超低滲油藏氮氣泡沫驅合理交替周期研究

郝杰 代曉旭 霍萍萍 武金衛 涂彬

1.延長油田股份有限公司七里村采油廠 陜西 延安 716000

2.中國石油大學（北京） 北京 100000

超低滲油藏氮氣泡沫驅通常采用氮氣和泡沫液交替注入的方式，交替周期及段塞組合方式對氮氣泡沫驅效果有重要的影響。如果交替周期過于頻繁，由于超低滲油藏滲透率低，往往造成井筒附近多相流嚴重，注入壓力增加，引起注入困難；如果交替周期過長，長時間注泡沫液或者注氣，在毛管力的作用下，單一注入某種流體都將沿著大孔隙運移并最終造成竄流，這種水竄或氣竄現象也會造成開發效果變差[1-3]。

1 實驗設備

空氣-泡沫巖心驅替實驗用到的主要設備及參數包括：100DX型雙缸控制泵；GCS10空氣壓縮機；TY-4型巖心夾持器，承壓50MPa，巖心規格φ25×25—100mm；2XZ-2型旋片真空泵，極限壓力6×10-2Pa，抽速2L/s，轉速1400r/min；ZR-Ⅲ型中間容器3個，容積1000ml，壓力小于70MPa；JB-50型高壓手動計量泵，容積210mL，工作壓力80MPa；D07系列質量流量計，流量規格5SCCM；精密壓力表2個，量程為25MPa；WH-30L電子天平；計量管等；

在保證實驗可行性的基礎上為了盡可能地接近實際儲層條件，根據延長七里村采油廠某油藏儲層物性，制作人造低滲巖心若干，具體參數見表1。實驗用油由煤油與實際原油配制而成，使其盡可能在物性及組分上接近實際油藏，模擬油密度為0.79g/cm3，黏度為4.3mPa·s。泡沫液體系起泡劑濃度為0.8%，穩泡劑濃度為0.1%，實驗用水為模擬地層水。巖心參數見表1。

表1 巖心參數

2 氣液比優選實驗

為了優選最優的氣-泡沫液交替最佳注入氣液比，設計了5組實驗，注入參數如表2所示。選擇巖心建立束縛水飽和度后，在圍壓為5MPa條件下，首先以0.2mL/min的速率注水驅替，在產出流體含水率達到90%左右時，從注入端分別向1、2、3、4、5號巖心交替注入水氣比分別為1∶5、1∶3、1∶1、3∶1、5∶1的模擬泡沫液和氮氣，將1、2、3、4、5號巖心氣-液交替的段塞尺寸控制為0.3PV，實驗方案設計見表2，氮氣與泡沫液的注入速率均為0.2mL/min（地層條件下），實驗過程中記錄出口端產油量、產水量、產氣量，以及注入端與出口端壓力表讀數。

表2 氣液比優選實驗方案設計表

不同氣液比條件下的實驗結果統計見表3。由表3可知，水驅之后轉為氮氣-泡沫液交替驅能夠顯著提高微觀驅油效率。幾種氣液比段塞組合下，整體增油效果都較好，相比而言，提采幅度最高的為氣液比5∶1和氣液比1∶5，氣液比1∶1情況下效果偏差。

表3 不同氣液比條件下的實驗數據統計表

圖1和圖2所示分別為不同水氣比條件下采出程度和含水率隨注入量變化曲線。可以看出，隨著注氣段塞增加，含水率降幅逐漸增大，但也同時造成含水率波動較大。在現場應用中，可根據水源和氣源情況，如果水源充足，可以選擇注入較長的水段塞和較短的注氣段塞；如果水源不足、氣源充足，可以選擇較長的注氣段塞和較短的注液段塞。

圖1 不同氣液比條件下采出程度隨注入量變化曲線

圖2 不同氣液比條件下含水率隨注入量變化曲線

3 段塞尺寸優選實驗

為了優選出超低滲油藏氮氣泡沫驅最佳注入段塞尺寸，將巖心6、7、8、9分別按照實驗準備步驟建立束縛水飽和度后，控制出口端回壓維持在原始地層壓力5 MPa條件下，首先進行水驅，在水驅含水率達到60%時，分別從注入端向長巖心交替注入氣液比為5∶1的氮氣和地層水，4個巖心分別控制氣水交替段塞尺寸為0.1PV、0.2PV、0.3PV、0.4PV，段塞尺寸設計見表4，氮氣與泡沫液的注入速率均為0.3 mL/min（地層條件下），實驗過程中記錄長巖心夾持器出口端產油量、產水量、產氣量，以及注入端與出口端壓力表讀數，實驗結果見表5。

表4 段塞尺寸優選實驗方案設計

表5 不同段塞尺寸下驅替實驗結果數據

可以發現，在水驅轉為氮氣泡沫驅后，采收率明顯增加，但不同段塞尺寸條件下，累計采收率不同，隨著段塞尺寸的增加，氮氣泡沫驅采出程度先增加后減少，在段塞尺寸為0.2PV時達到最大。

這是由于段塞越小，交替次數越頻繁，這樣會導致液或氣無法形成有效的穩定段塞，注入液體無法發揮對氣體的液阻效應，造成氣、液仍以連續相在巖心中流動，從而不利于發揮氣、液交替的調驅作用。隨著注入時間的增加，氣液交替壓差快速增大且段塞尺寸越小，交替次數越頻繁，注入壓差越大，這是因為交替次數過多，油氣水三相充分接觸，三相流動的特征與混相驅特征更加明顯，難以發揮氣液交替非混相驅補充能量的優勢，反而導致三相滲流狀態相對單純氣驅更為復雜。在現場實施過程中，注入設備也很難滿足短周期的注入參數要求。

隨著注入段塞的增大，交替周期越長，單個周期注入氣的時間也越長，進而導致氣體快速推進，氣竄風險也開始加大，當段塞尺寸大于0.2個PV后，氣體過早突破，從而降低了氣水交替的驅油效果。綜上所述，為了充分發揮氣水交替非混相驅補充地層能量的優勢，在較小注入壓差下，最大程度地提高采收率，優選段塞尺寸為0.2 PV，即注采井間注入1個有效波及孔隙體積的周期數建議為5個。

4 結束語

巖心驅替實驗結果表明，氣液比1∶5和5∶1時提采幅度最高。在現場應用中，如果氣源不足、水源充足，可以選擇注入較長的水段塞和較短的注氣段塞；如果水源不足、氣源充足，可以選擇較長的注氣段塞和較短的注液段塞。

通過開展氮氣、泡沫液交替段塞尺寸優選實驗，優選了最佳段塞尺寸為0.2 PV，即井間注入量達到1PV時的合理交替周期數為5個。