熱力泡沫復合驅增效機理及油藏適應性研究
——以渤海M 油田為例

吳婷婷，廖 輝，耿志剛，杜春曉，高振南

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

蒸汽驅是蒸汽吞吐后的重要接替技術，但在開發過程中存在蒸汽竄流現象，降低蒸汽利用效率，還影響開發效果[3-4]。目前，蒸汽驅開發稠油油藏主要應用高溫凝膠[5-8]、熱力泡沫[9-13]等助劑來改善開發效果。熱力復合泡沫驅油技術在勝利、新疆等油田實施并取得了一定效果，而海上油田對于該技術的增效機理及適用范圍研究尚處于起步階段。為此，本文以渤海M 油田為例，通過自制的二維可視化模型，從宏觀和微觀兩方面研究熱力泡沫開發稠油油藏的增效機理，并對泡沫封堵性能影響因素進行分析，明確熱力泡沫復合驅的適應性。該研究豐富了 海上稠油熱采開發技術體系，并為后續海上稠油油藏開發決策提供了依據。

1 油田概況

渤海M 油田油藏埋深1 100 m，原始地層壓力10 MPa，平均滲透率4 564×10-3μm2，地層原油黏度449～926 mPa·s。開發前期采用多元熱流體吞吐（N2、CO2、水蒸汽和熱水等組成的高壓多元熱流體混合物），注入溫度250 ℃，目前采出程度13.6%。該油藏經過多輪次吞吐后，地層壓力低于6 MPa，已具備轉驅條件。

2 熱力泡沫驅可視化實驗

2.1 實驗設計

二維可視化實驗裝置主要有蒸汽發生器、泡沫發生器、可視區、量筒等，其中可視區主要由2 塊石英玻璃板組成，玻璃板內用耐溫玻璃膠固定2 層各40 目的玻璃微珠。

實驗流程：①在玻璃板的對角線上各設計一口注入井和一口生產井；②向系統內注入蒸汽，至出口端采出液含水率達到90%停止；③注入發泡劑至波及面積不再變化；④注入熱力泡沫至波及面積不再變化。計量②、③、④步的產油、產水情況。

2.2 實驗結果與分析

2.2.1 動態變化特征

從二維可視化模型生產動態變化曲線（圖1）可以看出，初始時刻至注入泡沫階段前（0～2.3 PV），蒸汽驅階段存在無水采油期，約為13 min，此時對應的最高瞬時產油量為0.80 mL/min，而后瞬時產油量大幅度降低，含水率大幅度上升，無水采油期采收率為9.7%。注入發泡劑前含水率達90.0%時，對應的瞬時產油量僅為0.45 mL/min，采出程度為30.5%。注入1.4 PV 發泡劑，含水率由90.0%降至82.0%，最高瞬時產油量為0.60 mL/min，此階段結束時的采出程度為43.8%。繼續注入1.3 PV 發泡劑，含水率降至74.3%，最高瞬時產油量達0.90 mL/min。最終采出程度為60.4%，比蒸汽驅提高了29.9%。

2.2.2 平面驅油特征

圖1 生產動態變化曲線

圖2 為蒸汽驅與熱力泡沫驅前后平面波及狀況對比（黑色為原油，黃色為注入介質波及區域）。從 圖中可以看出，注蒸汽初始階段，只有注入井附近受到波及，大部分原油沒有動用（圖2a）。蒸汽驅結 束后，可視化模型的對角注采井間沿主流線形成了 明顯的驅替條帶，這說明蒸汽沿主流線竄通，此時波及范圍較小，平面波及系數只有50.14%（圖2b），對應的采出程度為30.5%。注入發泡劑從初始階段至結束，波及范圍增幅不大，平面波及系數為67.53%（圖2c、2d），比蒸汽驅僅提高了17.39%，但洗油效率提高較為明顯，采出程度為43.8%，說明發泡劑具有降低界面張力、提高洗油效率的作用。注入泡沫從初始階段至結束，波及范圍明顯增加，平面波及系數達84.49%（圖2e、2f），比蒸汽驅提高了34.35%，這是因為泡沫具有“堵大不堵小，堵水不堵油”的特點，此時對應的采出程度為60.4%。

3 油藏適應性研究

根據M 油田的地質油藏特征和開發生產現狀，結合熱力泡沫阻力因子評價，驗證該油田實施熱力泡沫復合驅的適應性。阻力因子是衡量泡沫封堵性的重要指標，其定義為工作壓差和基礎壓差之比[10]。基礎壓差為以恒定氣液比向多孔介質中注入氮氣和水，穩定后兩端的壓差；工作壓差為以相同氣液比向多孔介質中注入泡沫，穩定后兩端的壓差。

3.1 儲層物性適應性

分別在滲透率1 000×10-3，2 000×10-3，4 000×10-3，8 000×10-3，13 000×10-3μm2時測定發泡劑溶液阻力因子，結果如圖3 所示。從圖中可以看出，隨著滲透率的增加，基礎壓差降低，這說明滲透率越大，注入介質在注入多孔介質后產生的壓差越小；同時隨著滲透率的增加，阻力因子也增加，這說明泡沫優先進入高滲地層，在賈敏效應作用下，增加高滲地層中氣相和液相的滲流阻力，使注入流體發生轉向，從而流入低滲地層；當滲透率大于 8 000×10-3μm2，阻力因子變化非常小。M 油田稠油油藏滲透率大多數為2 000×10-3～5 500×10-3μm2，區間內阻力因子變化較大，因此，可以充分利用泡沫“堵大不堵小”的特性進行熱力泡沫調剖。

圖2 蒸汽驅與熱力復合泡沫驅前后平面波及狀況對比

圖3 不同滲透率時泡沫阻力因子和基礎壓差變化曲線

3.2 含油性適應性

分別在含油飽和度5%，15%，25%，30%，35%，45%時測定發泡劑溶液阻力因子，結果如圖4 所示。從圖中可以看出，隨著含油飽和度的增加，基礎壓差也增加，這說明孔隙中含油越多，注入介質在注入多孔介質后產生的壓差越大；同時隨著含油飽和度的增加，阻力因子降低。當含油飽和度大于30%時，阻力因子值非常低，基本失去了封堵能力，這是因為油相的存在會降低泡沫的穩定性，加速泡沫的破滅。由此可知，泡沫具有“堵水不堵油”的特點，有利于將多孔介質中剩余油驅替出來。因此，可以利用泡沫的這一特性，對M 油田實施熱力泡沫復合驅，來改善熱采效果。

3.3 溫度適應性

分別在溫度30，50，80，120，150，180 ℃時測定泡沫阻力因子，結果如圖5 所示。從圖中可以看出，隨著溫度的升高，基礎壓差也增加，但當溫度超過100 ℃時，基礎壓差增加幅度顯著，說明此時蒸汽產生了干度，且隨著溫度的增加，干度也增加；同時隨著溫度的升高，阻力因子降低，這說明隨著溫度的升高，泡沫的穩定性下降，造成多孔介質中泡沫的封堵能力降低。當溫度達到180 ℃時，泡沫阻力因子值不足10。M油田目前注入溫度為250 ℃，因此，在保持現有特性的條件下增加泡沫的耐溫性能，對該油田熱力泡沫復合驅提高采收率意義重大。

圖4 不同含油飽和度下泡沫阻力因子和基礎壓差變化曲線

圖5 不同溫度下泡沫阻力因子和基礎壓差變化曲線

通過對熱力泡沫復合驅的油藏適應性研究可知，在M 油田現有的地質油藏條件下，泡沫均具有一定的封堵能力；但在高溫注入條件下，需要增加泡沫的耐溫性能，這對熱力泡沫復合驅提高采收率意義重大。

4 結論

（1）泡沫可以有效地抑制蒸汽竄流，進而擴大波及面積，最終提高采收率，與單一蒸汽驅相比，熱力泡沫復合驅油效率提高了約30.0%。

（2）泡沫封堵性能隨著滲透率的增加而增加，當滲透率大于8 000×10-3μm2后趨于穩定，呈現出“堵大不堵小”的特性；泡沫封堵性能隨著含油飽和度增加而減小，當含油飽和度大于30%后，泡沫基本失去封堵能力，呈現出“堵水不堵油”的特性；泡沫封堵性能隨著溫度增加而減小，當溫度超過180 ℃后，泡沫基本失去封堵能力。

（3）在M 油田現有的地質油藏條件下，泡沫均具有一定封堵能力，但在高溫注入條件下增加泡沫的耐溫性能，對改善油田開發效果有重要意義。