王迪東，歐陽華勁，欒貝貝，焦衛(wèi)華，馮 杰

(1.延長油田股份有限公司 開發(fā)部，陜西 延安 716000； 2.延長油田股份有限公司 定邊采油廠，陜西 榆林 718600)

鄂爾多斯盆地儲層致密，有效厚度低，單層分布廣。油氣田開發(fā)過程中，單井產(chǎn)量低，含水量高，無法快速、有效地補充能量，在開采時難度較大。氮氣是不可壓縮的氣體，盡管其溶解度較低，但能在地層中形成微泡，在注入后油氣水形成乳狀液，降低原油黏度，提高驅(qū)油效率。同時，加入表面活性劑可降低油水界面張力，進一步提高驅(qū)油效率，向水驅(qū)中加入氮后，氮氣優(yōu)先占據(jù)多孔介質(zhì)中的油道，使原來受束縛的原油變?yōu)榭蓜佑?，從而降低了剩余油飽和度。氮氣泡沫還具有堵漏調(diào)剖功能，可提高波及效率，剩余油飽和度較高、巖心孔隙中較易發(fā)生穩(wěn)定的泡沫流。泡沫塑料的形成增大了滲透阻力，導(dǎo)致注入壓力增大、注入生產(chǎn)壓力增大，迫使注入流體進入物性差、排量低的儲層。相對于CO2和天然氣，氮氣無腐蝕、資源豐富、適應(yīng)性強。泡沫劑作為提高油藏采收率的流度控制劑，國內(nèi)外進行了大量的室內(nèi)和室外試驗，并對油藏巖石中的吸附劑類型、起泡性質(zhì)、熱穩(wěn)定性和降解性等進行了研究。由于化學(xué)藥劑成本的降低和制氮機設(shè)備的改進，泡沫劑在石油工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛，但泡沫驅(qū)在稠油油藏蒸汽吞吐后期的應(yīng)用還不多見，還不能為相關(guān)領(lǐng)域提供一定的幫助。為此，對氮氣泡沫吞吐開采方法開采潛力研究，以期為實際開采提供幫助。

1 開采機理

1.1 泡沫劑最大吸附量計算

泡沫劑為表面活性劑[1]，泡沫劑和泡沫的主要物性包含巖石表面吸附性和泡沫阻力因子大小[2]，將泡沫劑在巖石表面最大吸附量計算公式表示為：

Zy=a+b/T

(1)

式中，Zy為氮氣泡沫的最大吸附量；a、b分別為常數(shù)；T為溫度。

將起泡劑的熱降解參數(shù)[3]表示為：

(2)

式中，kth為熱降解速度常數(shù)，φ為活化能參數(shù)，Sn為起泡劑質(zhì)量百分比濃度參數(shù)，ρu為參考溫度參數(shù)，Cs為氣泡生成速度常數(shù)，M為氣相真實速度參數(shù)。

基于上述計算能夠測定泡沫發(fā)泡體積，以對含油飽和度生成聚并的影響進行分析。

1.2 化學(xué)劑注入濃度確定

化學(xué)劑濃度在開采中也是非常重要的，化學(xué)劑在油層中能否發(fā)揮所期望的作用取決于化學(xué)劑的濃度[4]，直接影響到生產(chǎn)效果。在連續(xù)注入化學(xué)劑時[5]，優(yōu)選化學(xué)劑的濃度值，在分析對比時，將凈產(chǎn)油概念[6]應(yīng)用到其中，將計算公式表示為：

Q=x-(q*i+s*w)

(3)

式中，x為累積產(chǎn)油量；q為化學(xué)劑的用量；i為化學(xué)劑的價格；s為氮氣量；w為氮氣的價格。

不同化學(xué)劑濃度下累積產(chǎn)油[7]與凈產(chǎn)油的變化曲線如圖1所示?；趫D1可知，在化學(xué)劑濃度增加后，累計產(chǎn)油量也隨之增加，但是化學(xué)劑注入量[8]的增加，凈產(chǎn)油會逐漸減少，為此化學(xué)劑濃度最優(yōu)值選擇為0.5%。

圖1 化學(xué)劑濃度與產(chǎn)油量關(guān)系曲線Fig.1 Relationship curve between chemicalconcentration and oil production

1.3 化學(xué)劑注入方式選擇

氮氣泡沫的封堵作用不是永久性的，為此需要不斷補充起泡劑。采用段塞注入方式[9]，以節(jié)省化學(xué)劑用量、降低開采成本，考慮形成泡沫的穩(wěn)定性，采用小段塞方式添加化學(xué)劑[10]。

2 氮氣泡沫吞吐開采參數(shù)設(shè)置

2.1 注入氣液比

在實際吞吐開發(fā)時，氮氣泡沫的氣液比非常重要，為選擇最佳氣液比[11]，設(shè)置1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1的氣液比，進行吞吐，吞吐一個周期。每個周期內(nèi)采用的注、燜、采的時間都相同，其中氮氣泡沫注射為15 d，燜井為5 d，開發(fā)90 d，在吞吐結(jié)束后，對比不同氣液比的結(jié)果，吞吐過程中不同氣液比對累計產(chǎn)油量的影響結(jié)果如圖2所示：

圖2 不同氣液比對累積產(chǎn)油量的影響Fig.2 Effect of different gas-liquid ratioon cumulative oil production

基于上述模擬結(jié)果可知，在氣液比為4∶1時，累積產(chǎn)油量是幾個氣液比中產(chǎn)油量最大的，為此將氮氣泡沫氣液比設(shè)置為4∶1。

2.2 注氮氣泡沫時間

為確定最優(yōu)的注氮氣泡沫時間[12]，在一個吞吐周期內(nèi)保持滿井時間、起泡劑濃度等參數(shù)不變。對氮氣泡沫時間改變，分別設(shè)置為5、10、15、20、25、30 d，在吞吐結(jié)束后，不同注氮氣泡沫時間下的累計產(chǎn)油量對比如圖3所示。

圖3 不同注氮氣泡沫時間對累計產(chǎn)油量的影響Fig.3 Effect of different nitrogen injection time on cumulative oil production

基于上述結(jié)果可知，在注氮氣泡沫小于15 d時，隨著注入泡沫時間的增加，累積產(chǎn)油量變化幅度較小。原因是注入時間長的情況下，注入的泡沫量也越多，從而增加地層中的含水量，對產(chǎn)油量產(chǎn)生影響。但是當注入的氮氣泡沫超過15 d后，累積的產(chǎn)油量也有所下降，原因可能是，泡沫量注入過多，地層還具有吸附作用，殘留的泡沫對地層裂縫以及孔隙產(chǎn)生了封堵作用，降低了地下流體的流動能力，從而對產(chǎn)油速率造成了影響。

基于上述分析，將注入氮氣泡沫的時間確定為15 d。

2.3 燜井時間

在此部分確定燜井時間[13]，分別設(shè)置為5、10、15、20、25、30 d，在吞吐結(jié)束后，分析不同燜井時間對產(chǎn)油量的影響，如圖4所示。

圖4 不同燜井時間下對產(chǎn)油量的影響Fig.4 Effect of different soaking time on oil production

分析燜井時間對產(chǎn)油量的影響可知，燜井時間為5 d時，產(chǎn)油量最高?？紤]到經(jīng)濟效益，將燜井時間設(shè)置為5 d。

2.4 吞吐輪次

在吞吐輪次確定上，保證氣液比為1∶1，每個輪次的注、采、燜的時間都相同[14]，在吞吐結(jié)束后，不同吞吐輪次的累積產(chǎn)油量對比結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，前2個吞吐輪次為10次時，累積增油量出現(xiàn)上升，吞吐輪次超過10次后，累積增油量再次出現(xiàn)遞減趨勢，故10輪次左右為宜。

圖5 不同吞吐輪次的累積產(chǎn)油量變化Fig.5 Change of cumulative oil production indifferent huff and puff rounds

2.5 起泡劑濃度

起泡劑濃度也會對原油增產(chǎn)造成一定的影響，為了使氮氣泡沫吞吐方法具有更高的開采潛力，對起泡劑濃度選擇[15]。分別在0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的濃度下模擬，吞吐一個周期，不同起泡劑濃度下累積產(chǎn)油量變化結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同起泡劑濃度下的累積產(chǎn)油量變化情況Fig.6 Changes of cumulative oil production under different foaming agent concentrations

基于上述結(jié)果可知，當起泡劑濃度超過0.3%時，累積產(chǎn)油量增幅變小，出于成本問題的考慮，將起泡劑濃度選擇為0.3%。通過上述分析，設(shè)置如下參數(shù)。氣液比4∶1；注氮氣泡沫時間15；燜井時間為5；吞吐輪次10；產(chǎn)液速率60 m3/d；起泡劑濃度0.3%?；谏鲜鰠?shù)完成氮氣泡沫開采參數(shù)的確定，為驗證其開采潛力，后續(xù)將作進一步的分析。

3 實驗概況

基于上述過程對氮氣泡沫吞吐開采參數(shù)進行了設(shè)置[16-20]，為驗證該方法的開采潛力，將該開采方法與蒸汽方法對比?，F(xiàn)場應(yīng)用圖如圖7所示。

圖7 現(xiàn)場應(yīng)用Fig.7 Field application diagram

3.1 雙管巖心模擬實驗

為驗證氮氣泡沫在致密油藏中的調(diào)剖能力，在高溫巖心試驗?zāi)Ｐ蜕线M行驅(qū)替實驗。其中一組試驗注入蒸汽，另一組注入上述研究后的氮氣泡沫體系，對比結(jié)果如圖8所示。

圖8 采油率對比Fig.8 Comparison of oil recovery rate

上述為氮氣泡沫吞吐開采方法與注入蒸汽方法的對比結(jié)果，分析2個方法的采油率可知，通過氮氣泡沫吞吐開采方法開采后的采油率明顯高于注入蒸汽方法開采后的采油率。2種開采方法的驅(qū)油效率對比結(jié)果如圖9所示。

圖9 驅(qū)油效率對比Fig.9 Comparison of oil displacement efficiency

由圖9可知，注入蒸汽的開采方式的驅(qū)油效率明顯低于氮氣泡沫吞吐開采方法的驅(qū)油效率。

2種開采方法開采后的含油飽和度對比結(jié)果如圖10所示。

圖10 含油飽和度對比Fig.10 Oil saturation comparison

基于上述結(jié)果可知，氮氣泡沫吞吐開采方法開采后的含油飽和度高。氮氣泡沫調(diào)剖效果好，不僅改善了高滲透率巖心的驅(qū)替效果，還提高了驅(qū)油效率與含油飽和度。

3.2 礦場實驗

在現(xiàn)場實驗過程中，選擇周期產(chǎn)油量下降幅度大、含水率低于95%的油井，分別對比采用注入蒸汽方式和氮氣泡沫方式下增油量，對比結(jié)果如圖11所示。

圖11 增油量對比Fig.11 Comparison of oil increase

基于圖11可知，氮氣泡沫吞吐開采潛力較強，較注入蒸汽方式開采下的增油量多。

3.3 地層壓力變化曲線對比

兩種開采方法開采中底層壓力變化曲線對比結(jié)果如圖12所示?；趫D12可知，氮氣泡沫吞吐開采方法開采時地層平均壓力有所下降，但是較注入蒸汽下降慢。原因是在氮氣泡沫注入后，其中的表面活性劑能夠降低油水界面的張力，使底層油更容易開采出來。同時，由于實際地下裂縫情況更為復(fù)雜，氣竄問題更加嚴重，為此在實際的開發(fā)過程中，氮氣泡沫較注入蒸汽更具有優(yōu)勢。而注入蒸汽后，底層壓力變化較大，下降趨勢明顯，開采效果較氮氣泡沫開采效果差。

圖12 地層壓力變化曲線對比Fig.12 Comparison of formation pressure variation curves

4 結(jié)語

綜上，完成鄂爾多斯盆地致密油藏氮氣泡沫吞吐開采潛力的研究，基于上述實驗結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，氮氣泡沫吞吐開采方法具有較好的開采潛力，驗證了該方法的有效性。

(1)預(yù)先對氮氣泡沫開采機理進行了計算與分析。

(2)通過多個指標的計算，確定了最優(yōu)的氮氣泡沫吞吐開采指標，優(yōu)化注采參數(shù)，進行氮氣泡沫增產(chǎn)數(shù)值模擬，研究氮氣泡沫吞吐潛力，進一步提高了氮氣泡沫吞吐開采效果。

(3)在油藏開發(fā)中會受到較多因素的影響，不同地區(qū)會有不同的影響因素，為此在后續(xù)研究中將研究多種條件下氮氣泡沫吞吐開采方法的開采效果，分析不同條件影響下氮氣泡沫吞吐開采的開采效果，從而為相關(guān)領(lǐng)域提供一定的幫助。