣液比對(duì)累計(jì)產(chǎn)油量的影響結(jié)果如圖2所示：

圖2 不同氣液比對(duì)累積產(chǎn)油量的影響Fig.2 Effect of different gas-liquid ratioon cumulative oil production

基于上述模擬結(jié)果可知，在氣液比為4∶1時(shí)，累積產(chǎn)油量是幾個(gè)氣液比中產(chǎn)油量最大的，為此將氮?dú)馀菽瓪庖罕仍O(shè)置為4∶1。

2.2 注氮?dú)馀菽瓡r(shí)間

為確定最優(yōu)的注氮?dú)馀菽瓡r(shí)間[12]，在一個(gè)吞吐周期內(nèi)保持滿井時(shí)間、起泡劑濃度等參數(shù)不變。對(duì)氮?dú)馀菽瓡r(shí)間改變，分別設(shè)置為5、10、15、20、25、30 d，在吞吐結(jié)束后，不同注氮?dú)馀菽瓡r(shí)間下的累計(jì)產(chǎn)油量對(duì)比如圖3所示。

圖3 不同注氮?dú)馀菽瓡r(shí)間對(duì)累計(jì)產(chǎn)油量的影響Fig.3 Effect of different nitrogen injection time on cumulative oil production

基于上述結(jié)果可知，在注氮?dú)馀菽∮?5 d時(shí)，隨著注入泡沫時(shí)間的增加，累積產(chǎn)油量變化幅度較小。原因是注入時(shí)間長(zhǎng)的情況下，注入的泡沫量也越多，從而增加地層中的含水量，對(duì)產(chǎn)油量產(chǎn)生影響。但是當(dāng)注入的氮?dú)馀菽^(guò)15 d后，累積的產(chǎn)油量也有所下降，原因可能是，泡沫量注入過(guò)多，地層還具有吸附作用，殘留的泡沫對(duì)地層裂縫以及孔隙產(chǎn)生了封堵作用，降低了地下流體的流動(dòng)能力，從而對(duì)產(chǎn)油速率造成了影響。

基于上述分析，將注入氮?dú)馀菽臅r(shí)間確定為15 d。

2.3 燜井時(shí)間

在此部分確定燜井時(shí)間[13]，分別設(shè)置為5、10、15、20、25、30 d，在吞吐結(jié)束后，分析不同燜井時(shí)間對(duì)產(chǎn)油量的影響，如圖4所示。

圖4 不同燜井時(shí)間下對(duì)產(chǎn)油量的影響Fig.4 Effect of different soaking time on oil production

分析燜井時(shí)間對(duì)產(chǎn)油量的影響可知，燜井時(shí)間為5 d時(shí)，產(chǎn)油量最高?？紤]到經(jīng)濟(jì)效益，將燜井時(shí)間設(shè)置為5 d。

2.4 吞吐輪次

在吞吐輪次確定上，保證氣液比為1∶1，每個(gè)輪次的注、采、燜的時(shí)間都相同[14]，在吞吐結(jié)束后，不同吞吐輪次的累積產(chǎn)油量對(duì)比結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，前2個(gè)吞吐輪次為10次時(shí)，累積增油量出現(xiàn)上升，吞吐輪次超過(guò)10次后，累積增油量再次出現(xiàn)遞減趨勢(shì)，故10輪次左右為宜。

圖5 不同吞吐輪次的累積產(chǎn)油量變化Fig.5 Change of cumulative oil production indifferent huff and puff rounds

2.5 起泡劑濃度

起泡劑濃度也會(huì)對(duì)原油增產(chǎn)造成一定的影響，為了使氮?dú)馀菽掏路椒ň哂懈叩拈_(kāi)采潛力，對(duì)起泡劑濃度選擇[15]。分別在0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的濃度下模擬，吞吐一個(gè)周期，不同起泡劑濃度下累積產(chǎn)油量變化結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同起泡劑濃度下的累積產(chǎn)油量變化情況Fig.6 Changes of cumulative oil production under different foaming agent concentrations

基于上述結(jié)果可知，當(dāng)起泡劑濃度超過(guò)0.3%時(shí)，累積產(chǎn)油量增幅變小，出于成本問(wèn)題的考慮，將起泡劑濃度選擇為0.3%。通過(guò)上述分析，設(shè)置如下參數(shù)。氣液比4∶1；注氮?dú)馀菽瓡r(shí)間15；燜井時(shí)間為5；吞吐輪次10；產(chǎn)液速率60 m3/d；起泡劑濃度0.3%?；谏鲜鰠?shù)完成氮?dú)馀菽_(kāi)采參數(shù)的確定，為驗(yàn)證其開(kāi)采潛力，后續(xù)將作進(jìn)一步的分析。

3 實(shí)驗(yàn)概況

基于上述過(guò)程對(duì)氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置[16-20]，為驗(yàn)證該方法的開(kāi)采潛力，將該開(kāi)采方法與蒸汽方法對(duì)比。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖如圖7所示。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用Fig.7 Field application diagram

3.1 雙管巖心模擬實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證氮?dú)馀菽谥旅苡筒刂械恼{(diào)剖能力，在高溫巖心試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕线M(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。其中一組試驗(yàn)注入蒸汽，另一組注入上述研究后的氮?dú)馀菽w系，對(duì)比結(jié)果如圖8所示。

圖8 采油率對(duì)比Fig.8 Comparison of oil recovery rate

上述為氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采方法與注入蒸汽方法的對(duì)比結(jié)果，分析2個(gè)方法的采油率可知，通過(guò)氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采方法開(kāi)采后的采油率明顯高于注入蒸汽方法開(kāi)采后的采油率。2種開(kāi)采方法的驅(qū)油效率對(duì)比結(jié)果如圖9所示。

圖9 驅(qū)油效率對(duì)比Fig.9 Comparison of oil displacement efficiency

由圖9可知，注入蒸汽的開(kāi)采方式的驅(qū)油效率明顯低于氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采方法的驅(qū)油效率。

2種開(kāi)采方法開(kāi)采后的含油飽和度對(duì)比結(jié)果如圖10所示。

圖10 含油飽和度對(duì)比Fig.10 Oil saturation comparison

基于上述結(jié)果可知，氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采方法開(kāi)采后的含油飽和度高。氮?dú)馀菽{(diào)剖效果好，不僅改善了高滲透率巖心的驅(qū)替效果，還提高了驅(qū)油效率與含油飽和度。

3.2 礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，選擇周期產(chǎn)油量下降幅度大、含水率低于95%的油井，分別對(duì)比采用注入蒸汽方式和氮?dú)馀菽绞较略鲇土?，?duì)比結(jié)果如圖11所示。

圖11 增油量對(duì)比Fig.11 Comparison of oil increase

基于圖11可知，氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采潛力較強(qiáng)，較注入蒸汽方式開(kāi)采下的增油量多。

3.3 地層壓力變化曲線對(duì)比

兩種開(kāi)采方法開(kāi)采中底層壓力變化曲線對(duì)比結(jié)果如圖12所示?；趫D12可知，氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采方法開(kāi)采時(shí)地層平均壓力有所下降，但是較注入蒸汽下降慢。原因是在氮?dú)馀菽⑷牒?，其中的表面活性劑能夠降低油水界面的張力，使底層油更容易開(kāi)采出來(lái)。同時(shí)，由于實(shí)際地下裂縫情況更為復(fù)雜，氣竄問(wèn)題更加嚴(yán)重，為此在實(shí)際的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，氮?dú)馀菽^注入蒸汽更具有優(yōu)勢(shì)。而注入蒸汽后，底層壓力變化較大，下降趨勢(shì)明顯，開(kāi)采效果較氮?dú)馀菽_(kāi)采效果差。

圖12 地層壓力變化曲線對(duì)比Fig.12 Comparison of formation pressure variation curves

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，完成鄂爾多斯盆地致密油藏氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采潛力的研究，基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采方法具有較好的開(kāi)采潛力，驗(yàn)證了該方法的有效性。

(1)預(yù)先對(duì)氮?dú)馀菽_(kāi)采機(jī)理進(jìn)行了計(jì)算與分析。

(2)通過(guò)多個(gè)指標(biāo)的計(jì)算，確定了最優(yōu)的氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采指標(biāo)，優(yōu)化注采參數(shù)，進(jìn)行氮?dú)馀菽霎a(chǎn)數(shù)值模擬，研究氮?dú)馀菽掏聺摿ΓM(jìn)一步提高了氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采效果。

(3)在油藏開(kāi)發(fā)中會(huì)受到較多因素的影響，不同地區(qū)會(huì)有不同的影響因素，為此在后續(xù)研究中將研究多種條件下氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采方法的開(kāi)采效果，分析不同條件影響下氮?dú)馀菽掏麻_(kāi)采的開(kāi)采效果，從而為相關(guān)領(lǐng)域提供一定的幫助。