影響泡沫蒸汽驅開發效果關鍵因素分析
——以勝利孤島油田中二北Ng5區塊為例

魏超平

( 中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

影響泡沫蒸汽驅開發效果關鍵因素分析

——以勝利孤島油田中二北Ng5區塊為例

魏超平

( 中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

摘要：利用數值模擬軟件、采用正交試驗的方法，對影響泡沫蒸汽驅的關鍵因素進行分析。研究結果表明，泡沫蒸汽驅中四個關鍵因素對開發效果的影響大小依次為：臨界含油飽和度、泡沫劑濃度、氣液比、阻力系數，臨界含油飽和度是泡沫蒸汽驅成敗的關鍵，設計時應該通過篩選泡沫劑的性能或者優化注采時機使油藏形成真正的泡沫驅。應用這一研究成果，對勝利孤島油田中二北Ng5化學蒸汽驅先導方案設計進行指導，試驗區應在目前基礎上先進行一年蒸汽驅后再轉化學蒸汽驅。

關鍵詞：孤島油田；中二北Ng5；稠油開發;泡沫蒸汽驅;數值模擬

對于稠油油藏，最常用的開發方式是蒸汽吞吐和蒸汽驅。其中蒸汽驅因能有效動用井間剩余油，大幅提高采收率，目前已得到廣泛運用。但是蒸汽驅過程中由于受蒸汽超覆和油層非均質性等因素的影響，蒸汽主要沿上部和高滲層流動，導致蒸汽驅波及系數降低，生產上表現為含水上升快、采出程度不高。

為提高蒸汽驅開發效果，國內外進行了大量的泡沫蒸汽驅室內和現場試驗[1-13]，勝利油田也在孤島油田中二北Ng5開展了化學蒸汽驅重大先導和研究。查閱大量的文獻后發現[8-15]，目前對泡沫蒸汽驅優化主要采用的是單因素分析法，即分析每一個因素對泡沫蒸汽驅開發效果的影響，通過目前的優化方法，僅能知道各個因素的最佳取值范圍，但是無法確定哪個因素對開發效果的影響更大。本文利用數值模擬軟件、使用正交試驗的方法，對影響泡沫蒸汽驅開發效果的因素進行分析，并用分析結果指導孤島油田中二北Ng5化學蒸汽驅的設計。

1泡沫蒸汽驅分析

對于泡沫蒸汽驅提高采收率的機理，國內外已經進行了大量的室內實驗[1-8，11，14]，歸結起來主要是：通過泡沫的選擇封堵作用提高波及系數，同時降低殘余油飽和度提高洗油效率。由于泡沫具有“遇水起泡、遇油消泡”的特性，即儲層注入一定量的泡沫劑后，當其含油飽和度小于某一臨界含油飽和度時，泡沫生成，形成泡沫堵塞，迫使更多的驅替液進入剩余油較高、無法形成泡沫的區域，提高波及系數。同時起泡劑也是一種活性很強的表面活性劑，能大幅降低油水界面張力，改善巖石表面潤濕性，使原來束縛狀態的原油通過油水乳化和液膜置換等方式成為可動油，提高洗油效率。

影響泡沫蒸汽驅開發效果的因素分為兩類[1-15]：①泡沫性能，如起泡的臨界含油飽和度、阻力系數、發泡體積等；②注采參數，如氣液比、注入泡沫劑濃度、采注比等。眾多室內研究表明，影響泡沫劑驅替效果的主要因素有臨界含油飽和度、阻力系數、泡沫劑注入濃度和氣液比。臨界含油飽和度及氣液比控制著泡沫是否生成，阻力系數表征泡沫的封堵強度，泡沫劑注入濃度決定泡沫的強度。

2泡沫蒸汽驅數值模型建立

本文中泡沫蒸汽驅數值模擬研究采用目前稠油熱采主流數值模擬軟件CMG公司的STAR模塊完成。軟件主要是通過對沒有泡沫和有泡沫時的兩條相滲插值來實現對泡沫驅的模擬，設置一個插值因子FM，根據含油飽和度、阻力系數、泡沫劑濃度等參數計算插值因子的大小，最終通過對兩條相滲的插值結果反映泡沫的封堵情況(具體見CMG使用說明書)。

根據孤島油田中二北Ng5地質特點建立數值模擬模型。模型采用反九點井網，平面網格為21×21=441，縱向上根據本塊儲層河流相正韻律沉積的特點，分為低滲、中滲和高滲三個層，滲透率級差為5，油藏初始溫度65 ℃，含油飽和度0.68，地層原油黏度541mPa.s，原始地層壓力13MPa。模型按照先吞吐降壓后轉蒸汽驅的模式開采，當汽驅到含水為90%時轉泡沫蒸汽驅。

3泡沫蒸汽驅關鍵因素分析

根據室內實驗，對臨界含油飽和度、阻力系數、泡沫劑注入濃度和氣液比4個關鍵因素進行分析，使用CMG軟件、采用正交試驗分析的方法進行分析[16-19]，每個因素取3個水平(表1)，以泡沫蒸汽驅比蒸汽驅提高采收率的幅度作為試驗指標。本次分析的目的為，通過正交試驗方法，找到影響泡沫蒸汽驅的最關鍵因素，指導實際油藏泡沫蒸汽驅開發中泡沫劑的選擇和現場注采參數的優化。

表1　泡沫驅敏感性正交試驗分析因素水平設置

依據本次試驗因素和水平設置選取最近正交表格L9(34)，共9組試驗。由于本次試驗的水平因數不多，故可采用直觀分析法(極差分析法)，這種分析方法計算簡便，直觀，簡單易懂。試驗計算結果及分析見表2。

表2　吞吐機理正交試驗設計及計算結果

通過正交試驗結果，可以得出以下2個結論：

(1)四個因素對泡沫蒸汽驅開發效果影響大小依次為：臨界含油飽和度、泡沫劑濃度、氣液比、阻力系數。

(2)臨界含油飽和度對泡沫蒸汽驅影響非常大，明顯高于其它影響因素。

4礦場實踐

從正交試驗分析的結果來看，影響泡沫蒸汽驅最主要的參數是臨界含油飽和度，并且影響非常大，直接決定著泡沫驅成敗的關鍵。因為泡沫劑具有"遇油消泡"的特點，所以當需要封堵的高滲帶內含油飽和度大于泡沫劑的起泡臨界含油飽和度時，油層中將不會生成泡沫，實際油層中將是氮氣(或者其它起泡氣體)+水蒸汽的驅替效果，而不是真正的泡沫蒸汽驅。

針對高滲帶內含油飽和度高，無法形成泡沫的問題，可以采取兩種措施來解決：提高泡沫劑起泡的臨界含油飽和度；對注入時機進行準確的優化，先降低高滲帶內含油飽和度。在孤島中二北Ng5化學蒸汽蒸汽驅先導試驗中，高溫泡沫劑臨界含油飽和度為0.25左右，在吞吐末期高滲帶含油飽和度為0.30左右。通過上面分析，如果直接轉化學蒸汽驅，油藏中難以形成泡沫，前期注入的泡沫劑發揮作用較小，經濟效益差。通過建立全區數值模擬模型，對注采時機進行優化，當試驗區蒸汽驅一年后，高滲條帶含油飽和度進一步降低，低于臨界飽和度，這時轉化學蒸汽驅，地層中能形成泡沫，實現對高滲帶的有效封堵。

5結論

(1)泡沫蒸汽驅中四個關鍵因素對開發效果的影響大小依次為：臨界含油飽和度、泡沫劑濃度、氣液比、阻力系數。

(2)臨界含油飽和度是泡沫蒸汽驅成敗的關鍵，可以通過篩選泡沫劑的性能或者優化注采時機使油藏形成真正的泡沫驅。

(3)中二北Ng5化學蒸汽驅試驗區應在轉蒸汽驅一年后再進行化學蒸汽驅。

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編輯：李金華

文章編號：1673-8217(2016)02-0124-03

收稿日期：2015-10-09

作者簡介：魏超平，工程師，1982年生，2008年畢業于俄羅斯國立古伯金石油天然氣大學油氣田開發專業，現從事稠油熱采開發研究工作。

基金項目:中國石化重大先導項目“孤島中二北Ng5高含水期化學蒸汽驅先導試驗項目”(YKS1002)。

中圖分類號：TE345

文獻標識碼：A