影響低滲透油藏空氣泡沫驅的多參數綜合評價

周志軍 周福

摘 要：根據敖南油田M區塊的開發特征，對比分析了各種改善低滲透油藏開發效果的提高采收率方法優缺點，開展了M區塊高含水期的空氣泡沫驅技術研究。針對現場應用參數存在一定的不確定性，缺乏參數定量值等問題，本文運用數值模擬軟件對對比方案進行預測，首次以增油量和投入產出比作為評價指標，對敖南油田M區塊空氣泡沫驅注入參數進行優化評價。研究結果表明，對于敖南油田，注空氣效果影響因素的重要性大小依次為氣液比>起泡劑濃度>注氣速度≈起泡劑注入量。注入參數最優方案為氣液比為3：1；起泡劑濃度為0.3%；注氣速度為40 m3/d；起泡劑注入量為0.5 PV。對敖南油田空氣泡沫驅提高采收率開發方案的制訂及優化具有重要指導意義。

關 鍵 詞：空氣泡沫驅；低溫氧化；優化評價；數值模擬；投入產出比

中圖分類號：TE 357 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）04-0756-03

Abstract： According to development characteristics of low permeability reservoir in M block of Aonan oil field， advantages and disadvantages of various enhanced oil recovery methods for low permeability reservoirs were analyzed. Then the technology of air foam profile control in M block with high water cut was researched. The numerical simulation method was used to forecast different schemes； increasing oil content and input-output ratio were used as evaluation indexes to optimize the injection parameters affecting the effect of profile control. The research results show that， in Aonan oilfield， the importance of influencing factors of air injection effect in turn is gas liquid ratio >foaming agent concentration> gas injection rate≈amount of foaming agent. The optimal gas liquid ratio is 3：1， the bubble concentration is 0.3%， the gas injection rate is 40 m3/d， the foaming agent injection rate is 0.5 PV.

Key words： Air foam profile control； Oxidation at low temperature； Optimizing injection parameters； Numerical simulation； Input-output ratio

敖南油田M區塊具有“中孔、低滲、低產”等特點，地層吸水能力差，水井注水壓力高，水驅方向較難控制，容易形成低效循環。單獨注氣開發容易氣竄，開發效果較差。聚合物驅具有波及面積大，洗油效率高等特點，但聚合物分子量大的特性限制了其在低滲油藏中的應用[1-3]。空氣泡沫驅技術具有氣驅和聚合物驅兩種技術的優勢且原材料價格低廉。其中，空氣中的氧氣與地層中的原油發生低溫氧化等放熱反應，生成CO、CO2等多種氧化物，能夠形成混相驅[4]。泡沫能夠顯著提高波及系數和驅替效率，其機理為：在平面上，長期驅替后的大孔隙含油飽和度低，泡沫不易消泡，封堵能力強，而在喉道處因賈敏效應長期沖刷不到的小孔隙含油飽和度較高，泡沫在此處易破滅，封堵能力低，故驅替體系多沿小孔隙流動，從而提高了波及系數[5]；縱向上，氣體攜帶泡沫使其流度降低，削弱氣體的重力超覆的影響，提高了垂向上的波及系數。

所研究區塊目前綜合含水率較高，受地層非均質性及裂縫的影響，多個井組已形成低效循環，嚴重影響區塊開發效果，針對以上問題，開展了空氣泡沫驅的參數綜合評價研究。目前，國內外學者多采用數值模擬和物理實驗方法對注入參數進行研究，本文對空氣泡沫驅的數值模擬提出合理假設，并首次采用投入產出比這一經濟指標，從產量和經濟效益兩方面評價注入參數，在目前低油價條件下，對敖南油田控制含水率、提高采收率、節約開發成本具有重要的指導意義。

1 區塊概況

敖南油田M區塊沉積類型為席狀砂，主要發育近東西向裂縫。控制含油面積3.2 km2，主力油層埋藏深度1 244 m，平均有效厚度7.2 m，有效孔隙度17.7%，平均滲透率35×10-3μm2，滲透率變異系數0.6，屬中孔低滲透率油藏。初始含油飽和度54%。地層條件下，原油黏度5.7 mPa·s，原油密度0.853 g/cm3，體積系數為1.1，原始地層壓力13 MPa，儲量豐度25.7×104 t/km2。

敖南油田M區塊2007年投入開發，截止到目前，共有水平井5口，日產液25.59 t，日產油4.3 t，綜合含水率83.2%，累計產油2.84×104 t，采出程度6.88%。注水井12口，日注水87 m3，累計注水10.47×104 m3。目前2口油井未見水，3口油井含水率分別為88.54%，75.14%，84.88%。

2 數值模擬假設條件

空氣泡沫與地層原油混合后成分復雜，在數值模擬中應考慮為三相多組分模型。但實際上，空氣與原油混合后的相態參數以及低溫氧化反應后的組分參數并不容易測得，很難在數值模型中加以實現。研究表明，空氣對原油物性的影響十分有限，并且低溫氧化反應并不是空氣泡沫驅的主要作用，所以對模擬過程進行如下假設：

（1）原油中包含輕質、重質兩種組分，氧化反應后的原油全部為輕質組分。

（2）將空氣中的CO2、CO以及氧化反應后生成的CO2、CO按照同一組分處理，表示為COx，全部為氣相且不與原油混溶。

（3）低溫氧化與高溫氧化不相互轉化。

（4）以氧化反應后的氣體總體積（包括COx、N2等）作為注入氣體積。

（5）原油流動性不因低溫氧化反應而降低，也不因加入表活劑而增加。

3 空氣泡沫驅注入參數優化

本文以敖南油田M區塊構造特征及油藏物性為依據，運用petrel軟件建立該區塊精細三維地質模型，如圖1。模型網格數為903 00，網格步長為10 m×10 m×10 m，模擬初始溫度為85 ℃，初始壓力為13 MPa，初始含油飽和度為54%。將三維地質模型導入CMG數值模擬軟件，運用STAR模塊建立空氣泡沫驅機理模型。進行地質儲量擬合后，對M區塊地層平均壓力、累積產油量、單井產油量、單井含水率等指標進行了歷史擬合（其中油井定液量生產、水井定注水量注入），擬合達到預測所需的精度要求。考慮到礦場可執行度及對管線的腐蝕情況，本區塊采用空氣、泡沫交替注入（地下發泡）的方式進行空氣泡沫調驅[6，7]。根據M區塊地質和實際開發特征，確定優化的注入參數包括：起泡劑注入量、起泡劑濃度、氣液比、注氣速度。

3.1 起泡劑注入量

起泡劑的注入量直接影響泡沫體積，而泡沫體積影響最終的驅油效果。優化方案的設計采用控制變量法（下同），設計的五個注入量方案分別為0.2、0.3PV、0.4、0.5和0.6 PV，預測未來5年的增油量并計算投入產出比。模擬的結果見圖2所示。

圖2表明，增油量隨著起泡劑注入量的增加而增加。注入量小于0.5 PV時，改變注入量對增油量影響較大，投入產出比逐漸減小。當注入量超過0.5 PV時，增油量受注入量影響小，且投入產出比逐漸增大。所以對于本區塊合理的注入量應為0.5 PV。

3.2 注氣速度

注氣速度影響發泡程度和波及面積，影響最終的調驅效果。調整起泡劑注入量為0.5 PV。設置五個不同的注氣速度值，分別為10、20、30、40、50 m3/d，預測未來5年的增油量并計算投入產出比。模擬的結果見圖3所示。

圖3表明，在設置的參數范圍內，累積產油量隨注氣速度的增加，呈現先增加后減小的趨勢，即存在一個最佳值（40 m3/d）。當注氣速度超過40 m3/d后增油量急劇下降，投入產出比急劇上升。實際注入時應控制注氣速度在40 m3/d以內，所以，對于本區塊最優的注氣速度是40 m3/d。

3.3 起泡劑濃度

起泡劑濃度影響泡沫穩定性，對調驅的效果有很大影響。調整起泡劑注入量為0.5 PV，注氣速度是40 m3/d。設置五個不同的起泡劑濃度值，分別為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%。預測未來5年的增油量并計算投入產出比。模擬的結果見圖4所示。

圖4表明，隨著起泡劑濃度的增加，增油量增幅先大后小。起泡劑濃度在0.3%之前變化時，增油量增幅較大，投入產出比逐漸降低，濃度超過0.3%后，濃度增加，增油量增幅變小，投入產出比緩慢增加。所以，對于本區塊最佳的起泡劑濃度為0.3%。

3.4 氣液比

氣液比影響泡沫阻力系數，對調驅效果影響較大。調整起泡劑注入量為0.5PV，注氣速度是40 m3/d，起泡劑濃度為0.3%。設置五個不同的氣液比，分別為1∶2、1∶1、2∶1、3∶1和4∶1。預測未來兩年的增油量并計算投入產出比。模擬的結果見圖5所示。

圖5表明，隨著氣液比的增大，增油量先增大后減小。即氣液比存在一個最佳值（3∶1），當氣液比超過3∶1時，增大氣液比，使得增油量逐漸降低，且此時投入產出比陡增，所以，對于本區塊最優氣液比為3∶1。

4 結 論

空氣泡沫驅可由三相多組分數值模型簡化為三相六組分數值模型，低溫氧化反應和表活劑對原油粘度的影響可因相互抵消而忽略不計。

氣液比，起泡劑濃度，注氣速度和起泡劑注入量等都是空氣泡沫驅的主要影響因素。研究表明氣液比，起泡劑濃度影響力較大；注氣速度和起泡劑注入量影響不大。

研究結果表明，空氣泡沫驅技術能夠顯著提高M區塊產量。通過對敖南油田M區塊實際地質模型的模擬計算和參數優選，結合投入產出比計算結果，確定合理調驅注入參數為：起泡劑注入量為0.5 PV，起泡劑濃度為0.3%，注氣速度為 40 m3/d，氣液比為3∶1。

參考文獻：

[1]金磊，劉慶旺. 聚驅注入參數優化研究[J]. 當代化工，2015，44（11）：2668-2670+2673.

[2]林飛，歐陽傳湘，李春穎，廖旋. 低滲透油藏氣水交替驅數值模擬研究[J]. 當代化工，2016， 45（01）：160-161+165. （下轉第762頁）