致密油藏注空气泡沫驱机理数值模拟研究

金泽宁，潘婷

（长江大学石油工程学院，湖北武汉430100）

致密油藏注空气泡沫驱机理数值模拟研究

金泽宁，潘婷

（长江大学石油工程学院，湖北武汉430100）

本文通过对空气低温氧化的驱油机理和注泡沫的驱油机理的研究，利用CMG软件模拟致密油藏注空气泡沫的驱油机理。同时，讨论了地层韵律性，注气速度，泡沫液注入速度等因素对驱油效果的影响，为实际的开发提供一定的参考价值。

致密油藏；CMG；空气泡沫驱

据统计在2003-2008年期间，我国主要沉积盆地的新增石油储量中，低、特低渗石油所占比例从69.1%提高到87%[1]。随着科技的进步，压裂、水平井、多分支井等技术已得到广泛应用，为致密油气勘探提供了技术保障，致使致密油将是石油勘探下一个现实领域。空气源丰富、成本廉价，不受地域和空间的限制，注入空气提高采收率机理不但具有传统的注气作用，而且还具有氧气产生的其他效果。但是，单纯注空气不仅驱油效果受到限制，也会导致氧气窜到生产井而引起安全隐患。因此，可以采用泡沫辅助注空气技术进行致密油藏的开采。

1 空气低温氧化驱油机理

按油藏中原油与氧气发生低温氧化反应的不同阶段，将空气低温氧化过程可以划分为3个区域（见图1）。

图1 注入油藏中空气与原油的低温氧化过程

（1）反应后缘区：是位于注入井附近的油藏地带，该区域的部分原油被氧化，部分被注入空气驱替，氧气不再消耗，剩余油饱和度较低。

（2）反应前缘区：这个区域发生低温氧化反应，氧气的浓度逐渐降低，从21%降到0%，氧气被消耗，生成碳的氧化物，形成一个巨大的氧化带，并且反应产生热量使油层温度有所升高，促使原油黏度降低，膨胀产生驱动效应。

（3）未波及区域：是一个较宽的烟道气驱带，主要是氮气，CO2及少量烃类组分的驱替作用，注入一定压力下，易溶解于原油中，发展为混相驱，从而提高波及系数提高原油采收率[2]。

2 泡沫驱油机理

2.1 提高波及系数

叠加的气阻效应提高了波及系数。泡沫是气体分散在液相中的分散体系（也有气体分散在固相中的分散体系），也可以说是一种液包气的乳状液，当泡沫通过毛管时由于变形对流体流动产生的阻力叫贾敏效应。泡沫进入非均质地层，它将优先进入大孔道高渗透段，而叠加的气阻效应使其流动阻力逐渐提高，随着注入压力增高，泡沫可以依次进入渗透性较小、流动阻力较大的原来不能进入的层段，这样，泡沫就可以比较均匀地沿不均质地层向前推进而提高了波及系数。

2.2 改善流度比

泡沫的黏度大于水，改善了流度比。泡沫的黏度除来自分散介质液层相对移动的内摩擦外，还存在分散相间的碰撞，因此黏度比水大得多。在一定温度下，泡沫的黏度主要取决于分散介质的黏度和泡沫特性值-即泡沫质量。泡沫质量Ф是气体体积与泡沫总体积的比值，泡沫质量越高，泡沫黏度越大，当泡沫质量超过一定数值，泡沫黏度就急剧增加，泡沫黏度可用经验式计算。常用的泡沫Ф=0.52～0.99，泡沫的黏度比水大得多，所以可以大大改善流度比（M=1），比水及活性水、碱性水的波及系数都大，因此采收率显著提高。

2.3 降低油水界面

由于起泡剂是活性剂，因此活性水提高采收率的作用，泡沫同样具有。泡沫可降低油水界面张力，有乳化作用，润湿反转作用等，提高洗油效率[3]。

空气泡沫驱综合了空气驱的低温氧化机理和泡沫驱的驱油及封堵等机理。空气泡沫驱的开发方式的选择实现了延长见水周期，降低了含水率，提高了最终采收率，成本低，安全可靠[4]。因此，空气泡沫复合驱是一种很有前景的提高低渗透致密油藏采收率方法。

3 模型建立

笔者在CMG在STARS模块[5]自带的注空气低温氧化实验模型的基础上进行修改，从而建立11×4×5 Radial Grid三维径向网格模型，X方向共有11个网格，θ方向共划分12个网格，划分角度30°，Z方向共有5层，I方向网格步长为8 m，10 m，15 m，20 m，20 m，20 m，20 m，25 m，20 m，15 m，10 m，K方向网格步长1.5 m，网格的二维模型（见图2）。

3.1 地层韵律性研究

本模型首先研究地层韵律性，设置有三组，I方向渗透率等于J方向渗透率（i=j=0.9 mD），只改变K方向渗透率，从地层上依次往下，正韵律（2 mD、1 mD、0.5 mD、0.2 mD、0.1 mD）；反韵律（0.1 mD、0.2 mD、0.5 mD、1 mD、2 mD）；复合韵律（0.2 mD、1 mD、0.5 mD、2 mD、0.1 mD）（见图3）。

从图3可知，此次模拟条件中，在非均质地层中空气泡沫在正韵律性地层累积驱油量最大，效果最好；其次是复合韵律地层，而在反韵律地层中驱油效果较差。

图2 模型2D、3D网格示意图

图3 不同地层韵律性下的日产油量变化曲线

3.2 注气速度研究

注气速度是指在单位时间内向油层中注入流体体积。当注入压力和时间相同时，注气的速度越大那么向油层中注入的空气越多。注气速度会影响氧化前缘的推进速率，同时也是地层能否维持低温氧化的重要因素之一。现采取1 900 m3/d、1 800 m3/d、1 750 m3/d和1 700 m3/d注气速度来模拟（见图4）。

图4 不同注气速度下的累积产油量变化曲线

从图4可以发现注气速度为1 750 m3/d时累积产油量最多，反而不是注气速度最小值更不是注气量为最大1 900 m3/d。当注气速度过小会使得泡沫质量（气体体积比上泡沫体积）较小，黏度较小，驱油效率和波及系数较小。同样若注入速度过大，气体过多会导致气窜的发生，驱油效率和采收率都会有所降低。

3.3 泡沫液注入速度研究

对于水气交替注入过程，用表面活性剂溶液（水和一定浓度表活剂）代替水，气体与表活剂溶液混合后产生泡沫，可以降低气体的流度，增大流体的黏度，能够有效地控制水窜和气窜的发生，较大幅度的提高驱替波及系数及最终原油采收率。为了模拟泡沫液注入速度对油藏驱油的影响，现有五组分别采用6.5 m3/d、7 m3/d、7.5 m3/d、9 m3/d和11 m3/d来研究其驱油效果（见图5）。

从图5可知在模拟条件下，累积采油量随泡沫液注入速度的增大而增大；当注入空气比较多，由于注入的泡沫液能够和剩下气体有较好的混合使得生产的泡沫数量较多，因而泡沫封堵性能随泡沫液注入的速度增加而增大。

Numerical simulation of air bubble foam flooding mechanism in tight reservoir

JIN Zening，PAN Ting
（College of Petroleum Engineering，Yangtze University，Wuhan Hubei 430100，China）

In this paper,through the study of the mechanism of oil displacement mechanism of air low temperature oxidation and the mechanism of foam flooding,the oil displacement mechanism of the injection air and foam in tight oil reservoir was simulated by CMG.At the same time,it discusses the formation rhythm,gas injection rate,foam injection rate and other factors on the effect of oil displacement,and provides some reference value for the actual development.

tight reservoir；CMG；air foam flooding

TE357.45

A

1673-5285（2017）01-0064-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.01.019

2016－10-31

金泽宁，女（1992-），在读硕士研究生，研究方向为油气田开发，邮箱：2313031775@qq.com。