致密油層空氣泡沫驅油提高驅油效率實驗研究*

商琳琳，許建紅

（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院油藏評價研究室，黑龍江大慶163712）

致密油層物性差，空氣滲透率通常不足10-3μm2，開發過程中單井產量低、產量遞減快，注水效果差，驅油效率低，水驅動用程度低［1-6］。研究表明空氣泡沫在油層中具有遇油消泡、遇水穩定，堵水不堵油、堵大不堵小，改善油、氣、水相對滲流特征，在微觀上能大幅度提高驅油效率［7-9］。針對低滲透油田注入難度大，注水見效差的問題，長慶油田空氣泡沫驅試驗自2009年單井試注開始，經歷了先導試驗、擴大試驗，目前正開展工業性試驗。在五里灣一區ZJ53井區長6油層（滲透率1.81×10-3μm2）開展15 注63 采試驗區，見效油井60 口，見效率95.2%，累積增油6.3×104t。2017 年以來，油藏類型由特低滲透拓展到超低滲透、致密油藏，現場試驗穩步推進；在耿271 長8 油層（滲透率0.38×10-3μm2）、新193長7油層（滲透率0.18×10-3μm2）致密油層開展空氣泡沫驅先導試驗，已經取得降低含水率、降低產量遞減的初步效果。延長油田在甘谷驛采油廠唐80區塊長6油層（滲透率1.04×10-3μm2）進行2 個井區的空氣泡沫驅先導試驗，18 個月增油243 t，含水率下降24%，取得階段性成功［4］。

大慶外圍龍虎泡油田高臺子油層儲層屬特低孔低滲油層，以泥粉砂巖為主，含石英20%數37%、長石23%數41%、巖屑14%數35%。成分成熟度和結構成熟度均低［10］。高臺子油層巖心壓汞實驗排替壓力為10數25 MPa，油層驅替開發時注水壓力高，注水難度大。平均孔喉半徑1.176 μm，孔隙中值半徑平均值為0.0737 μm，退汞效率21.5%數61.6%。高臺子油層孔隙類型主要為粒間孔，其次還有溶蝕孔和大量微孔，粒間孔油層的孔隙度為9.2%數16.8%，平均11.9%，滲透率為0.1×10-3數1×10-3μm2，平均0.6×10-3μm2。地層原油密度為0.7414 g/cm3，黏度（80℃）為1.45 mPa·s，體積系數1.23，原始氣油比67.75 m3/m3，原始飽和壓力8.9 MPa。從1998 年2 月開始陸續采用300 m 正方形井網、同步注水采油方式開發，投產初期平均單井日產油量為1.13 t，但產量遞減快，注水見效差。第5 年平均單井日產油量遞減為0.46 t，第10 年遞減為0.32 t，目前低產低效井占80%以上，關停井占40%以上，預測實際水驅采收率低于12%，迫切需要新的開發方式來提高開發效果。針對高臺子致密油層開展了空氣-泡沫液體系驅油實驗，研究了空氣與泡沫的注入體積、段塞組合等對驅油效率的影響。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

原油為高臺子油層原油（地面原油）經過脫水、過濾等一系列處理后，加入煤油，按照地層油黏度配制的模擬地層原油；起泡劑為大慶油田提供的代號為BH-4化學劑，主要成分為：含聚醚鏈段甜菜堿兩性表面活性劑、烷基酰胺丙基二甲基氧化胺、氯化鈉、烷基硫酸鈉、N-（2-吡啶基）醇醚亞甲基酰胺、少量稠化穩泡劑和水；模擬地層水，NaHCO3型，礦化度5804.4 mg/L；模擬地面水，CaCO3型，礦化度125 mg/L；天然巖心，井段2011.5數2024.2 m，巖心參數見表1。

表1 高臺子油層巖心物性參數

Isco 公司 D 系列的柱塞泵；HWHS-100 型按鍵式恒溫恒濕箱，上海皆準儀器設備有限公司；TY-B型巖心夾持器、高壓活塞容器，海安縣石油科研儀器有限公司；A-10型差壓傳感器，威卡（WIKA）公司。

1.2 巖心驅替實驗

（1）將天然巖心抽提、烘干后，用空氣測巖心滲透率，將巖心模型飽和地層水，測定孔隙度。（2）將巖心飽和模擬地層原油，并進行油驅水，直至巖心出口端沒有水流出為止，計算束縛水飽和度。（3）將注入壓力調整到驅替壓力后，用恒壓法將配制的模擬地層水注入巖心中進行水驅油實驗，直至巖心出口沒有油流出為止，記錄驅替壓差、驅出油和水體積及累計注水量。（4）泡沫驅時將一定壓力的氣體和泡沫液（由模擬地面水配制的0.5%BH-4泡沫液）按設計的段塞注入巖心中進行驅替，直至巖心出口沒有油流出為止，用模擬地面水進行后續水驅，記錄驅替壓差、驅出油、水體積、累計注水量及總采收率。實驗溫度80℃。驅替介質的性能參數和實驗溫度見表2。

表2 實驗驅替介質性能參數統計表

2 結果與討論

2.1 水驅油

從1數3#巖心的水驅油結果（表3）可見，巖心平均初始含油飽和度為65.47%，無水期驅油效率平均為34.69%，水驅最終驅油效率平均為48.95%，水驅結束時殘余油飽和度在30.55%數34.8%之間，平均為32.18%。無水期采油量占水驅總采油量的70.87%，原油主要在無水期采出。由圖1 可見，水驅0.5 PV 見水前，驅油效率快速上升，達到40%以上；水驅見水后含水率快速上升，驅油效率增速緩慢。

表3 巖心水驅油實驗結果*

圖1 巖心水驅驅油效率與注入量的關系

2.2 泡沫驅油

2.2.1 小段塞空氣-泡沫液交替驅油

對2#巖心先用水驅替至含水100%，再按氣液體積比1∶1進行空氣-泡沫液交替驅替，泡沫液每段驅替體積為0.04 PV，連續段塞交替驅替至含水穩定時轉入水驅約2.5 PV。由圖2、表4數據可見，空氣-泡沫液交替驅替實驗的最終驅油效率為79.63%，在水驅基礎上提高驅油效率26.92%。由圖2 可見，在水驅4.17 PV 后，驅油效率達到52.71%，水驅后空氣-泡沫液交替驅0.6 PV，驅油效率增至74.15%，提高21.45%。說明相對水驅，對于低滲透巖心，空氣比水具有更好的注入性，更易進入微小基質孔隙，驅替基質中的剩余油，驅油效率得到大幅提高［3］。

圖2 小段塞空氣-泡沫液交替驅油注入量與驅油效率的關系

2.2.2 不同量空氣-泡沫液段塞驅油

對3#巖心水驅至含水100%，再進行不同量空氣-泡沫液段塞驅替。第一階段驅替一個段塞，驅替量為0.16 PV空氣+0.08 PV泡沫液，總量為0.24 PV，然后水驅至含水100%；第二階段驅替4 個（0.04 PV空氣+0.02 PV泡沫液）段塞，驅替總量為0.24 PV，繼續水驅至含水100%。由圖3和表4數據可見，單一大段塞空氣-泡沫液驅替的驅油效率比水驅提高5.57%；在此基礎上，繼續采用小段塞的空氣-泡沫液驅替，驅油效率大幅提高。同樣都是驅替0.24 PV 空氣-泡沫液段塞，小段塞空氣-泡沫液可提高驅油效率15.3%。說明單一大段塞空氣和泡沫不能充分發揮泡沫驅的作用，而小段塞交替驅替形成的空氣-泡沫體系黏度具有隨剪切速率增大而減少的特點，在大孔隙中黏度大，小孔隙中黏度小，起到封堵大孔道不堵小孔道的作用［1，4］，從而提高驅油效率。

圖3 不同量空氣-泡沫液驅油注入量與驅油效率的關系

表4 巖心空氣-泡沫液驅油實驗結果*

2.2.3 長段塞空氣-泡沫液段塞驅油

對1#巖心水驅至含水100%，然后驅替4個（0.2 PV 泡沫液+1.0 PV 空氣）段塞，最后進行注水驅替。從圖4 和表4 數據可見，長段塞空氣-泡沫液驅替提高驅油效率19.71%，比小段塞驅的驅油效率增幅低約7%。可見段塞過大、氣液比過高，驅油效果更接近于單一氣驅和單一泡沫驅，不能充分發揮空氣-泡沫體系堵大不堵小、堵水不堵油的作用。

圖4 長段塞空氣-泡沫液驅油注入量與驅油效率的關系

2.2.4 氣液比對驅油效率的影響

為了優化氣液比，分別按氣液比1∶1、3∶1、5∶1對2#巖心進行驅替實驗。在巖心飽和油后先水驅至含水100%后，再進行空氣-泡沫液（每段空氣注入量為0.04 PV）驅。從驅替效果看（圖5），3種氣液比段塞的驅油效果均較好，其中氣液比為1∶1 時的驅油效率略高于3∶1，氣液比為5∶1 時驅油見效速度快。說明氣液比越高，氣竄的時間也越早，驅油效率相對略低；氣液比越低，驅油見效越晚。實際注入時，需根據不同儲層結構對氣液比進行優化［4，6］。

圖5 不同氣液比下空氣-泡沫液驅油效率與注入量的關系

2.2.5 空氣-泡沫無水混合驅

向4#巖心按氣液比1∶1 同時驅替空氣和泡沫（混合成空氣-泡沫體系），驅替壓力上升快，在0.012 mL/min的平均驅替速度下，僅驅替0.13 PV后壓力升至18.9 MPa，由于壓力過高驅替無法繼續進行，于是采用空氣-泡沫液段塞交替驅，最終驅油效率達到78.39%，接近水驅后空氣-泡沫液小段塞驅油效率（表4、圖6）。空氣和泡沫液在地面混合后，泡沫尺寸遠遠大于孔隙尺寸，注入難度大，注入0.17 PV 的驅油效率只有13.37%；對高臺子這樣的特低滲透油層應該采用空氣-泡沫段塞交替驅替，讓空氣和泡沫液在地層中混合，發揮泡沫在大孔隙中黏度大、小孔隙中黏度小，封堵大孔道不堵小孔道的驅油作用［8-10］。

圖6 4#巖心空氣-泡沫液驅油效率與注入量的關系

3 結論

采用空氣-泡沫液段塞對高臺子致密油層巖心進行驅替，驅油效率比水驅提高約20%。空氣-泡沫液段塞氣液比越低，見效越慢，氣竄也越晚，驅油效率較高；氣液比越大，見效越快，氣竄也越早，驅油效率較低。小段塞多周期空氣-泡沫液段塞的驅油效率高于單一空氣-泡沫液大段塞。空氣泡沫驅油時，應采用小段塞多段塞模式，氣液比控制在1∶1數3∶1 之間，以“空氣-泡沫液-空氣-泡沫液”段塞交替的方式注入。