張改革 吳正彬 龐占喜

(1. 中國石化勝利油田濱南采油廠， 山東 濱州 256600；2. 中國石油大學(xué)石油工程教育部重點實驗室， 北京 102249)

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蒸汽吞吐后期提高采收率技術(shù)篩選研究

張改革1吳正彬2龐占喜2

(1. 中國石化勝利油田濱南采油廠， 山東 濱州 256600；2. 中國石油大學(xué)石油工程教育部重點實驗室， 北京 102249)

針對稠油油藏蒸汽吞吐后期汽竄嚴重的現(xiàn)象，開展了蒸汽泡沫調(diào)驅(qū)的室內(nèi)實驗研究，繪制了吞吐后期提高采收率措施選擇圖版。利用數(shù)值模擬技術(shù)，對埕南91塊超稠油田進行了提高采收率措施優(yōu)選，優(yōu)選結(jié)果與圖版法得到的結(jié)果相同，證明了圖版的正確性，為類似稠油油藏提高采收率方法的選擇提供了借鑒。

稠油油藏； 蒸汽吞吐； 滲透率級差； 泡沫驅(qū)； 凝膠

中國稠油資源豐富，分布廣泛[1]。我國的稠油開采仍然以蒸汽吞吐為主，但是隨著吞吐輪次的增加，稠油吞吐井正面臨著單井產(chǎn)量低、油汽比低、總產(chǎn)量低的“三低”困境。為了改善多輪次蒸汽吞吐后期開發(fā)稠油油藏的效果，國內(nèi)外學(xué)者開展了廣泛的研究，提出了許多有效提高采收率的技術(shù)。研究表明，泡沫輔助蒸汽吞吐有著良好的開發(fā)效果[2-7]。Bernard等人通過室內(nèi)泡沫驅(qū)油實驗，認為泡沫驅(qū)能夠提高驅(qū)替液的波及體積從而提高原油采收率[8]。李兆敏等人通過泡沫選擇性封堵實驗，認為泡沫能夠選擇性封堵高滲層，從而改善吸汽剖面[9]。而近年來耐高溫的凝膠作為一種良好的封堵劑也被應(yīng)用于稠油油藏注蒸汽開發(fā)的后期。研究表明，對于非均質(zhì)性嚴重的儲層，高溫凝膠能夠有效地調(diào)整吸汽剖面，從而改善注蒸汽開發(fā)稠油油藏的效果[10-13]。對于多輪次蒸汽吞吐后期提高采收率技術(shù)界限判定的方法和手段比較復(fù)雜。本次研究以埕南91塊稠油油藏為例，從室內(nèi)實驗和數(shù)值模擬2個方面進行了研究，得到了提高采收率措施的適應(yīng)性模板。

1 實驗方法及流程

通過平行雙管并聯(lián)實驗，研究不同原油黏度下，采用不同的提高采收率方法改善稠油蒸汽吞吐開發(fā)效果的滲透率級差界限，為開發(fā)措施的選擇提供實驗依據(jù)。

1.1 實驗材料及設(shè)備

實驗材料主要包括：不同粒徑的玻璃微珠(20、40、60、80、120、160目)和體積分數(shù)為0.5%的發(fā)泡劑溶液。實驗用油采用濱南油田單56塊地面脫氣原油和煤油按照一定比例配制而成，50 ℃時的黏度分別為250、1 000、5 000、1×104、2×104mPa·s。

實驗設(shè)備主要包括：稠油物理模擬驅(qū)替裝置、蒸汽發(fā)生器、回壓泵、雙填砂管(L60 cm×Φ3.8 cm)、高壓恒壓恒速泵(ISCO平流泵)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高精度電子天平、氣體質(zhì)量流量控制器、六通閥、旋轉(zhuǎn)黏度計、秒表、量筒若干。

利用自制的平行雙管進行驅(qū)油實驗，對稠油蒸汽驅(qū)和泡沫驅(qū)的適應(yīng)性進行分析。實驗裝置如圖1所示。整個驅(qū)替裝置主要由2部分組成：(1) 驅(qū)替部分。主要包括蒸汽發(fā)生器、ISCO平流泵、填砂管、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、氮氣瓶、氣體緩沖容器、氣體質(zhì)量流量控制器、中間容器、蒸汽發(fā)生器、六通閥等。通過蒸汽發(fā)生器向填砂管注入蒸汽，通過平流泵和中間容器向填砂管注入泡沫。(2) 計量部分。主要包括秒表、量筒等，記錄實驗過程中不同時刻的產(chǎn)水量和產(chǎn)油量。

圖1 物理模擬實驗裝置圖

為了模擬油層的滲透率級差，結(jié)合礦場實際，采用不同目數(shù)的玻璃珠分別填充2個填砂管，構(gòu)造不同滲透率級差的并聯(lián)雙管。

實驗步驟：(1) 利用不同目數(shù)的玻璃珠分別填充2根填砂管，構(gòu)造不同滲透率級差的并聯(lián)雙管；(2) 對裝填好玻璃珠的填砂管抽真空，飽和地層水，得到填砂管孔滲數(shù)據(jù)；(3) 在50 ℃條件下，以 2 mLmin的速率向模型中飽和原油，得到初始含油飽和度；(4) 以2 mLmin的速率分別進行蒸汽驅(qū)和泡沫驅(qū)，當(dāng)高滲管出口端出現(xiàn)蒸汽時停止實驗。

實驗結(jié)束時，低滲管所產(chǎn)液體積占總產(chǎn)液體積10%的級差為極限滲透率級差。極限滲透率級差，是指高于該級差之后，注入的流體只進入高滲層，而低滲層得不到動用。

2 實驗結(jié)果與分析

設(shè)計了多組單純蒸汽驅(qū)和泡沫驅(qū)平行雙管驅(qū)替實驗，填砂管部分物性參數(shù)如表1所示。5種不同原油黏度下蒸汽驅(qū)和泡沫驅(qū)的極限滲透率級差分布如圖2所示。

從圖2知，當(dāng)原油黏度超過5 000 mPa·s之后，單純蒸汽驅(qū)的極限滲透率級差為2左右。隨著黏度的增加，極限滲透率級差減小，后逐漸趨于平緩。即原油黏度越大，動用低滲層所需的極限滲透率級差越小。當(dāng)原油黏度超過5 000 mPa·s后，泡沫驅(qū)的極限滲透率級差為3左右。對比可知，相同原油黏度時，泡沫驅(qū)比蒸汽驅(qū)的極限滲透率級差大，說明泡沫驅(qū)的開發(fā)效果好于單純蒸汽驅(qū)。但是隨著原油黏度的增加至特稠油、超稠油范圍內(nèi)時，單純泡沫驅(qū)的封堵效果較差，說明泡沫驅(qū)對普通稠油的調(diào)剖具有一定的適應(yīng)性。

通過實驗得出不同原油黏度、不同驅(qū)替方式(單純蒸汽驅(qū)、泡沫驅(qū))下的滲透率級差。將實驗結(jié)果進行整理，形成圖版，如圖3所示。根據(jù)不同的原油黏度和滲透率級差即可選擇出相應(yīng)的提高采收率措施。

表1 不同注入方式的滲透率級差界限

圖2 極限滲透率級差隨原油黏度的變化

圖3 提高采收率措施選擇圖版

分析該圖版可知：(1) 超稠油范圍內(nèi)(黏度大于5×104mPa·s)，單純泡沫驅(qū)不具備適應(yīng)條件，應(yīng)采用強度更高的凝膠類或者復(fù)合類調(diào)堵劑，以及采用組合式蒸汽吞吐方式；(2) 特稠油范圍內(nèi)(黏度介于1×104～5×104mPa·s)，泡沫適應(yīng)性范圍為3倍級差以下；(3) 普通稠油范圍內(nèi)(黏度小于1×104mPa·s)，泡沫驅(qū)適應(yīng)范圍為3～10倍級差。

表2為提高采收率措施選擇表。當(dāng)稠油油藏蒸汽吞吐達到高輪次時，單純蒸汽吞吐效果變差，需要考慮實施泡沫輔助蒸汽吞吐、凝膠或復(fù)合類調(diào)剖劑輔助蒸汽吞吐和組合式蒸汽吞吐技術(shù)。

表2 提高采收率措施選擇表

3 不同采收率技術(shù)使用界限的應(yīng)用

埕南91塊的目的層位為東二段。根據(jù)試油試采資料，東二段油藏壓力為17.28 MPa，地面原油密度為1.054 gcm3，50 ℃ 時的脫氣原油黏度為300 000 mPa·s，屬于超稠油油藏。在蒸汽吞吐開采之后埕南91塊井間儲層中還有大量的剩余油，為進一步提高油層采收率，需向井中注入蒸汽或者復(fù)合流體，補充地層能量，增加流體驅(qū)替能力。

3.1 注采方案設(shè)計

為了對比不同復(fù)合流體輔助蒸汽吞吐開發(fā)的效果，設(shè)計了5種注入方式，見表3。蒸汽吞吐方式均以日產(chǎn)油量低于5 m3為轉(zhuǎn)注條件，周期注汽量、日注汽量的遞增量為10%。注汽時間為15 d，燜井時間為5 d。

多輪次蒸汽吞吐后分別進行注蒸汽、注凝膠、注泡沫、先注凝膠 — 后注泡沫、先注泡沫 — 后注凝膠的復(fù)合式蒸汽吞吐方式生產(chǎn)。注入量為折算量相等的蒸汽、凝膠、泡沫或者泡沫凝膠體系。注入方式為段塞注入，不同注入方式的注采參數(shù)見表3。

表3 不同注入方式參數(shù)優(yōu)化設(shè)計

3.2 方案預(yù)測結(jié)果

利用數(shù)值模擬技術(shù)，預(yù)測了蒸汽吞吐轉(zhuǎn)注后 1個周期的周期產(chǎn)油量，預(yù)測結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，周期產(chǎn)油量由大到小的注入方式依次為：凝膠+泡沫輔助蒸汽吞吐、泡沫+凝膠輔助吞吐、凝膠輔助蒸汽吞吐、泡沫輔助蒸汽吞吐、單純蒸汽吞吐，而凝膠+泡沫與泡沫+凝膠組合的周期產(chǎn)油量相差不大。因此，埕南91塊稠油油藏多輪次蒸汽吞吐后期最佳的開發(fā)方式為凝膠+泡沫輔助蒸汽吞吐。

圖4 不同蒸汽吞吐方式周期產(chǎn)油量對比圖

埕南91塊油藏的原油黏度為30×104mPa·s左右，屬于超稠油范圍。根據(jù)圖版法分析，多輪次蒸汽吞吐后期提高采收率的方式可選用復(fù)合堵劑輔助蒸汽吞吐。這與數(shù)值模擬優(yōu)化設(shè)計得到的結(jié)果一致，說明該圖版可在埕南91塊應(yīng)用。

4 結(jié) 語

從多輪次蒸汽吞吐后期提高采收率技術(shù)的適應(yīng)性研究了蒸汽驅(qū)、泡沫驅(qū)的滲透率級差界限。根據(jù)平行雙管實驗的結(jié)果，建立了提高采收率技術(shù)與極限滲透率級差的圖版。根據(jù)儲層滲透率級差，通過該圖版可直觀地選擇相應(yīng)的提高采收率措施。數(shù)值模擬結(jié)果證明了該圖版具有較強的實用性。

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Investigation on Selection of EOR Technologies after Cyclic Steam Simulation

ZHANGGaige1WUZhengbin2PANGZhanxi2

(1. Binnan Oil Production Plant, Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Binzhou Shandong 256600, China; 2. MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

In view of steam channeling during cyclic steam stimulation process for heavy oil reservoir, a laboratory experiment is conducted to study profile control by steam foam. The chart of the selection of EOR method is drawn according to the experiment data. The EOR technology for Chengnan 91 block is optimized by numerical simulation method. The result agrees to that from the chart, proving the correction of the chart. The study is supposed to provide guidance for the selection of EOR technologies for the similar heavy oil reservoirs.

heavy oil reservoir; cyclic steam; permeability differential; foam flooding; gel

2016-02-22

國家自然科學(xué)基金項目“裂縫型稠油油藏非等溫滲吸機理及動力學(xué)模型”(51274212)；國家自然科學(xué)基金項目“蒸汽+非凝析氣熱力泡沫在多孔介質(zhì)中的運移及滯留機理”(51104165)

張改革(1989 — )，女，山東濱州人，碩士，工程師，研究方向為稠油熱采。

吳正彬(1991 — )，男，湖北仙桃人，中國石油大學(xué)(北京)油氣田開發(fā)專業(yè)在讀博士，研究方向為提高稠油采收率。

TE345

A

1673-1980(2016)05-0048-04