蒸汽吞吐后期提高采收率技术筛选研究

张改革 吴正彬 庞占喜

(1. 中国石化胜利油田滨南采油厂， 山东 滨州 256600；2. 中国石油大学石油工程教育部重点实验室， 北京 102249)



蒸汽吞吐后期提高采收率技术筛选研究

张改革1吴正彬2庞占喜2

(1. 中国石化胜利油田滨南采油厂， 山东 滨州 256600；2. 中国石油大学石油工程教育部重点实验室， 北京 102249)

针对稠油油藏蒸汽吞吐后期汽窜严重的现象，开展了蒸汽泡沫调驱的室内实验研究，绘制了吞吐后期提高采收率措施选择图版。利用数值模拟技术，对埕南91块超稠油田进行了提高采收率措施优选，优选结果与图版法得到的结果相同，证明了图版的正确性，为类似稠油油藏提高采收率方法的选择提供了借鉴。

稠油油藏； 蒸汽吞吐； 渗透率级差； 泡沫驱； 凝胶

中国稠油资源丰富，分布广泛[1]。我国的稠油开采仍然以蒸汽吞吐为主，但是随着吞吐轮次的增加，稠油吞吐井正面临着单井产量低、油汽比低、总产量低的“三低”困境。为了改善多轮次蒸汽吞吐后期开发稠油油藏的效果，国内外学者开展了广泛的研究，提出了许多有效提高采收率的技术。研究表明，泡沫辅助蒸汽吞吐有着良好的开发效果[2-7]。Bernard等人通过室内泡沫驱油实验，认为泡沫驱能够提高驱替液的波及体积从而提高原油采收率[8]。李兆敏等人通过泡沫选择性封堵实验，认为泡沫能够选择性封堵高渗层，从而改善吸汽剖面[9]。而近年来耐高温的凝胶作为一种良好的封堵剂也被应用于稠油油藏注蒸汽开发的后期。研究表明，对于非均质性严重的储层，高温凝胶能够有效地调整吸汽剖面，从而改善注蒸汽开发稠油油藏的效果[10-13]。对于多轮次蒸汽吞吐后期提高采收率技术界限判定的方法和手段比较复杂。本次研究以埕南91块稠油油藏为例，从室内实验和数值模拟2个方面进行了研究，得到了提高采收率措施的适应性模板。

1 实验方法及流程

通过平行双管并联实验，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开发效果的渗透率级差界限，为开发措施的选择提供实验依据。

1.1 实验材料及设备

实验材料主要包括：不同粒径的玻璃微珠(20、40、60、80、120、160目)和体积分数为0.5%的发泡剂溶液。实验用油采用滨南油田单56块地面脱气原油和煤油按照一定比例配制而成，50 ℃时的黏度分别为250、1 000、5 000、1×104、2×104mPa·s。

实验设备主要包括：稠油物理模拟驱替装置、蒸汽发生器、回压泵、双填砂管(L60 cm×Φ3.8 cm)、高压恒压恒速泵(ISCO平流泵)、数据采集系统、高精度电子天平、气体质量流量控制器、六通阀、旋转黏度计、秒表、量筒若干。

利用自制的平行双管进行驱油实验，对稠油蒸汽驱和泡沫驱的适应性进行分析。实验装置如图1所示。整个驱替装置主要由2部分组成：(1) 驱替部分。主要包括蒸汽发生器、ISCO平流泵、填砂管、数据采集系统、氮气瓶、气体缓冲容器、气体质量流量控制器、中间容器、蒸汽发生器、六通阀等。通过蒸汽发生器向填砂管注入蒸汽，通过平流泵和中间容器向填砂管注入泡沫。(2) 计量部分。主要包括秒表、量筒等，记录实验过程中不同时刻的产水量和产油量。

图1 物理模拟实验装置图

为了模拟油层的渗透率级差，结合矿场实际，采用不同目数的玻璃珠分别填充2个填砂管，构造不同渗透率级差的并联双管。

实验步骤：(1) 利用不同目数的玻璃珠分别填充2根填砂管，构造不同渗透率级差的并联双管；(2) 对装填好玻璃珠的填砂管抽真空，饱和地层水，得到填砂管孔渗数据；(3) 在50 ℃条件下，以 2 mLmin的速率向模型中饱和原油，得到初始含油饱和度；(4) 以2 mLmin的速率分别进行蒸汽驱和泡沫驱，当高渗管出口端出现蒸汽时停止实验。

实验结束时，低渗管所产液体积占总产液体积10%的级差为极限渗透率级差。极限渗透率级差，是指高于该级差之后，注入的流体只进入高渗层，而低渗层得不到动用。

2 实验结果与分析

设计了多组单纯蒸汽驱和泡沫驱平行双管驱替实验，填砂管部分物性参数如表1所示。5种不同原油黏度下蒸汽驱和泡沫驱的极限渗透率级差分布如图2所示。

从图2知，当原油黏度超过5 000 mPa·s之后，单纯蒸汽驱的极限渗透率级差为2左右。随着黏度的增加，极限渗透率级差减小，后逐渐趋于平缓。即原油黏度越大，动用低渗层所需的极限渗透率级差越小。当原油黏度超过5 000 mPa·s后，泡沫驱的极限渗透率级差为3左右。对比可知，相同原油黏度时，泡沫驱比蒸汽驱的极限渗透率级差大，说明泡沫驱的开发效果好于单纯蒸汽驱。但是随着原油黏度的增加至特稠油、超稠油范围内时，单纯泡沫驱的封堵效果较差，说明泡沫驱对普通稠油的调剖具有一定的适应性。

通过实验得出不同原油黏度、不同驱替方式(单纯蒸汽驱、泡沫驱)下的渗透率级差。将实验结果进行整理，形成图版，如图3所示。根据不同的原油黏度和渗透率级差即可选择出相应的提高采收率措施。

表1 不同注入方式的渗透率级差界限

图2 极限渗透率级差随原油黏度的变化

图3 提高采收率措施选择图版

分析该图版可知：(1) 超稠油范围内(黏度大于5×104mPa·s)，单纯泡沫驱不具备适应条件，应采用强度更高的凝胶类或者复合类调堵剂，以及采用组合式蒸汽吞吐方式；(2) 特稠油范围内(黏度介于1×104～5×104mPa·s)，泡沫适应性范围为3倍级差以下；(3) 普通稠油范围内(黏度小于1×104mPa·s)，泡沫驱适应范围为3～10倍级差。

表2为提高采收率措施选择表。当稠油油藏蒸汽吞吐达到高轮次时，单纯蒸汽吞吐效果变差，需要考虑实施泡沫辅助蒸汽吞吐、凝胶或复合类调剖剂辅助蒸汽吞吐和组合式蒸汽吞吐技术。

表2 提高采收率措施选择表

3 不同采收率技术使用界限的应用

埕南91块的目的层位为东二段。根据试油试采资料，东二段油藏压力为17.28 MPa，地面原油密度为1.054 gcm3，50 ℃ 时的脱气原油黏度为300 000 mPa·s，属于超稠油油藏。在蒸汽吞吐开采之后埕南91块井间储层中还有大量的剩余油，为进一步提高油层采收率，需向井中注入蒸汽或者复合流体，补充地层能量，增加流体驱替能力。

3.1 注采方案设计

为了对比不同复合流体辅助蒸汽吞吐开发的效果，设计了5种注入方式，见表3。蒸汽吞吐方式均以日产油量低于5 m3为转注条件，周期注汽量、日注汽量的递增量为10%。注汽时间为15 d，焖井时间为5 d。

多轮次蒸汽吞吐后分别进行注蒸汽、注凝胶、注泡沫、先注凝胶 — 后注泡沫、先注泡沫 — 后注凝胶的复合式蒸汽吞吐方式生产。注入量为折算量相等的蒸汽、凝胶、泡沫或者泡沫凝胶体系。注入方式为段塞注入，不同注入方式的注采参数见表3。

表3 不同注入方式参数优化设计

3.2 方案预测结果

利用数值模拟技术，预测了蒸汽吞吐转注后 1个周期的周期产油量，预测结果见图4。

从图4可以看出，周期产油量由大到小的注入方式依次为：凝胶+泡沫辅助蒸汽吞吐、泡沫+凝胶辅助吞吐、凝胶辅助蒸汽吞吐、泡沫辅助蒸汽吞吐、单纯蒸汽吞吐，而凝胶+泡沫与泡沫+凝胶组合的周期产油量相差不大。因此，埕南91块稠油油藏多轮次蒸汽吞吐后期最佳的开发方式为凝胶+泡沫辅助蒸汽吞吐。

图4 不同蒸汽吞吐方式周期产油量对比图

埕南91块油藏的原油黏度为30×104mPa·s左右，属于超稠油范围。根据图版法分析，多轮次蒸汽吞吐后期提高采收率的方式可选用复合堵剂辅助蒸汽吞吐。这与数值模拟优化设计得到的结果一致，说明该图版可在埕南91块应用。

4 结 语

从多轮次蒸汽吞吐后期提高采收率技术的适应性研究了蒸汽驱、泡沫驱的渗透率级差界限。根据平行双管实验的结果，建立了提高采收率技术与极限渗透率级差的图版。根据储层渗透率级差，通过该图版可直观地选择相应的提高采收率措施。数值模拟结果证明了该图版具有较强的实用性。

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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

国家自然科学基金项目“裂缝型稠油油藏非等温渗吸机理及动力学模型”(51274212)；国家自然科学基金项目“蒸汽+非凝析气热力泡沫在多孔介质中的运移及滞留机理”(51104165)

张改革(1989 — )，女，山东滨州人，硕士，工程师，研究方向为稠油热采。

吴正彬(1991 — )，男，湖北仙桃人，中国石油大学(北京)油气田开发专业在读博士，研究方向为提高稠油采收率。

TE345

A

1673-1980(2016)05-0048-04