劉學(xué)全

(中國(guó)石化華北油氣分公司工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006)

超低滲裂縫性油藏泡沫輔助空氣驅(qū)油數(shù)值模擬
——以紅河油田105井區(qū)為例

劉學(xué)全

(中國(guó)石化華北油氣分公司工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006)

紅河油田為超低滲裂縫性油藏，為改善水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果，開(kāi)展了泡沫輔助空氣驅(qū)提高采收率數(shù)值模擬研究。根據(jù)該油田105井區(qū)的地質(zhì)油藏條件，建立三維地質(zhì)模型，在歷史擬合的基礎(chǔ)上，對(duì)泡沫輔助空氣驅(qū)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，泡沫輔助空氣驅(qū)最佳參數(shù)為：注入方式為空氣、起泡液交替注入；空氣、起泡液的注入速度均為15 m3/d；起泡液濃度為2 500 mg/L；段塞周期為30 d；氣液比為3∶1。經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)表明，采用泡沫輔助空氣驅(qū)方案，其產(chǎn)出投入比在2∶1以上。該井區(qū)采用泡沫輔助空氣驅(qū)技術(shù)可較好地改善注水開(kāi)發(fā)效果，達(dá)到降水增油和提高原油采收率目的。

紅河油田；泡沫輔助空氣驅(qū)；油藏?cái)?shù)值模擬；參數(shù)優(yōu)化；經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

泡沫輔助空氣驅(qū)綜合了空氣驅(qū)與泡沫驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)，既可以提高波及體積，又可以提高洗油效率，是非均質(zhì)性強(qiáng)、高含水油藏提高原油采收率最有發(fā)展前景的技術(shù)之一[1-3]。泡沫輔助空氣驅(qū)技術(shù)目前已經(jīng)在中原油田[4]、長(zhǎng)慶油田[5]、百色油田[6]、延長(zhǎng)油礦等油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并取得了較好的效果。紅河油田是鄂爾多斯盆地南部的低滲透裂縫性油藏，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)導(dǎo)致注入水沿高滲透層突進(jìn)，水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果差。為改善水驅(qū)效果，提高原油產(chǎn)量，本文在物理模擬實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以紅河油田的105井區(qū)井組作為研究對(duì)象，開(kāi)展了泡沫輔助空氣驅(qū)油藏?cái)?shù)值模擬研究，并探討該技術(shù)在低滲透裂縫性油藏應(yīng)用的可行性。

1 油藏基本狀況

紅河油田105井區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)涇油氣勘查區(qū)塊中部，隸屬于甘肅省鎮(zhèn)原縣與涇川縣。紅河105井區(qū)動(dòng)用面積4.1 km2，動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量283.8×104t，主要含油層位是延長(zhǎng)組長(zhǎng)81亞油層組，屬低孔、超低滲裂縫性油藏，油藏平均埋深2 250 m，平均溫度69 ℃，平均孔隙度10.8%，平均滲透率0.4×10-3μm2。原油為低含硫、輕質(zhì)的常規(guī)原油，地面原油密度0.818～0.83 g/cm3，黏度6.40 mPa·s，地層原油密度0.79 g/cm3，地層原油黏度3.2 mPa·s，地層水呈弱酸性，水型為CaCl2型，氯根46 865.61 mg/L，地層水礦化度75 406.03 mg/L。

2 建模及歷史擬合

2.1 地質(zhì)模型的建立

應(yīng)用CMG油藏模擬軟件三維可視化地質(zhì)建模軟件Builder，結(jié)合鉆井、測(cè)井及分析化驗(yàn)資料，建立油藏的頂面構(gòu)造、砂巖厚度、有效厚度、孔隙度、滲透率等網(wǎng)格參數(shù)場(chǎng)[7-8]，縱向上劃分為1層，為長(zhǎng)81油藏。X方向網(wǎng)格步長(zhǎng)為50 m，Y方向網(wǎng)格步長(zhǎng)為50 m，總網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為2 584(68×38×1)。根據(jù)地質(zhì)建模輸出的模型參數(shù)，利用CMG初始化功能建立井組的數(shù)值模擬模型。

2.2 開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)與歷史擬合

紅河105井區(qū)2008年底投入開(kāi)發(fā)，至2012年2月，該區(qū)有生產(chǎn)井39口，注水井17口，月產(chǎn)油216 t，月產(chǎn)水2 726 m3，含水60.6%。累積產(chǎn)油量1.18×104t，累積產(chǎn)水1.25×104m3，累積注水13.18×104m3，采出程度0.42%。

利用建立的紅河105井區(qū)油藏?cái)?shù)值模擬模型進(jìn)行歷史擬合，主要針對(duì)井區(qū)產(chǎn)量、含水以及單井的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)資料進(jìn)行擬合。歷史擬合曲線(xiàn)與實(shí)際生產(chǎn)變化動(dòng)態(tài)非常接近，歷史擬合達(dá)到預(yù)期目的，表明建立的模型能夠較好地符合地下油層的實(shí)際情況。

3 泡沫輔助空氣驅(qū)參數(shù)優(yōu)化[9-10]

3.1 注入方式

設(shè)計(jì)空氣、起泡液交替注入和同時(shí)注入兩種方式進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)與水驅(qū)進(jìn)行效果對(duì)比，預(yù)測(cè)未來(lái)10年之內(nèi)不同注入方式的累積產(chǎn)油量，結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，空氣、起泡液交替注入和同時(shí)注入，采收率都比單純水驅(qū)效果好，且交替注入好于空氣、起泡液同時(shí)注入效果。因此紅河105井區(qū)采用空氣、起泡液交替注入方式。

圖1 不同注入方式下累積產(chǎn)油量

3.2 空氣注入速度

選取紅河105-20井作為泡沫驅(qū)注入井，設(shè)計(jì)空氣、起泡液交替注入，改變注氣速度分別為6,9,12,15,18 m3/d，模擬注氣10年，結(jié)果如圖2所示。模擬結(jié)果表明，累積產(chǎn)油量隨注氣速度的加快而增加，但注入速度大于15 m3/d時(shí)，累積產(chǎn)油量增加幅度明顯變小。說(shuō)明注氣速度越快，注入的空氣越多，則參與低溫氧化的氧氣越多，生成碳的氧化物越多，進(jìn)而反應(yīng)產(chǎn)生的熱量也隨之增加，油層溫度升高，促使更多的輕質(zhì)組分蒸發(fā)。由氧化生成的一氧化碳、二氧化碳，空氣中的氮?dú)庖约罢舭l(fā)的輕烴組分等組成的煙道氣增多，則累積產(chǎn)油量增多，提高最終采收率。但由于實(shí)際油藏的耗氧能力是一定的，注入速度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致氣體過(guò)早的突破，反而可能會(huì)使得采收率降低，氧氣利用率下降，經(jīng)濟(jì)效益變差。因此選取注氣速度為15 m3/d。

圖2 不同注氣速度下累積產(chǎn)油量

3.3 泡沫液注入速度

在水氣交替注入過(guò)程中，用表面活性劑溶液代替水，氣體與表面活性劑溶液混合產(chǎn)生泡沫，可以大大降低氣體的流度，能夠更有效地控制水竄和氣竄，提高驅(qū)替波及系數(shù)和原油采收率。對(duì)于特定的油藏，存在一個(gè)最優(yōu)的注液速度：如果低于此值，油層內(nèi)產(chǎn)生的泡沫量太少，則達(dá)不到有效封堵高滲透層位的目的；若高于此值，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的泡沫過(guò)多，則會(huì)導(dǎo)致井口注入壓力增加過(guò)快，無(wú)法順利注入泡沫[11]。

選取紅河105-20井作為泡沫驅(qū)注入井，設(shè)計(jì)空氣、起泡液交替注入，注氣速度為15 m3/d，改變泡沫液的注入速度，分別為9,12,15,18 m3/d，模擬注氣10年，結(jié)果如圖3所示。模擬結(jié)果表明，累積產(chǎn)油量隨泡沫液注入速度的加快而增加，但注入速度大于15 m3/d時(shí)，累積產(chǎn)油量增加幅度變化不大。這是由于當(dāng)泡沫液注入速度較低時(shí)，不足以克服生成泡沫所需的能量，因此產(chǎn)生的泡沫較少。而隨著泡沫液注入速度的增大，產(chǎn)生的流動(dòng)能力也較大，足以克服發(fā)泡所需做的功，形成泡沫的能力越強(qiáng)，迅速產(chǎn)生的泡沫有利于對(duì)大孔道產(chǎn)生封堵。因此選取泡沫液注入速度為15 m3/d。

圖3 不同泡沫液注入速度下累積產(chǎn)油量

3.4 泡沫液濃度

泡沫液濃度增加可以使發(fā)泡量增加，泡沫的封堵能力及穩(wěn)定性加強(qiáng)，驅(qū)油效率提高。優(yōu)選出合適的泡沫液濃度不僅有利于提高驅(qū)油效率，也有利于降低開(kāi)采成本。

選取紅河105-20井作為泡沫驅(qū)注入井，設(shè)計(jì)空氣、起泡液交替注入，空氣、起泡液的注入速度均為15 m3/d，改變泡沫液中起泡劑的濃度。模擬注氣10年，結(jié)果如圖4所示。模擬結(jié)果表明，隨著起泡劑濃度的增加，累積產(chǎn)油量增加，起泡劑增大到一定濃度后，累積產(chǎn)油量增加幅度變化不大。說(shuō)明隨著起泡劑濃度的增加，起泡劑溶液與氣體混合產(chǎn)生的泡沫增多，封堵能力增強(qiáng)?？紤]到經(jīng)濟(jì)因素，選取2500 mg/L為起泡劑最佳注入濃度。

圖4 不同起泡劑濃度下累積產(chǎn)油量

3.5 段塞周期

選取紅河105-20井作為泡沫驅(qū)注入井，設(shè)計(jì)空氣、起泡液交替注入，空氣、起泡液的注入速度均為15 m3/d，泡沫液濃度為2 500 mg/L，模擬注氣10年，改變氣液交替注入時(shí)泡沫液的注入周期，結(jié)果如圖5所示。結(jié)果表明，隨著段塞周期的增大，累積產(chǎn)油量呈降低趨勢(shì)，這表明在泡沫輔助空氣驅(qū)氣液交替注入過(guò)程中，累積產(chǎn)油量隨氣液交替段塞周期的加長(zhǎng)而增加，但段塞周期大于30 d時(shí)，累積產(chǎn)油量開(kāi)始降低。分析認(rèn)為：如果交替段塞較小，由于

圖5 不同段塞周期下下累積產(chǎn)油量

地層的漏失和吸附，將很難形成泡沫；如果交替段塞較大，由于氣體和液體的密度、黏度等性質(zhì)存在很大的區(qū)別，會(huì)致使它們之間的流動(dòng)通道不同，液體和氣體不能充分地相互作用，則導(dǎo)致很難產(chǎn)生泡沫或產(chǎn)生質(zhì)量很差的泡沫，起驅(qū)替作用的主要是氣體和液體單獨(dú)進(jìn)行，這樣就發(fā)揮不出泡沫驅(qū)的封堵性能，從而無(wú)法達(dá)到擴(kuò)大波及體積，提高驅(qū)油效率的目的。因此選取段塞周期為30 d。

3.6 氣液比

氣液比也就是俗稱(chēng)的泡沫質(zhì)量，是影響泡沫性能的重要參數(shù)之一。選取紅河105-20井作為泡沫驅(qū)注入井，設(shè)計(jì)空氣、起泡液交替注入，空氣、起泡液的注入速度均為15 m3/d，泡沫劑濃度為2 500 mg/L，段塞周期為30 d，僅改變氣液比，模擬注氣10年，模擬結(jié)果如圖6所示。結(jié)果表明，當(dāng)氣液比增大時(shí)，累積產(chǎn)油量先增加，當(dāng)氣液比增大到一定值時(shí)，累積產(chǎn)油量開(kāi)始降低。這是因?yàn)?，隨著氣液比的增大，注入孔隙中的空氣較多，因而孔隙中產(chǎn)生的泡沫就較多，對(duì)地層的封堵能力就強(qiáng)；當(dāng)氣液比繼續(xù)增大時(shí)，雖然生成泡沫較多，但泡沫液膜變薄，強(qiáng)度降低，泡沫穩(wěn)定性下降，甚至?xí)纬蓺飧Z，出現(xiàn)形不成泡沫的狀況[12]。因此選取氣液比為1∶3。

圖6 不同氣液比下累積產(chǎn)油量

4 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

4.1 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)前面泡沫輔助空氣驅(qū)注入?yún)?shù)數(shù)值模擬研究，適合紅河105井區(qū)最佳泡沫驅(qū)注入?yún)?shù)為：注入方式為空氣、起泡液交替注入，空氣、起泡液的注入速度均為15 m3/d，泡沫液濃度為2 500 mg/L，段塞周期為30 d，氣液比為3∶1。在上述參數(shù)優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一口井進(jìn)行泡沫輔助空氣驅(qū)、三口井同時(shí)進(jìn)行泡沫輔助空氣驅(qū)，注入時(shí)間10年，對(duì)這2個(gè)開(kāi)發(fā)方案和水驅(qū)開(kāi)發(fā)進(jìn)行預(yù)測(cè)比較。結(jié)果如表1所示。從預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出：若單純考慮增油量，注入井?dāng)?shù)越多，增油量越多。礦場(chǎng)實(shí)施采用何種開(kāi)采方式，可從經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)。

表1 不同開(kāi)發(fā)方案效果預(yù)測(cè)結(jié)果

4.2 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

根據(jù)上述方案預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)。取原油價(jià)格為3585元/t，水處理費(fèi)為10元/t，起泡劑價(jià)格為30000元/t，其他費(fèi)用采用中國(guó)石油化工股份有限公司《油氣田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》(2012年版)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，1口井進(jìn)行泡沫輔助空氣驅(qū)項(xiàng)目的稅前內(nèi)部財(cái)務(wù)收益率為15.1%，投資回收期4.4年，投入產(chǎn)出比為1∶2.2。3口井進(jìn)行泡沫輔助空氣驅(qū)項(xiàng)目的稅前內(nèi)部財(cái)務(wù)收益率為55.1%，投資回收期2.6年，投入產(chǎn)出比為1∶2.5。稅前主要財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)滿(mǎn)足行業(yè)基準(zhǔn)收益要求，具有財(cái)務(wù)盈利能力。

5 結(jié)論

(1)經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算和參數(shù)優(yōu)選，紅河油田105井區(qū)的合理泡沫輔助空氣驅(qū)參數(shù)的注入方式為：空氣、起泡液交替注入；空氣、起泡液的注入速度均為15 m3/d；泡沫液濃度為2 500 mg/L；段塞周期為30 d；氣液比為1∶3。

(2)根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)了一口井和三口井同時(shí)進(jìn)行泡沫輔助空氣驅(qū)的實(shí)施方案，與水驅(qū)相比，兩種方案均能大幅度提高原油產(chǎn)量和降低含水率。

(3)通過(guò)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，紅河油田105井區(qū)采用泡沫輔助空氣驅(qū)技術(shù)能夠達(dá)到降水增油和提高原油采收率的目的，并可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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編輯：岑志勇

1673-8217(2017)03-0101-04

2016-12-13

劉學(xué)全，工程師，1980年生，2005年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事提高采收率和機(jī)械采油研究工作。

中國(guó)石化科技部項(xiàng)目“鄂南致密砂巖油田水平井高效開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05045)；中石化華北分公司局控科技項(xiàng)目“低滲油田注氣驅(qū)工藝技術(shù)研究”(KJ-11-08)。

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