魏超平

( 中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

影響泡沫蒸汽驅(qū)開發(fā)效果關(guān)鍵因素分析

——以勝利孤島油田中二北Ng5區(qū)塊為例

魏超平

( 中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

摘要：利用數(shù)值模擬軟件、采用正交試驗的方法，對影響泡沫蒸汽驅(qū)的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，泡沫蒸汽驅(qū)中四個關(guān)鍵因素對開發(fā)效果的影響大小依次為：臨界含油飽和度、泡沫劑濃度、氣液比、阻力系數(shù)，臨界含油飽和度是泡沫蒸汽驅(qū)成敗的關(guān)鍵，設(shè)計時應(yīng)該通過篩選泡沫劑的性能或者優(yōu)化注采時機(jī)使油藏形成真正的泡沫驅(qū)。應(yīng)用這一研究成果，對勝利孤島油田中二北Ng5化學(xué)蒸汽驅(qū)先導(dǎo)方案設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo)，試驗區(qū)應(yīng)在目前基礎(chǔ)上先進(jìn)行一年蒸汽驅(qū)后再轉(zhuǎn)化學(xué)蒸汽驅(qū)。

關(guān)鍵詞：孤島油田；中二北Ng5；稠油開發(fā);泡沫蒸汽驅(qū);數(shù)值模擬

對于稠油油藏，最常用的開發(fā)方式是蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)。其中蒸汽驅(qū)因能有效動用井間剩余油，大幅提高采收率，目前已得到廣泛運用。但是蒸汽驅(qū)過程中由于受蒸汽超覆和油層非均質(zhì)性等因素的影響，蒸汽主要沿上部和高滲層流動，導(dǎo)致蒸汽驅(qū)波及系數(shù)降低，生產(chǎn)上表現(xiàn)為含水上升快、采出程度不高。

為提高蒸汽驅(qū)開發(fā)效果，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的泡沫蒸汽驅(qū)室內(nèi)和現(xiàn)場試驗[1-13]，勝利油田也在孤島油田中二北Ng5開展了化學(xué)蒸汽驅(qū)重大先導(dǎo)和研究。查閱大量的文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)[8-15]，目前對泡沫蒸汽驅(qū)優(yōu)化主要采用的是單因素分析法，即分析每一個因素對泡沫蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的影響，通過目前的優(yōu)化方法，僅能知道各個因素的最佳取值范圍，但是無法確定哪個因素對開發(fā)效果的影響更大。本文利用數(shù)值模擬軟件、使用正交試驗的方法，對影響泡沫蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的因素進(jìn)行分析，并用分析結(jié)果指導(dǎo)孤島油田中二北Ng5化學(xué)蒸汽驅(qū)的設(shè)計。

1泡沫蒸汽驅(qū)分析

對于泡沫蒸汽驅(qū)提高采收率的機(jī)理，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的室內(nèi)實驗[1-8，11，14]，歸結(jié)起來主要是：通過泡沫的選擇封堵作用提高波及系數(shù)，同時降低殘余油飽和度提高洗油效率。由于泡沫具有“遇水起泡、遇油消泡”的特性，即儲層注入一定量的泡沫劑后，當(dāng)其含油飽和度小于某一臨界含油飽和度時，泡沫生成，形成泡沫堵塞，迫使更多的驅(qū)替液進(jìn)入剩余油較高、無法形成泡沫的區(qū)域，提高波及系數(shù)。同時起泡劑也是一種活性很強的表面活性劑，能大幅降低油水界面張力，改善巖石表面潤濕性，使原來束縛狀態(tài)的原油通過油水乳化和液膜置換等方式成為可動油，提高洗油效率。

影響泡沫蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的因素分為兩類[1-15]：①泡沫性能，如起泡的臨界含油飽和度、阻力系數(shù)、發(fā)泡體積等；②注采參數(shù)，如氣液比、注入泡沫劑濃度、采注比等。眾多室內(nèi)研究表明，影響泡沫劑驅(qū)替效果的主要因素有臨界含油飽和度、阻力系數(shù)、泡沫劑注入濃度和氣液比。臨界含油飽和度及氣液比控制著泡沫是否生成，阻力系數(shù)表征泡沫的封堵強度，泡沫劑注入濃度決定泡沫的強度。

2泡沫蒸汽驅(qū)數(shù)值模型建立

本文中泡沫蒸汽驅(qū)數(shù)值模擬研究采用目前稠油熱采主流數(shù)值模擬軟件CMG公司的STAR模塊完成。軟件主要是通過對沒有泡沫和有泡沫時的兩條相滲插值來實現(xiàn)對泡沫驅(qū)的模擬，設(shè)置一個插值因子FM，根據(jù)含油飽和度、阻力系數(shù)、泡沫劑濃度等參數(shù)計算插值因子的大小，最終通過對兩條相滲的插值結(jié)果反映泡沫的封堵情況(具體見CMG使用說明書)。

根據(jù)孤島油田中二北Ng5地質(zhì)特點建立數(shù)值模擬模型。模型采用反九點井網(wǎng)，平面網(wǎng)格為21×21=441，縱向上根據(jù)本塊儲層河流相正韻律沉積的特點，分為低滲、中滲和高滲三個層，滲透率級差為5，油藏初始溫度65 ℃，含油飽和度0.68，地層原油黏度541mPa.s，原始地層壓力13MPa。模型按照先吞吐降壓后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)的模式開采，當(dāng)汽驅(qū)到含水為90%時轉(zhuǎn)泡沫蒸汽驅(qū)。

3泡沫蒸汽驅(qū)關(guān)鍵因素分析

根據(jù)室內(nèi)實驗，對臨界含油飽和度、阻力系數(shù)、泡沫劑注入濃度和氣液比4個關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，使用CMG軟件、采用正交試驗分析的方法進(jìn)行分析[16-19]，每個因素取3個水平(表1)，以泡沫蒸汽驅(qū)比蒸汽驅(qū)提高采收率的幅度作為試驗指標(biāo)。本次分析的目的為，通過正交試驗方法，找到影響泡沫蒸汽驅(qū)的最關(guān)鍵因素，指導(dǎo)實際油藏泡沫蒸汽驅(qū)開發(fā)中泡沫劑的選擇和現(xiàn)場注采參數(shù)的優(yōu)化。

表1　泡沫驅(qū)敏感性正交試驗分析因素水平設(shè)置

依據(jù)本次試驗因素和水平設(shè)置選取最近正交表格L9(34)，共9組試驗。由于本次試驗的水平因數(shù)不多，故可采用直觀分析法(極差分析法)，這種分析方法計算簡便，直觀，簡單易懂。試驗計算結(jié)果及分析見表2。

表2　吞吐機(jī)理正交試驗設(shè)計及計算結(jié)果

通過正交試驗結(jié)果，可以得出以下2個結(jié)論：

(1)四個因素對泡沫蒸汽驅(qū)開發(fā)效果影響大小依次為：臨界含油飽和度、泡沫劑濃度、氣液比、阻力系數(shù)。

(2)臨界含油飽和度對泡沫蒸汽驅(qū)影響非常大，明顯高于其它影響因素。

4礦場實踐

從正交試驗分析的結(jié)果來看，影響泡沫蒸汽驅(qū)最主要的參數(shù)是臨界含油飽和度，并且影響非常大，直接決定著泡沫驅(qū)成敗的關(guān)鍵。因為泡沫劑具有"遇油消泡"的特點，所以當(dāng)需要封堵的高滲帶內(nèi)含油飽和度大于泡沫劑的起泡臨界含油飽和度時，油層中將不會生成泡沫，實際油層中將是氮氣(或者其它起泡氣體)+水蒸汽的驅(qū)替效果，而不是真正的泡沫蒸汽驅(qū)。

針對高滲帶內(nèi)含油飽和度高，無法形成泡沫的問題，可以采取兩種措施來解決：提高泡沫劑起泡的臨界含油飽和度；對注入時機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的優(yōu)化，先降低高滲帶內(nèi)含油飽和度。在孤島中二北Ng5化學(xué)蒸汽蒸汽驅(qū)先導(dǎo)試驗中，高溫泡沫劑臨界含油飽和度為0.25左右，在吞吐末期高滲帶含油飽和度為0.30左右。通過上面分析，如果直接轉(zhuǎn)化學(xué)蒸汽驅(qū)，油藏中難以形成泡沫，前期注入的泡沫劑發(fā)揮作用較小，經(jīng)濟(jì)效益差。通過建立全區(qū)數(shù)值模擬模型，對注采時機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)試驗區(qū)蒸汽驅(qū)一年后，高滲條帶含油飽和度進(jìn)一步降低，低于臨界飽和度，這時轉(zhuǎn)化學(xué)蒸汽驅(qū)，地層中能形成泡沫，實現(xiàn)對高滲帶的有效封堵。

5結(jié)論

(1)泡沫蒸汽驅(qū)中四個關(guān)鍵因素對開發(fā)效果的影響大小依次為：臨界含油飽和度、泡沫劑濃度、氣液比、阻力系數(shù)。

(2)臨界含油飽和度是泡沫蒸汽驅(qū)成敗的關(guān)鍵，可以通過篩選泡沫劑的性能或者優(yōu)化注采時機(jī)使油藏形成真正的泡沫驅(qū)。

(3)中二北Ng5化學(xué)蒸汽驅(qū)試驗區(qū)應(yīng)在轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)一年后再進(jìn)行化學(xué)蒸汽驅(qū)。

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編輯：李金華

文章編號：1673-8217(2016)02-0124-03

收稿日期：2015-10-09

作者簡介：魏超平，工程師，1982年生，2008年畢業(yè)于俄羅斯國立古伯金石油天然氣大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè)，現(xiàn)從事稠油熱采開發(fā)研究工作。

基金項目:中國石化重大先導(dǎo)項目“孤島中二北Ng5高含水期化學(xué)蒸汽驅(qū)先導(dǎo)試驗項目”(YKS1002)。

中圖分類號：TE345

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A