影响泡沫蒸汽驱开发效果关键因素分析——以胜利孤岛油田中二北Ng5区块为例

魏超平

( 中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257000)

影响泡沫蒸汽驱开发效果关键因素分析

——以胜利孤岛油田中二北Ng5区块为例

魏超平

( 中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257000)

摘要：利用数值模拟软件、采用正交试验的方法，对影响泡沫蒸汽驱的关键因素进行分析。研究结果表明，泡沫蒸汽驱中四个关键因素对开发效果的影响大小依次为：临界含油饱和度、泡沫剂浓度、气液比、阻力系数，临界含油饱和度是泡沫蒸汽驱成败的关键，设计时应该通过筛选泡沫剂的性能或者优化注采时机使油藏形成真正的泡沫驱。应用这一研究成果，对胜利孤岛油田中二北Ng5化学蒸汽驱先导方案设计进行指导，试验区应在目前基础上先进行一年蒸汽驱后再转化学蒸汽驱。

关键词：孤岛油田；中二北Ng5；稠油开发;泡沫蒸汽驱;数值模拟

对于稠油油藏，最常用的开发方式是蒸汽吞吐和蒸汽驱。其中蒸汽驱因能有效动用井间剩余油，大幅提高采收率，目前已得到广泛运用。但是蒸汽驱过程中由于受蒸汽超覆和油层非均质性等因素的影响，蒸汽主要沿上部和高渗层流动，导致蒸汽驱波及系数降低，生产上表现为含水上升快、采出程度不高。

为提高蒸汽驱开发效果，国内外进行了大量的泡沫蒸汽驱室内和现场试验[1-13]，胜利油田也在孤岛油田中二北Ng5开展了化学蒸汽驱重大先导和研究。查阅大量的文献后发现[8-15]，目前对泡沫蒸汽驱优化主要采用的是单因素分析法，即分析每一个因素对泡沫蒸汽驱开发效果的影响，通过目前的优化方法，仅能知道各个因素的最佳取值范围，但是无法确定哪个因素对开发效果的影响更大。本文利用数值模拟软件、使用正交试验的方法，对影响泡沫蒸汽驱开发效果的因素进行分析，并用分析结果指导孤岛油田中二北Ng5化学蒸汽驱的设计。

1泡沫蒸汽驱分析

对于泡沫蒸汽驱提高采收率的机理，国内外已经进行了大量的室内实验[1-8，11，14]，归结起来主要是：通过泡沫的选择封堵作用提高波及系数，同时降低残余油饱和度提高洗油效率。由于泡沫具有“遇水起泡、遇油消泡”的特性，即储层注入一定量的泡沫剂后，当其含油饱和度小于某一临界含油饱和度时，泡沫生成，形成泡沫堵塞，迫使更多的驱替液进入剩余油较高、无法形成泡沫的区域，提高波及系数。同时起泡剂也是一种活性很强的表面活性剂，能大幅降低油水界面张力，改善岩石表面润湿性，使原来束缚状态的原油通过油水乳化和液膜置换等方式成为可动油，提高洗油效率。

影响泡沫蒸汽驱开发效果的因素分为两类[1-15]：①泡沫性能，如起泡的临界含油饱和度、阻力系数、发泡体积等；②注采参数，如气液比、注入泡沫剂浓度、采注比等。众多室内研究表明，影响泡沫剂驱替效果的主要因素有临界含油饱和度、阻力系数、泡沫剂注入浓度和气液比。临界含油饱和度及气液比控制着泡沫是否生成，阻力系数表征泡沫的封堵强度，泡沫剂注入浓度决定泡沫的强度。

2泡沫蒸汽驱数值模型建立

本文中泡沫蒸汽驱数值模拟研究采用目前稠油热采主流数值模拟软件CMG公司的STAR模块完成。软件主要是通过对没有泡沫和有泡沫时的两条相渗插值来实现对泡沫驱的模拟，设置一个插值因子FM，根据含油饱和度、阻力系数、泡沫剂浓度等参数计算插值因子的大小，最终通过对两条相渗的插值结果反映泡沫的封堵情况(具体见CMG使用说明书)。

根据孤岛油田中二北Ng5地质特点建立数值模拟模型。模型采用反九点井网，平面网格为21×21=441，纵向上根据本块储层河流相正韵律沉积的特点，分为低渗、中渗和高渗三个层，渗透率级差为5，油藏初始温度65 ℃，含油饱和度0.68，地层原油黏度541mPa.s，原始地层压力13MPa。模型按照先吞吐降压后转蒸汽驱的模式开采，当汽驱到含水为90%时转泡沫蒸汽驱。

3泡沫蒸汽驱关键因素分析

根据室内实验，对临界含油饱和度、阻力系数、泡沫剂注入浓度和气液比4个关键因素进行分析，使用CMG软件、采用正交试验分析的方法进行分析[16-19]，每个因素取3个水平(表1)，以泡沫蒸汽驱比蒸汽驱提高采收率的幅度作为试验指标。本次分析的目的为，通过正交试验方法，找到影响泡沫蒸汽驱的最关键因素，指导实际油藏泡沫蒸汽驱开发中泡沫剂的选择和现场注采参数的优化。

表1　泡沫驱敏感性正交试验分析因素水平设置

依据本次试验因素和水平设置选取最近正交表格L9(34)，共9组试验。由于本次试验的水平因数不多，故可采用直观分析法(极差分析法)，这种分析方法计算简便，直观，简单易懂。试验计算结果及分析见表2。

表2　吞吐机理正交试验设计及计算结果

通过正交试验结果，可以得出以下2个结论：

(1)四个因素对泡沫蒸汽驱开发效果影响大小依次为：临界含油饱和度、泡沫剂浓度、气液比、阻力系数。

(2)临界含油饱和度对泡沫蒸汽驱影响非常大，明显高于其它影响因素。

4矿场实践

从正交试验分析的结果来看，影响泡沫蒸汽驱最主要的参数是临界含油饱和度，并且影响非常大，直接决定着泡沫驱成败的关键。因为泡沫剂具有"遇油消泡"的特点，所以当需要封堵的高渗带内含油饱和度大于泡沫剂的起泡临界含油饱和度时，油层中将不会生成泡沫，实际油层中将是氮气(或者其它起泡气体)+水蒸汽的驱替效果，而不是真正的泡沫蒸汽驱。

针对高渗带内含油饱和度高，无法形成泡沫的问题，可以采取两种措施来解决：提高泡沫剂起泡的临界含油饱和度；对注入时机进行准确的优化，先降低高渗带内含油饱和度。在孤岛中二北Ng5化学蒸汽蒸汽驱先导试验中，高温泡沫剂临界含油饱和度为0.25左右，在吞吐末期高渗带含油饱和度为0.30左右。通过上面分析，如果直接转化学蒸汽驱，油藏中难以形成泡沫，前期注入的泡沫剂发挥作用较小，经济效益差。通过建立全区数值模拟模型，对注采时机进行优化，当试验区蒸汽驱一年后，高渗条带含油饱和度进一步降低，低于临界饱和度，这时转化学蒸汽驱，地层中能形成泡沫，实现对高渗带的有效封堵。

5结论

(1)泡沫蒸汽驱中四个关键因素对开发效果的影响大小依次为：临界含油饱和度、泡沫剂浓度、气液比、阻力系数。

(2)临界含油饱和度是泡沫蒸汽驱成败的关键，可以通过筛选泡沫剂的性能或者优化注采时机使油藏形成真正的泡沫驱。

(3)中二北Ng5化学蒸汽驱试验区应在转蒸汽驱一年后再进行化学蒸汽驱。

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编辑：李金华

文章编号：1673-8217(2016)02-0124-03

收稿日期：2015-10-09

作者简介：魏超平，工程师，1982年生，2008年毕业于俄罗斯国立古伯金石油天然气大学油气田开发专业，现从事稠油热采开发研究工作。

基金项目:中国石化重大先导项目“孤岛中二北Ng5高含水期化学蒸汽驱先导试验项目”(YKS1002)。

中图分类号：TE345

文献标识码：A