周志斌， 王杰祥， 王騰飛

(中國石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580)

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裂縫性低滲透油藏氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)研究

周志斌， 王杰祥， 王騰飛

(中國石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580)

針對裂縫性低滲油藏水驅(qū)開發(fā)中水竄嚴重的問題，開展了氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)研究。采用實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究了氮氣泡沫對裂縫性低滲油藏的封堵性能和驅(qū)油性能。結(jié)果表明，氮氣泡沫調(diào)驅(qū)“控水增油”效果顯著，可以有效的封堵裂縫通道，擴大驅(qū)替流體的波及體積，提高裂縫性油藏的采收率。氮氣泡沫調(diào)驅(qū)可在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率10%以上，并且注入方式多樣，易于現(xiàn)場施工，適用于裂縫性低滲油藏開發(fā)中后期提高采收率。

裂縫；低滲；氮氣泡沫；調(diào)驅(qū)

1　實驗部分

1.1實驗研究

1.1.1實驗準備

(1) 實驗條件：實驗溫度80 ℃，實驗中巖心夾持器圍壓保持在4 MPa，出口端回壓1 MPa。

(2) 實驗原料：實驗用水為長慶油田A區(qū)塊實際地層水(礦化度27 800 mg/L，水型為CaCl2型)，實驗用油為A區(qū)塊脫水脫氣原油(50 ℃黏度5.51 mPa·s)；泡沫氣源為高純氮氣(青島天源氣體制造公司)，起泡劑為α-烯基磺酸鈉(AOS)。

(3) 裂縫性巖心的實現(xiàn)：采用低滲天然巖心進行實驗，人工劈裂巖心模擬裂縫性巖心。實現(xiàn)方法：采用巖心劈裂機將天然巖心沿軸線方向劈裂為兩部分，劈裂面不經(jīng)過任何打磨處理，將劈裂的巖心重新組合置于巖心夾持器中進行實驗，即可模擬裂縫性低滲巖心。

1.1.2巖心封堵實驗巖心1洗油、烘干、稱重，飽和地層水后再次稱重，根據(jù)飽和水前后巖心重量差計算巖心孔隙度；將巖心裝入巖心夾持器，水驅(qū)巖心測定巖心基質(zhì)滲透率km；從夾持器中取出巖心，沿軸線方向劈裂巖心，重新組合后裝入巖心夾持器，注地層水驅(qū)替測定裂縫巖心的有效滲透率ke；采用泡沫發(fā)生器產(chǎn)生泡沫流體對裂縫巖心進行驅(qū)替，注入速度0.2 mL/min，氣液比1∶1，實驗中記錄巖心兩端壓差隨時間的變化，研究氮氣泡沫對裂縫巖心的封堵性能。

1.1.3巖心驅(qū)油實驗巖心2飽和地層水，測定孔隙度；注地層水驅(qū)替巖心，測定巖心的基質(zhì)滲透率km；注入地層油飽和油，建立束縛水飽和度；取出巖心，沿軸線方向劈裂，重新組合后裝入巖心夾持器，注地層油測定裂縫巖心的有效滲透率ke；0.2 mL/min注入地層水進行水驅(qū)油，出口端不產(chǎn)油后轉(zhuǎn)注泡沫流體繼續(xù)驅(qū)替，注入速度0.2 mL/min，氣液比1∶1，至出口端產(chǎn)水率98%時結(jié)束實驗。實驗中記錄巖心兩端壓差及產(chǎn)油量隨時間的變化，研究裂縫巖心水驅(qū)及泡沫調(diào)驅(qū)的效果。

表1　實驗用巖心參數(shù)

1.2數(shù)值模擬研究

依據(jù)A區(qū)塊泡沫試驗區(qū)地質(zhì)資料，利用CMG數(shù)值模擬軟件中熱采與化學(xué)驅(qū)STARS模塊，建立三維三相七組分化學(xué)驅(qū)模型，研究氮氣泡沫調(diào)驅(qū)對產(chǎn)水率和采出程度的影響。劃分網(wǎng)格220×110×3，總網(wǎng)格數(shù)72 600個，網(wǎng)格步長Di=10 m，Dj=10 m，Dk為層厚。模型中共包括生產(chǎn)井21口，注水井4口。

模型中泡沫流體的作用通過泡沫機理模型來體現(xiàn)，考慮的7種組分包括油、水、溶解氣、氮氣、表面活性劑、聚合物和泡沫液膜。采用雙滲模型，在裂縫方向上設(shè)置裂縫體系來實現(xiàn)裂縫性油藏的模擬。參照試驗區(qū)油水井動態(tài)生產(chǎn)資料進行歷史擬合，后續(xù)注水或氮氣泡沫，對比研究氮氣泡沫調(diào)驅(qū)在控水增油方面的效果。

2　結(jié)果及討論

2.1氮氣泡沫封堵性能

實驗用天然巖心1的滲透率為15.4×10-3μm2，壓裂后的帶裂縫巖心的滲透率為52.1×10-3μm2，表明裂縫對低滲油藏的滲流特性影響極大，裂縫巖心的有效滲透率可達基質(zhì)滲透率的3倍以上。注氮氣泡沫對裂縫巖心進行封堵，結(jié)果如圖1所示。

圖1　氮氣泡沫對裂縫巖心的封堵性能

裂縫巖心注水時驅(qū)替壓差僅為0.012 MPa左右，但是注入氮氣泡沫后，驅(qū)替壓差迅速增加，注入2 PV泡沫后壓差基本穩(wěn)定在0.26 MPa左右。泡沫在多孔介質(zhì)中處于不斷的破滅和再生狀態(tài)，因此注泡沫時壓差會出現(xiàn)小范圍波動。對裂縫巖心注入氮氣泡沫，阻力因子最高可達24，明顯大于液流轉(zhuǎn)向所需的最小阻力因子4，因此，對裂縫性低滲油藏注氮氣泡沫調(diào)驅(qū)可以有效的封堵裂縫通道，使后續(xù)驅(qū)替液轉(zhuǎn)向波及程度低的油層基質(zhì)，顯著提高驅(qū)替流體的波及系數(shù)。

2.2氮氣泡沫驅(qū)油性能

圖2為裂縫巖心在不同驅(qū)動方式下的壓差和采收率曲線。裂縫巖心水驅(qū)后的采收率僅為8.2%，其產(chǎn)量主要是來自儲存在裂縫中的原油。水驅(qū)時的壓差較低，注入水主要沿著裂縫迅速竄流，對基質(zhì)中的原油波及程度有限。與水相比，泡沫流體視黏度高、流動阻力大，可以有效地增加裂縫中的滲流阻力，控制流體在裂縫中的竄流。當(dāng)注入氮氣泡沫后，驅(qū)替壓差逐漸增大，表明泡沫在裂縫中形成了有效的封堵，從而可以使更多的后續(xù)流體轉(zhuǎn)向并驅(qū)替基質(zhì)中的原油，提高原油采收率。注泡沫后的原油采收率為22%，即氮氣泡沫調(diào)驅(qū)可在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率13.8%，適用于低滲裂縫性油藏開發(fā)中后期提高采收率。

氮氣泡沫調(diào)驅(qū)中，泡沫的作用主要包括3個方面，對裂縫的封堵作用、氣驅(qū)和活性水驅(qū)作用。低滲油藏孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔喉細小且存在大量盲端，氣體與水相比更易進入細小孔隙結(jié)構(gòu)，能有效驅(qū)替水驅(qū)時波及不到的儲層。泡沫體系中的起泡劑本身就為表面活性劑，驅(qū)替過程中可在巖石表面吸附，可顯著改善巖石表面潤濕性，降低油水界面張力，提高洗油效率。

圖2　裂縫巖心氮氣泡沫調(diào)驅(qū)效果

2.3氮氣泡沫調(diào)驅(qū)數(shù)值模擬

利用建立的三相七組分化學(xué)驅(qū)模型，對比水驅(qū)研究了氮氣泡沫調(diào)驅(qū)的效果。考慮到現(xiàn)場施工易實施原則，模擬研究中氮氣泡沫采用泡沫液/氮氣交替注入方式，交替周期60 d，注氣速度16 800 Nm3/d(油層條件下136 m3/d)，氣液比1∶1，泡沫劑質(zhì)量分數(shù)0.4%，氮氣累積注入量1 475×104Nm3，區(qū)塊累產(chǎn)油和產(chǎn)水率預(yù)測曲線如圖3和圖4所示。

由圖3和圖4可知，氮氣泡沫調(diào)驅(qū)的累產(chǎn)油明顯高于水驅(qū)，預(yù)測生產(chǎn)10 a后，區(qū)塊累積產(chǎn)油67 633 t，比水驅(qū)高5 556 t，“增油”效果顯著。同時，泡沫驅(qū)時的產(chǎn)水率也明顯低于水驅(qū)時的產(chǎn)水率，注泡沫時試驗區(qū)產(chǎn)水率可以穩(wěn)定在40%左右，“控水”效果顯著。因此，對裂縫性低滲透油藏，注氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)“控水增油”效果顯著，是一項高效易行的提高采收率技術(shù)。

圖3　水驅(qū)與氮氣泡沫驅(qū)區(qū)塊累產(chǎn)油預(yù)測

圖4　水驅(qū)與氮氣泡沫驅(qū)區(qū)塊產(chǎn)水率預(yù)測

3　結(jié)論

(1) 裂縫體系對低滲油藏的滲透率影響顯著，裂縫巖心有效滲透率可達基質(zhì)滲透率的3倍以上。

(2) 氮氣泡沫可有效封堵裂縫通道，對裂縫性低滲巖心的阻力因子可達24，可顯著提高裂縫性低滲油藏的波及體積。

(3) 氮氣泡沫調(diào)驅(qū)兼具封堵、氣驅(qū)和活性水驅(qū)的作用，可在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率10%以上，適用于裂縫性低滲油藏開發(fā)中后期提高采收率。

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(編輯王亞新)

Nitrogen Foam Profile Control and Displacement Technology Applied in Naturally Fractured Low-Permeability Reservoir

Zhou Zhibin， Wang Jiexiang， Wang Tengfei

(SchoolofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),QingdaoShandong266580,China)

Water channeling is a serious problem during the water flooding of naturally fractured low-permeability reservoir. To solve the problem, nitrogen foam profile control and displacement technology were researched applying both experimental and simulation methods. The sealing capacity and oil-displacement capacity of nitrogen foam were the main research objects. The results showed that nitrogen foam could reduce water cut and increase oil recovery significantly. After plugging the interconnected fracture, the swept volume of flooding liquid and oil recovery would be increased obviously. In the experimental research, oil recovery efficiency was increased by more than 10% after injection of nitrogen foam. The injection of nitrogen foam was flexile and convenient when applied in field construction, and the nitrogen foam profile control and displacement technology were suitable for EOR of naturally fractured low-permeability reservoirs.

Fracture; Low-permeability; Nitrogen foam; Profile control and displacement

1006-396X(2016)01-0031-04

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

TE357

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.01.006

2015-10-15

2016-01-05

中石化油氣開發(fā)重要先導(dǎo)項目(KF-2010-18)。

周志斌(1987-)，男，博士研究生，從事采油工程理論與技術(shù)、提高采收率與油田化學(xué)等方面的研究；E-mail:zhouzhibin_001@163.com。

隨著中高滲油藏的不斷開發(fā)和對石油需求的日益增長，低滲油藏的開發(fā)受到越來越多的重視[1-2]。目前低滲油藏的開發(fā)方式主要是水驅(qū)、氣驅(qū)以及氣/水混合驅(qū)，總體開發(fā)效果令人滿意[3-4]。但是，當(dāng)?shù)蜐B油藏中有天然微裂縫發(fā)育時，水驅(qū)和氣驅(qū)開發(fā)的效果將受到很大影響，注入流體將沿著天然裂縫迅速竄進到生產(chǎn)井中，造成裂縫方向上生產(chǎn)井迅速水淹，無效井和低效井比例增大，波及效率和采油效率迅速降低[5-6]。為解決裂縫性低滲油藏開發(fā)中注入流體竄流的問題，除了可以從井網(wǎng)、工作制度調(diào)整方面考慮外，對油藏中的裂縫體系進行調(diào)堵也是一種有效的解決方法[7-8]。

現(xiàn)階段，常用的調(diào)堵體系主要包括聚合物凍膠體系、聚合物微球體系和泡沫體系等[9-10]，從可注入性和調(diào)堵效果方面分析，泡沫體系注入方式多樣，可注入性強，在調(diào)堵的同時又有氣驅(qū)和活性水驅(qū)的效果[11]，因此本研究中選擇泡沫體系對裂縫性低滲油藏進行調(diào)堵，氣源選用可穩(wěn)定易得的氮氣。通過實驗和數(shù)模相結(jié)合的方法對裂縫性低滲油藏氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)進行研究。