空气泡沫驱油技术在低渗透油藏中的应用研究

栾春芳

(大庆油田有限责任公司第六采油厂，黑龙江大庆 163000)



空气泡沫驱油技术在低渗透油藏中的应用研究

栾春芳

(大庆油田有限责任公司第六采油厂，黑龙江大庆 163000)

空气泡沫驱油技术在中高渗透油藏中取得了很好的应用效果，但在低渗透油藏中的应用较少，通过文献调研对低渗透油藏空气泡沫驱增油机理和注入方式进行总结，并结合室内实验以及现场试验对空气泡沫驱技术在低渗透油藏中进行可行性分析。结果表明，空气泡沫驱在高渗层的剩余油饱和度低于20%时，泡沫液体系能够很好地发挥作用，封堵高渗层，空气泡沫驱阶段驱替出大量低渗透层中的原油，驱油效率由水驱阶段的8.33% 升高至50.55%；矿场井组含水率由98%下降至54%，日产液量由3.5 m3下降至1 m3，日产油量由0.07 m3升高至0.46 m3。空气泡沫驱在低渗透油藏开发中具有巨大潜力，对同类油藏的增油控水具有一定的借鉴作用。

低渗透油藏； 空气泡沫驱； 增油机理； 驱油效率

随着全球石油需求的快速增长以及当前石油勘探开发技术的进步，低渗透油藏将成为今后我国油田开发的主要对象。据统计，在近期探明储量中，60%～70%为低渗储量。由于低渗透油藏渗透率、孔隙度、含油饱和度均较低，使其开采难度越来越大，空气泡沫驱综合了空气驱和泡沫驱的优点，成本低，具有传统低温氧化效果和流度控制作用，能够提高低渗层的动用程度，对于高含水、非均质严重、存在大裂缝或高渗通道的油藏具有很好的适应性[1-4]。国内胜利油田、百色油田、中原油田等先后在中高温油藏实施了空气泡沫调驱[3,5-7]，并取得了一定效果。但在浅层特低渗低温油藏中的应用较少，本文通过调研系统研究了空气泡沫驱增油机理和注入方式，并结合室内实验和现场试验对空气泡沫驱在低渗透油藏中的适应性进行了可行性分析，认为空气泡沫驱技术在低渗透油藏中具有广阔的应用前景。

1 低渗透油藏空气泡沫驱增油机理

空气泡沫驱综合泡沫驱和空气驱的优点，以泡沫驱为调剖剂，空气为驱油剂，不但具有泡沫驱和空气驱的特点，而且还具低温氧化驱油机理[8-14]。图1为空气泡沫驱油示意图。

图1 空气泡沫驱油示意图

Fig.1 Schematic diagram of air foam flooding

(1) 调整吸水剖面，扩大波及体积，提高驱油效率。在非均质油藏中，注入的泡沫液首先进入高渗层，利用泡沫液的贾敏效应，逐渐封堵高渗层，使得后续注入的泡沫液不再大量进入高渗层，注入压力升高，此时小孔道内的渗流阻力不足以抵消注入压力，泡沫开始进入小孔道，此后泡沫在大小孔道内均匀推进，调整了注入井的吸水剖面，提高了低渗层的动用程度。

起泡剂在应用中可起到表面活性剂的作用，降低油水之间的界面张力，改变岩石表面润湿性，乳化原油，提高油藏的整体的驱油效率。

(2) 空气维持油藏压力，提高油藏能量。注入的空气可补充地层能量，增加弹性能量，随着开发的持续进行，使油藏压力下降迟缓，延长油田稳产期，提高最终采收率。

(3) 油藏温度下实现低/高温氧化，实现间接烟道气驱以及热效应。原油在油藏中发生低/高温氧化，易生成烟道气，在地层中发挥烟道气驱的作用。此外，反应为放热反应，产生的热量可加热油层，降低原油黏度，减小水油流度比。

2 空气泡沫驱注入方式

空气泡沫在矿场的注入方式可总结为3种：空气和泡沫交替注入、空气和泡沫同时注入、空气和泡沫地面起泡注入。第1种由于其矿场注入地面操作简单，可执行度高，矿场应用较广泛；第2种注入方式起泡效果好，可形成较大封堵压差，但对管柱腐蚀严重，且会降低矿场注入能力；第3种注入方式较第2种矿场操作繁琐，注入压力难以控制且对注入设备以及注入管柱腐蚀性更大，在矿场中应用较少。

3 特低渗油藏空气泡沫驱可行性分析

3.1 室内物理模拟

3.1.1 实验仪器、条件及材料

(1) 实验仪器：高压中间容器、平流泵、高压气瓶、气体流量计、压力表、回压装置等。

(2) 实验温度：27 ℃。

(3) 实验用水：矿场试验区现场注入水，矿化度为48 956.30 mg/L；实验用油：试验区脱水脱气原油；实验用泡沫液体系(质量分数)：BK6A(0.5%)+BK6B (0.15%)；实验用气：干燥空气。

(4) 单管实验用岩心均质石英砂胶结岩心，模型尺寸Φ100 mm×600 mm。双管实验岩心：两块并联的均质石英砂胶结岩心，渗透率分别为9.0×10-3μm2，49.8×10-3μm2，渗透率极差为5.5，孔隙度分别为12.6%、19.8%，模型尺寸Φ60 mm×900 mm。

3.1.2 实验方法

(1) 空气泡沫调驱单管岩心驱油效率实验

将人工制作的石英砂胶结岩心接入流程，模拟不同渗透率，调节恒温箱温度至27 ℃，对模型抽真空，测量渗透率、饱和水、饱和油，将不同渗透率的岩心以0.4 mL/min的注水速度注水，至出口端含水率为98%后停止注水，记录产液量、产油量和压力的变化，计算水驱驱油效率。然后转注空气泡沫，注入方式为空气、泡沫液交替注入，气液体积比为3∶1，实时记录驱油效率，单管岩心驱油效率实验流程图见图2所示。

图2 空气泡沫驱单管岩心驱油效率实验流程

Fig.2 Flow chart of air foam flooding single pipe fractured core displacement device

为获得空气泡沫驱阻力因子与剩余油饱和度的关系，与上面的实验条件基本一致，将岩心水驱至剩余油饱和度分别为0、10%、20%、30%、40%、50%、60%，然后进行空气泡沫驱注入实验，岩心渗透率为1×10-3μm2，孔隙度为8.23%，实时记录压力变化。

(2) 空气泡沫驱双管岩心驱油效率实验

将人工制作的不同渗透率的两块石英砂胶结岩心并联接入流程，模拟不同的渗透率极差，依次对模型抽真空、饱和水、饱和油，以0.4 mL/min的注入速度水驱至含水率为98%，然后进行空气泡沫驱注入实验，空气与泡沫液交替注入，气液体积比3∶1，实时记录驱油效率，双管实验流程图见图3所示。

图3 空气泡沫驱双管岩心驱油效率实验流程

Fig.3 Flow chart of air foam flooding double tube core flooding experiment

3.1.3 实验结果及分析

(1) 空气泡沫调驱单管岩心驱油效率实验

表1为不同渗透率岩心单管空气泡沫驱油实验结果，图4为水驱后空气泡沫驱单管岩心驱油效率曲线，图5为单管岩心驱油效率与渗透率的关系曲线。

图4 水驱后空气泡沫驱单管岩心驱油效率曲线

Fig.4 Air foam flooding oil displacement efficiency ofsingle tube after water flooding

图5 单管岩心驱油效率与渗透率的关系曲线

Fig.5 Relation between single pipe oil displacement efficiency and permeability

表1 不同渗透率岩心单管空气泡沫驱油实验结果

由图4和图5可以看出，随岩心渗透率增加，水驱最终驱油效率增加，空气泡沫驱最终驱油效率亦增加，且水驱后，空气泡沫驱提高采收率幅度随渗透率的增加而增加。因为渗透率增加，泡沫的阻力系数增大，泡沫封堵能力越强，使得驱油剖面均匀推进，驱油效率提高。由表1可以看出，空气泡沫驱可提高低渗层采收率幅度达30%左右，这也充分说明空气泡沫驱在该类油藏中具有较好的适应性。

图6为空气泡沫驱油过程中不同剩余油饱和度下阻力因子的变化曲线。由图6可以看出，阻力因子随着剩余油饱和度的增加逐渐降低，剩余油饱和度大于30%之后，阻力因子趋于平稳，几乎保持不变，在无油岩样中，空气泡沫的阻力因子最大，为50.2，剩余油饱和度为30%时，阻力因子为17，与在无油岩样中相比，下降达66.14%。这说明空气泡沫体系在油藏的剩余油饱和度较高的时候，泡沫液由于受到原油消泡作用的限制，封堵能力有限，只有剩余油饱和度较低时，才能有效的发挥作用。

图6 不同剩余油饱和度下阻力因子的变化曲线

Fig.6 Change of resistance factor with the increase of residual oil saturation

(2) 空气泡沫驱双管岩心驱油效率实验

图7为空气泡沫驱双管驱油效率实验曲线。由图7可以看出，高低渗透层在水驱阶段的驱油效率相差较大，分别为25.12%、8.33%，注入空气泡沫以后，高低渗透层的最终驱油效率相差不大，分别为45.12%、50.55%，这说明水驱阶段的原油主要来自高渗层，注入空气泡沫以后，高渗层逐渐被封堵，低渗层的原油被逐渐驱替出，驱油效率由8.33%升高至50.55%，驱油效率提高幅度达42.22%，而高渗层提高采收率幅度仅为20%。这也说明了空气泡沫驱油技术在低渗透油藏具有很好的适应性。

图7 空气泡沫驱双管驱油效率实验曲线

Fig.7 Air foam flooding oil displacement efficiency of double tube

3.2 矿场应用

3.2.1 矿场应用情况 试验区大地构造位置处于鄂尔多斯盆地陕北斜坡带东部，断层与构造均不发仅局部发育低幅度鼻状构造，主力油层以长6为育，主，属于浅层低渗油藏，多发育微裂缝，区域采用超前注水开发，井网为矩形反九点井网。原油属于低密度、低黏度、低凝固点、微含硫的常规陆相黑油。地层水水型为CaCl2型，矿化度平均为58 950.50 mg/L。2013年10月1日，对试验区A井组开始进行空气泡沫驱现场试验，2013年12月19日以后转成正常注水。空气泡沫的注入方式为泡沫液和空气段塞交替注入，地下起泡，总共累计注入泡沫液281.58 m3，注入空气37 817.8 Nm3。

3.2.2 试验效果分析 图8为矿场试验井组的生产动态曲线。从图8中可以看出，注入空气泡沫以后试验井组的综合含水率以及日产液量逐渐下降并趋于稳定，日产油量逐渐上升也趋于稳定。根据试验井组的产量统计，实施空气泡沫驱油前与2014年5月1日的产量数据对比，井组综合含水率由98%下降至54%，日产液由3.5 m3下降至1 m3，日产油由0.07 m3升高至0.46 m3，井组累计增油164.7 m3，注入压力由5 MPa 提高至6.8 MPa。这充分说明了空气泡沫驱油技术在低渗透油藏中具有广阔的应用前景。

图8 试验井组生产动态曲线

Fig.8 Dynamic production curve of test wells group

4 结论

(1) 室内物理模拟实验表明，空气泡沫驱在高渗层的剩余油饱和度低于20%时，泡沫液体系能够很好地发挥作用，堵塞高渗层，空气泡沫驱阶段驱替出大量低渗层中的原油，驱油效率由水驱阶段的8.33%升高到50.55%。

(2) 矿场试验井组含水下降，日产液量下降，日产油量增长明显，注入井压力升高，达到稳油控水效果，且生产井伴生气氧含量均在安全范围之内，空气泡沫调驱技术在特低渗油藏具较好适应性。

(3) 室内实验以及矿场试验表明对于特低渗油藏，空气泡沫驱技术是一项提高油藏采收率的有效手段之一，对于同类油藏的高效开发具有一定的借鉴意义，在后续的应用开发中应对管柱的腐蚀采取必要的针对措施。

[1] 梁于文，熊运斌，高海涛，等.强非均质性油藏空气泡沫调驱先导试验——以胡状集油田胡12断块为例[J]．油气地质与采收率，2009，16(5)：69-71．

Liang Yuwen， Xiong Yunbin， Gao Haitao，et al． Pilot test of air foam drive of serious heterogeneous reservoirs——Taking Hu 12 fault block in Huzhuangji oilfield as an example[J]．Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2009，16(5)：69-71．

[2] 王杰祥，李娜，孙红国，等．非均质油层空气泡沫驱提高采收率试验研究[J]．石油钻探技术，2008，36(2)：4-6．

Wang Jiexiang，Li Na，Sun Hongguo，et al．Experiment study of improved oil recovery through air foam flooding in heterogeneous reservoir [J]．Petroleum Drilling Techniques，2008，36(2)：4-6．

[3] 于洪敏，任邵然，王杰祥，等.胜利油田注空气提高采收率数模研究[J]．石油钻采工艺，2008，30(3)：105-109．

Yu Hongmin， Ren Shaoran， Wang Jiexiang，et al．Numerical simulation study on enhanced oil recovery by air injection process in Shengli Oilfield [J]．Oil Drilling & Production Technology，2008，30(3)：105-109．

[4] 杨宝泉，任韶然，于洪敏，等.轻质油藏注空气低温氧化机理数值模拟[J]．新疆石油地质，2009，30(3)：358-361．

Yang Baoquan，Ren Shaoran， Yu Hongmin，et al．Numerical simulation of low temperature oxidation mechanism for air injection in light oil reservoirs [J]．Xinjiang Petroleum Geology，2009，30(3)：358-361．

[5] 任韶然，于洪敏，左景栾，等．中原油田空气泡沫驱提高采收率技术[J]．石油学报，2009，30(3)：414-416．

Ren Shaoran，Yu Hongmin，Zuo Jingluan，et al．EOR technology of profile control and displacement process by air foam injection in Zhongyuan oilfield [J]．Acta Petrolei Sinica，2009，30(3)：414-416．

[6] 王杰祥，来轩昂，王庆，等.中原油田注空气驱油试验研究[J]．石油钻探技术，2007，35(2)：5-7．

Wang Jiexiang， Lai Xuanang, Wang Qing，et al．Experimental studies of displacement using air injection in Zhongyuan oilfield [J]．Petroleum Drilling Techniques，2007，35(2)：5-7．

[7] 张旭，刘健仪，孙良田，等.注空气低温氧化提高轻质油气藏采收率研究[J]．天然气工业，2004，24(4)：78-80．

Zhang Xu，Liu Jianyi，Sun Liangtian，et al． Research on the mechanisms of enhancing recovery of light oil reservoir by air injection [J]．Natural Gas Industry，2004，24(4)：78-80．

[8] Watts B C，Hall T F，Petri D J．The horse creek air injection project：An overview[R]．SPE 38359，1997．

[9] Pascual M,Crosta D，Lacentre P，et al．Air injection into a mature waterflooded light oil reservoir：Laboratory and simulation results for Barrancas Field，Argentina[R].SPE 94092，2005．

[10] Ren S R，Greaves M，Rathbone R R.Air injection LTO progress：An IOR technique for light-oil reservoirs[J].SPE Journal，2002，7(1)：90-99．

[11] 曾保全，程林松，李春兰，等.特低渗透储层活性水驱实验研究[J]．辽宁工程技术大学学报:自然科学版，2009，28(增刊)：25-27．

Zeng Baoquan，Cheng Linsong，Li Chunlan，et al．Experiment study on surfactant flooding for ultra-low permeability reservoir [J]．Journal of Liaoning Technical University(Natural Science)，2009，28(Suppl)：25-27．

[12] 马涛，王海波，邵红云.烟道气驱提高采油率技术发展现状[J]．石油钻采工艺，2007，29(5)：79-84．

Ma Tao，Wang Haibo，Shao Hongyun．Status quo of EOR technology development based on flue gas flooding[J]．Oil Drilling & Production Technology，2007，29(5)：79-84．

[13] 赵长久，么世椿，鹿守亮，等.泡沫复合驱研究[J].油田化学，2004，21(4)：357-360．

Zhao Changjiu，Yao Shichun，Lu Shouliang，et al．Studies on alkaline/surfactant/polymer combinational foam flood in Daqing[J]．Oilfield Chemistry，2004，21(4)：357-360．

[14] Quoc P N, Alexander V. Experimental and modeing studies on foam in porous media：A review[R].SPE 58799，2005：2-10．

(编辑 宋官龙)

Application of Air-Foam Flooding Technology in Low Permeability Reservoir

Luan Chunfang

(No.6OilProductionPlant,DaqingOilfieldCompanyLtd.,DaqingHeilongjiang163000,China)

The air-foam flooding technology has been applied well in middle-high permeability reservoirs, however, it is less applied in low permeability reservoirs. The air-foam flooding mechanism and injection mode of low permeability reservoirs were studied throw literature research and the feasibility of air-foam flooding in low permeability reservoir was proceeded by indoor simulation experiment and field test. The results showed that when the residual oil saturation was lower than 20% in the high permeability layer, the foam fluid system can play a very good role and block the high permeability layer. A large number of crude oil in the low permeability layers was displaced during the air-foam flooding stage and the oil displacement efficiency rised from 8.33% to 50.55%. The water content of the field test well group decreased from 98% to 54%, the daily fluid production rate dropped from 3.5 m3to 1 m3, and the daily oil production increased from 0.07 m3to 0.46 m3. The air-foam flooding technology has tremendous potential in the development of low permeability reservoirs and has a certain reference function of stabilizing oil output and controlling water content for the similar reservoirs.

Low permeability reservoir; Air-foam flooding; Mechanism of EOR; Oil displacement efficiency

1006-396X(2015)03-0051-05

2015-01-28

2015-04-03

国家自然科学基金项目(90210019)。

栾春芳(1973-)，女，工程师，从事油气藏开发综合分析工作；E-mail:luanchunfang@petrochina.com.cn。

TE357

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.03.011