孤島油田稠油油層熱化學蒸汽驅的數值模擬*

中國石化勝利油田分公司地質科學研究院

孤島油田稠油油層熱化學蒸汽驅的數值模擬*

孟薇中國石化勝利油田分公司地質科學研究院

孤島油田中二北Ng5油層為具有邊底水的普通稠油油藏，儲量650萬噸。1990年開始注蒸汽吞吐開發，目前已累積采油180.08萬噸，采出程度27.8%。由于該區塊處于吞吐生產后期（含水高），油層壓力下降慢，因此考慮采用熱化學添加劑輔助蒸汽驅的辦法來提高蒸汽驅采收率。從分析熱化學驅提高采收率機理入手，通過數值模擬方法對泡沫阻力因子、驅油劑界面張力的敏感性進行研究，對該區塊的開發方式進行了優化。通過試驗井組得出，蒸汽驅效果比熱水驅好，蒸汽+泡沫劑驅方式采出程度提高最多，效果最好，最終采收率達55.0%，

熱化學蒸汽驅；稠油；數值模擬；敏感性

1 稠油蒸汽驅面臨的問題

孤島油田中二北Ng5油層為具有邊底水的普通稠油油藏，儲量650萬噸。1990年開始注蒸汽吞吐開發，目前已累積采油180.08萬噸，采出程度27.8%。中二北Ng5油藏埋深較深，注蒸汽開采過程中井筒熱損失大，影響熱采開發效果；在Ng54含油小層北部具有邊底水，造成吞吐生產后期含水高，油層壓力下降慢[1]；高壓蒸汽驅蒸汽帶小、熱水帶大，熱利用率低；由于油藏非均質性強，單純的蒸汽驅易造成汽竄，減小蒸汽波及體積，油藏的非均質性和油水密度差等因素都會引起蒸汽的竄流。因此考慮采用熱化學添加劑輔助蒸汽驅的辦法來提高蒸汽驅采收率。

2 熱化學蒸汽驅機理

2.1 N2泡沫蒸汽驅提高蒸汽波及體積

（1）泡沫注入非均質油藏首先進入高滲層段，由于氣阻效應具有疊加性，高滲層的流動阻力逐漸提高。隨著注入壓力的增加，泡沫可以依次進入滲透性較小、流動阻力較大、原先不能進入的低滲層，從而大幅度提高波及系數。在熱采模型中，使用泡沫處理方法降低氣相流度，改善驅油效率以及平面和縱向的波及體積[2]。通過流度的降低對應氣相相對滲透率也降低，這種模擬方法實現對泡沫影響的模擬。

（2）當剩余油飽和度低于25%泡沫體系就可以形成良好的封堵性能；高于25%不能形成有效封堵。選擇性封堵有利于降低蒸汽在高含水帶的竄流[3]。在模型中選取與泡沫相應的臨界含油飽和度25%來實現泡沫的選擇性堵水。

（3）泡沫劑在含油飽和度高的油層部位，易溶于油，不起泡，不堵塞孔隙通道。而且它是一種表面活性劑，能降低油水界面張力，從而降低殘余油飽和度，提高驅油效率。

（4）泡沫的黏度取決于驅替介質的黏度和泡沫特征值。當泡沫特征值超過0.6時，泡沫的黏度急劇增加；當泡沫特征值大于0.95時，泡沫黏度大于29.4mPa·s，是水的58.8倍，可大大增加波及體積。

2.2 驅油劑降低油水界面張力

驅油劑HG濃度為0.5%時界面張力可達10-3數量級[4]。根據不同溫度、不同濃度下驅油劑的界面張力關系，以及不同的界面張力對殘余油飽和度產生不同的影響，在模型中采用相對滲透率的插值方法來表示驅油劑對相對滲透率的影響。

2.3 泡沫劑、驅油劑的吸附量

隨泡沫劑、驅油劑的濃度增大，吸附量呈上升趨勢，并且在濃度相同條件下，泡沫劑的吸附量稍低于驅油劑[5]。

3 數值模擬技術應用

選取的中二北Ng5熱化學蒸汽驅模擬區長1600m，寬1695m，平面網格步長15m，構建模型網格規模為87980個網格節點。從分析熱化學驅提高采收率機理入手，通過數值模擬方法對泡沫阻力因子、驅油劑界面張力的敏感性進行研究，對該區塊的開發方式進行了優化。

3.1 泡沫阻力因子的敏感性

泡沫阻力因子直接影響蒸汽的波及系數，設計阻力因子分別為1、10、25、40、100等5個方案，其中阻力因子為1相當于沒有泡沫，即只是蒸汽驅效果。隨泡沫的阻力因子增大，日產油量增大，采出程度提高。圖1給出了不同阻力因子下采出程度曲線，隨泡沫的阻力因子增大，采出程度呈升高趨勢。但當阻力因子大于25后，采出程度增幅開始減緩。

圖1 不同阻力因子下采出程度曲線

3.2 驅油劑界面張力的敏感性

高溫驅油劑直接影響注入流體的洗油能力，其性能主要通過驅油劑的界面張力來展示，為此設計驅油劑的界面張力分別為9.8、0.1、0.01、0.001mN/m等4個方案，其中界面張力為9.8mN/m相當于沒有驅油劑，即只是蒸汽驅效果。隨驅油劑的界面張力減小，日產油量增大，采出程度提高。在驅油劑驅前期，日產油量有明顯增加，而到后期日產油量與蒸汽驅接近，如圖2所示。

圖2 不同界面張力下日產油曲線

與蒸汽驅方案相比，驅油劑的界面張力如果降低到10-3數量級，采出程度可增加4.13%；蒸汽+驅油劑方案的蒸汽波及體積均有所增大；并且在驅油劑驅前期汽驅油汽比明顯升高，開發效果變好。

3.3 開發方式優化

針對試驗井組，開展熱水驅、熱水+驅油劑驅、蒸汽驅、蒸汽+驅油劑驅、蒸汽+泡沫劑驅5種開發方式研究。熱水驅的采收率只有38.6%，添加驅油劑后可提高采收率3.48%；蒸汽驅的采收率為47.9%，添加驅油劑后可提高采收率4.13%，而添加泡沫劑后可提高采收率7.12%。因此蒸汽驅效果比熱水驅好，蒸汽+泡沫劑驅方式采出程度提高最多，效果最好，最終采收率達55.0%，如表1所示。如果采用蒸汽+驅油劑+泡沫劑驅開發方式，將會得到更高的采收率，這有待實驗室物理模擬試驗及油藏數值模擬的進一步論證。

表1 不同開發方式下優化指標

4 結論

（1）隨阻力因子增大，油藏內的蒸汽腔呈增大趨勢，導致蒸汽波及體積增大，日產油量增大，汽驅油汽比升高，開發效果變好。

（2）隨驅油劑的界面張力減小，日產油量增大，采出程度提高，尤其在驅油劑驅前期汽驅油汽比明顯升高，開發效果變好。

（3）蒸汽驅效果比熱水驅好，單純添加驅油劑在蒸汽驅和熱水驅中提高采出程度效果有限，蒸汽+泡沫劑驅方式采出程度提高最多，效果最好。

[1]劉繼偉，王劉琦，肖世鑫，等．稠油區塊氮氣泡沫輔助蒸汽驅技術[J]．油氣田地面工程，2013，32（12）：6-7.

[2]張銳．稠油熱采技術[M]．北京：石油工業出版社，1999.

[3]朱維耀，鞠巖．強化采油油藏數值模擬基本方法[M]．北京：石油工業出版社，2002.

[4]樊西驚．原油對泡沫穩定性的影響[J]．油田化學，1997，14（4）：384-388.

[5]錢昱，張思富，吳軍政．泡沫復合驅泡沫穩定性及影響因素研究[J]．大慶石油地質與開發，2001，20（2）：33-35．

（欄目主持 李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.006

國家重大專項課題“高溫高鹽油田化學驅提高采收率技術”（2011ZX05011—004）。