埕东油田西区强化泡沫驱试验研究

黄 翔 中石化胜利油田分公司河口采油厂,山东东营257200 中国石油大学(北京)石油工程学院,北京1 02249

吴晓东 (中国石油大学(北京)石油工程学院,北京102249)

强化泡沫驱是在泡沫驱基础上发展起来的一种新的三次采油技术[1],强化泡沫体系由泡沫剂、聚合物和氮气组成,是在泡沫驱的基础上加上聚合物驱,改善了普通泡沫稳定性差的缺点,并且能降低泡沫剂的吸附损耗[2]。室内试验研究表明,强化泡沫体系可有效地封堵高渗层和大孔道,对于强非均质油藏和大孔道发育油藏提高采收率具有重要意义[3]。笔者针对埕东油田西区强化泡沫驱先导性试验区的油藏特点及水驱开发现状,利用加拿大的CMG数值模拟软件,对强化泡沫驱注入段塞大小、注入泡沫剂浓度、聚合物浓度、注入方式等参数进行了优化研究。

1 先导性试验区概况

1.1 油藏地质特征

先导性试验区位于埕东油田西区的中西部,内部构造简单,地层发育平缓,地层倾角不到1°。试验区含油面积0.9km2,平均有效厚度6.5m,地质储量119×104t,主要开发层系为馆陶组上段3砂组,储层物性和含油性较好,非均质性较强,地下大孔道普遍发育,平均空气渗透率2.3μ m2,孔隙度37%,原始含油饱和度62%,渗透率变异系数0.73。原油属常规稠油,平均地面粘度1619mPa·s,地下粘度74mPa·s。地层水型为NaHCO3型,总矿化度6227mg/L,二价离子含量130mg/L,原始地层压力11.27MPa,油层温度60℃。

1.2 开发简况

试验区于1976年5月投入开发;1977年5月采用反九点面积注水;1980年、1985年进行了整体加密调整;进入特高含水期后,为控制层内矛盾、延缓注入水沿底部大孔道推进,1992年进行了整体堵水调剖;1994年进入特高含水后期的 “控水稳油”开发阶段。2004年9月,试验区有油井15口,日液水平835.4t,日油水平22.6t,综合含水97.3%,采出程度39.8%。水井4口,日注水616m3。

2 数值模拟

数模软件采用加拿大CMG计算机模拟公司的Stars模拟器。软件中,泡沫驱主要通过控制气相的流度来实现,该方法具有以下优点:①对实验数据要求较少;②仅增加了一个额外的流动方程 (泡沫剂),限制了模拟成本的增加;③能够简单快速筛选试验方案,为先导性试验提供依据。

数模研究对象为埕东油田西区的强化泡沫驱先导性试验区,为减少开放性边界产生的不利影响,数模模型外扩一个井距,包括42口采油井,21口注水井 (其中18口转注井)。由于试验区只包含馆陶组上段3砂组一个储层,数模根据测井解释成果,纵向上划分了3个韵律段,作为数模模型的3个模拟层(layer1、layer2、layer3)。网格模型采用直角网格系统,建立了79×77×3的网格,有效节点9024个。流体模型中将聚合物、泡沫剂、氮气、油及水作为5个组成部分,建立了三相5组分流体模型。

3 注入参数优化研究

3.1 主段塞大小优化

设计主段塞大小为0.1、0.2、0.3、0.4PV共4个方案,研究主段塞大小对驱油效果的影响。主段塞大小优化对比如图1。由图1可以看出,随着主段塞注入倍数增加,采油量增加,试验区采出程度提高,但注入0.3PV后,油量增加幅度逐渐减少,0.4PV的采出程度只比0.3PV高1.25个百分点,优化的主段塞大小为0.3PV。

3.2 泡沫剂浓度优化

固定段塞大小和聚合物浓度,选取泡沫剂浓度为0.5%、0.75%、1.0%共3个方案。数模计算结果表明,随着泡沫剂浓度增加,采出程度变化不大,说明泡沫剂浓度为非敏感性参数。油砂吸附对泡沫性质影响曲线如图2。由图2可以看出,油砂吸附后,泡沫剂溶液的半衰期和发泡体积都减小,但泡沫剂浓度大于0.5%后,油砂吸附对泡沫性质影响明显降低,考虑地层吸附,泡沫剂浓度应不低于0.5%。

图1 主段塞大小优化对比

图2 油砂吸附对泡沫性质影响曲线

3.3 聚合物浓度优化

设计主段塞聚合物浓度变化范围为1500、1600、1700、1800mg/L。聚合物浓度优化对比如图3。从图3可以看出,随着聚合物浓度增加,采出程度增加,但当聚合物浓度超过1600mg/L后,采出程度增加幅度明显降低。因此,优化的聚合物浓度为1600mg/L。

3.4 前置段塞大小优化

在三次采油矿场实施过程中,通常采用 “阶梯型”段塞结构的注入方式,即注入溶液分几个连续的段塞,其浓度依次降低,其中第1段塞为前缘保护及牺牲段塞,浓度略高于优化的主段塞注入浓度,一般为主段塞浓度的1.1～1.5倍[4]。结合试验区油藏地质状况和注入井注入能力分析,为保证地下充分起泡,前置段塞泡沫剂浓度设计为主段塞浓度的1.5倍,为0.75%,聚合物浓度借鉴胜利油田聚合物驱的经验,设计为1800mg/L。

前置段塞用量一般占总用量的10%～20%[4],以满足地层吸附为主。从数模优化结果看 (图4),随着前置段塞用量增大,原油采出程度增加,注入0.03PV和0.02PV相比,采出程度明显增加,表明前置段塞用量小于0.02PV以地层吸附为主,大于0.02PV后以驱油为主,因此满足地层吸附的前置段塞用量应大于0.02PV。

图3 聚合物浓度优化对比

图4 前置段塞大小优化对比

3.5 注入方式优化

在上述注入剂浓度和段塞尺寸优化研究的基础上,研究不同注入方式-气液混注、气液交替注入(交替周期分别为10、20、30d)对强化泡沫驱油效果的影响。从数模结果看 (表1),气液混合注入效果最好,采出程度达到54.18%;但交替注入周期为10、20d的采出程度与混合注入相差不大,不到1%,交替周期大于20d后采出程度明显降低。考虑矿场可操作性并借鉴单井试注试验经验,数模推荐交替式注入方式为10d 1个周期。

表1 不同注入方式对比

3.6 参数优化结果与方案设计

根据数模优化结果,结合室内实验和矿场实际情况,设计先导性试验区强化泡沫驱注入方案为:前置段塞0.02PV(1800mg/L聚合物+0.75%泡沫剂)+主段塞0.3PV(氮气 (即气体)+1600mg/L聚合物+0.5%泡沫剂 (即液体))气液交替注入,交替周期10d。

预测矿场实施后,与常规水驱相比,可提高采收率11.64个百分点,增产原油13.85×104t,增加的采油量主要来自储层顶部,储层顶部采出程度达到41.12%,比水驱提高了21.27个百分点,见表2。试验区如果继续采用水驱开采,最终采收率只有42.20%,采出的油量主要来自储层的中、下部 (储层中、下部采出程度分别增加了2.34%和2.64%),储层顶部的剩余油难以得到动用 (顶部采出程度仅增加了0.42%),表明强化泡沫驱扩大了波及体积,提高了驱油效率。

表2 数模预测采收率

根据室内试验、数值模拟结果,结合矿场实际注入情况,推荐矿场采用清水配置母液、污水稀释注入,注入段塞为0.31PV,注入速度为0.08PV/a。矿场推荐注入方式:

前置段塞:0.03PV(1800mg/L聚合物+1.0%泡沫剂);

主段塞:0.3PV氮气和 (1600mg/L聚合物+0.5%泡沫剂)(即液体),交替注入,气液比1∶1。

4 现场试验

试验区2004年9月22日开始注前置段塞,2005年7月30日开始转入主段塞试注,首先按0.5∶1的气液比交替注入,周期4d。2006年2月17日调整气液比为1∶1,交替注入,周期4d。截止到2008年12月,累计注入1541d,注入体积0.266PV,注入聚合物干粉814t,起泡剂2533.3t,累注聚合物溶液47.8715×104t,总量335.3PV·mg/L,累注氮气1003.0071×104m3。

4.1 注入动态变化

注水井1个月后,油压开始上升,2006年7月前置段塞结束时平均油压10.6MPa,目前注入压力11.1MPa,与注聚前相比升高3.8MPa。从霍尔积分看,前置段塞结束后阻力系数为2.2,主段塞注入后阻力系数进一步增大到4.89,说明泡沫复合体系增大了流动阻力,进一步改善了油层的渗流状况。

4.2 生产动态变化

试验区日油水平由25.4t/d上升到44t/d,日增油18.6t,综合含水由97%下降到94.4%,降了2.6%,目前日产油是注入前的1.7倍,累积增油14013t,提高采收率1.18%。

5 结 论

1)选用CMG软件,建立了三维三相5组分数模模型,实现了强化泡沫驱数值模拟技术。

2)优化的强化泡沫驱先导试验区注入参数为:前置段塞0.02PV(1800mg/L聚合物+0.75%泡沫剂)+主段塞0.3PV(氮气+1600mg/L聚合物+0.5%泡沫剂),注入方式以气液交替式注入为宜,交替周期10d。

3)先导试验区实施强化泡沫驱后,波及体积扩大,驱油效率提高,截止到2008年底,采收率提高1.18%,累积增产原油1.4×104t。

[1]廖广志,李立众,孔繁华,等.常规泡沫驱油技术 [M].北京:石油工业出版社,1999.

[2]王增林,王其伟.强化泡沫驱油体系性能研究 [J].石油大学学报 (自然科学版),2004,28(3):49～51.

[3]王其伟,曹绪龙,周国华,等.泡沫封堵能力试验研究[J].西南石油学院学报,2003,25(6):40～42.

[4]孙焕泉,张以根,曹绪龙.聚合物驱油技术 [M].东营:石油大学出版社,2002.