聚合物驱后油藏强化泡沫驱参数优化设计

张伊琳

强化泡沫驱是一种用泡沫作为驱油介质的三次采油方法。强化泡沫体系由发泡剂、稳泡剂和氮气组成，视黏度高、封堵调剖能力强，对油水的封堵具有选择性，具有扩大波及体积和提高驱油效率的双重作用[1-2]，能满足聚合物驱后封堵高渗层、启动中低渗储层的需要。为攻关聚合物驱后进一步提高采收率的有效接替技术，根据泡沫驱的选择原则，选择双河油田IV1–3层系作为先导试验区。不同于常规水驱和聚合物驱，泡沫驱的驱油效果受泡沫体系的组成、地层状况、注入条件和注入方式等因素的影响，因此有必要对泡沫驱注入参数进行优化设计，为先导试验方案编制提供技术依据。

1 油藏及开发简况

先导试验区位于南襄盆地泌阳凹陷西南斜坡双河鼻状构造带，属于中孔中渗砂砾岩油藏，韵律性以正韵律和复合韵律为主，含油面积8.23 km2，地质储量 1 127.45×104t，是聚合物驱工业化应用最大的单元。该油藏原始含油饱和度69%，原始地层压力16.49 MPa，原油相对密度0.868 9 g/cm3，地层原油黏度6.5 mPa·s。地层水为NaHCO3型，总矿化度7 530 mg/L。层系渗透率变化范围（170～1 020）×10–3μm2，平均渗透率 630×10–3μm2,平均有效孔隙度19.2%，级差18.2，变异系数0.71，突进系数3.82，储层物性和含油性较好，平面、纵向和层内非均质性均较强。

经过长期水驱和聚合物驱，试验区油层存在大孔道，非均质矛盾加强，油井含水率逐渐上升，产量递减加快。截至2017年6月，累计生产原油485.4×104t，地质储量采出程度43.04%，综合含水97.3%，采液速度9.55%，采油速度0.41%，平均单井日产油1.1 t/d，呈现“三高一低”现象，聚合物驱取得了很好的降水增油效果。聚合物驱后中低渗层剩余油分布于孔隙及喉道且剩余油较多，高渗层剩余油分布形态复杂且以零星状分布为主，赋予厚油层顶部及低渗层部位的大量剩余油未采出，平均剩余油饱和度为40%，具有开展强化泡沫驱的条件[3]。

2 泡沫驱适应的油藏条件及数模介绍

泡沫驱对油层的渗透率有一定要求，过低的渗透率会导致注入压力过高，甚至超过油层的破裂压力；地层的渗透率越高，所产生的阻力因子就越大，对高渗层的封堵效果越好，从而有利于波及系数的提高。油层的厚度大对于泡沫驱来说是比较有利的条件，一般气驱要求油层厚度大于3 m；层系主力层平均厚度达到4.4 m，油层厚度越大，驱油效果越好。层系生产气油比低，产出气体量少，有利于安全有效地开展氮气泡沫区技术。通过总结国内外注氮气现场应用实例，建立了适合氮气泡沫驱油藏的筛选标准（表1）。根据表1，双河油田IV1–3层系具备开展氮气泡沫驱提高采收率技术的条件[4-5]。

表1 氮气泡沫驱油藏的筛选标准

数模软件采用加拿大CMG模拟器的STARS模块，软件中，泡沫驱主要通过控制气相的流度来实现，依据室内实验数据结果进行数值模拟计算。室内实验数据包括聚合物浓度 2 000 mg/L，泡沫剂质量分数0.3%～0.4%，溶液黏度70～80 mPa·s，界面张力（7～8）×10-3mN/m，阻力系数10～15，残余阻力系数2.0～2.5。另外，增加一个额外的流动方程控制模拟，验证数值模拟和实验数据的一致性，为先导试验提供依据。

数模研究对象为先导试验区的中心井区，建立典型的井组模型，采用角点网格，三维网格系统平面为29×26网格，网格步长20 m，纵向上有3个模拟层（IV1、IV2、IV3），总网格数29×26×6 = 4 524个。模型参数及其它如高压物性、相渗曲线、岩石及流体性质等数据均采用该层系的实际数据。模型为“四注一采”五点法井网，注采井距为200 m。流体模型中将稳泡剂、发泡剂、氮气、油及水做为五个组成部分，建立了三维三相五组份流体模型[6]。

3 注入参数优化设计

根据室内推荐泡沫驱油体系配方范围，借鉴其他油田泡沫驱注入参数，先设计一套基础泡沫驱注入方案，即：发泡剂（0.3%）+ 稳泡剂（2 000 mg/L）+N2（纯度99.9%），注入段塞0.5 PV，年注入速度0.1 PV/a，注采比1∶1。在此基础上采用单因素法优化发泡剂浓度、稳泡剂浓度、气液比、注入速度、段塞大小及注入方式。

3.1 发泡剂质量分数优化

固定其它参数，设计发泡剂质量分数分别为0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%的7套方案。数模计算结果表明（图1），随着发泡剂质量分数的升高，提高采收率值增大，但综合指标呈下降趋势，质量分数在0.3%时，两个技术指标出现交点，考虑经济效益，确定发泡剂质量分数为0.3%。

图1 发泡剂质量分数优化对比

3.2 稳泡剂浓度优化

确定发泡剂质量分数为0.3%，设计稳泡剂浓度分别为1 000 mg/L、1 500 mg/L、2 000 mg/L、2 500 mg/L、3 000 mg/L的5套方案，从计算结果可以看出（图2），随着稳泡剂浓度的增加，提高采收率和综合指标值逐渐增大，但当浓度达到2 000 mg/L以后，提高采收率增加幅度减缓，综合指标出现拐点，后期增幅趋于平缓，因此确定稳泡剂浓度为2 000 mg/L。

图2 稳泡剂浓度优化对比

3.3 气液比优化

在其它因素相同的条件下，选择不同气液比进行泡沫驱优化，数值模拟结果（图3）可以看出，不同气液比时泡沫的驱油效果不一样，随着气液比增大，提高采收率值呈上升趋势，气液比由0.5增加至2.0，采收率增加4.1%，说明气液比大小对泡沫驱影响较大。当气液比达到1.0后，提高采收率和综合指标值的增幅均逐渐减缓。气液比的增加加剧了气窜作用，导致泡沫驱的封堵效应减弱，这与室内驱油实验结果一致。推荐先导试验区泡沫驱气液比为1.0。

3.4 注入速度优化

泡沫液的注入速度关系到泡沫封堵性能的好坏，如果泡沫液注入速度过快，泡沫液不能和气体很好混合，产生更多泡沫，导致泡沫不能更好地发挥封堵作用[7]。为了确定最佳泡沫液注入速度，在发泡剂质量分数0.3%、稳泡剂浓度2 000 mg/L、气液比1.0的条件下，分别模拟了泡沫液注入速度为0.08、0.09、0.1、0.11、0.12 PV/a时泡沫驱的开采效果（图4）。可以看出，随着注入速度增大，提高采收率值呈上升趋势，但增幅不大，注入速度由0.08 PV/a增加至0.12 PV/a，采收率仅增加1.8%，综合指标值变化不大，表明注入速度为非敏感性参数。可以看出，在0.1 PV/a时，注入速度出现拐点，因此推荐泡沫驱注入速度为0.1 PV/a。

图3 气液比优化对比

图4 注入速度优化对比

3.5 段塞大小优化

在其它因素一定的条件下，设计泡沫驱段塞大小分别为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 PV的6个方案，对比不同段塞大小对泡沫驱效果的影响（图5）。可以看出，增加主段塞注入量，波及范围增加，驱油效率相应增加，驱油效果越明显。注入量小于0.5 PV时，驱油效果随着注入量的增加迅速增加，大于0.5 PV以后，增油效果趋势减缓。对于一定的井网系统，井控程度是一定的，因此波及效率不可能无限增加。随着注入量的增加，开发成本不断增加。因此，平衡考虑驱油效果的需要及经济效益最大化，确定泡沫驱段塞大小为0.5 PV。

图5 段塞大小优化对比

3.6 注入方式优化

泡沫的注入方式也是影响其封堵效果的重要因素。由于泡沫的产生需要液体和气体同时存在，注入方式可以采取气液同时注入（气液混注），也可以采取气液交替注入。设计气液混注及交替周期分别为30 d、60 d的交替注入方式，对比泡沫驱开发效果[8]（图6）。可以看出，气液混注比气液交替注入的效果好。这是由于当气体和泡沫剂混合注入时，泡沫在地表的泡沫发生器里经过充分搅拌和接触，产生的泡沫质量较好；在氮气和泡沫剂交替注入方式下，泡沫在地层中产生的泡沫体系不稳定，并且容易发生气窜，难以形成较大的封堵压差，封堵能力相对较低。因此，推荐先导试验区泡沫驱采用气液混注方式注入。

图6 注入方式优化对比

4 泡沫驱效果预测

综合数模优化结果，结合先导试验区井网调整部署情况，根据实际地质模型，设计强化泡沫驱注入方案为：发泡剂（0.3%）+稳泡剂（2 000 mg/L）+N2（纯度99.9%），保持年注入速度为0.1 PV/a，合理气液比为1.0，考虑注采平衡的情况下，确定总注入量和总产液量，以混注方式累计注入泡沫段塞0.5 PV，先进行泡沫驱然后转后续水驱至含水98%。

先导试验区部署“4注9采”五点法井网，平均注采井距190 m，控制地质储量67×104t。其中新井1口，本层系油转注2口，通过新井部署及油转注，液流方向改变率为56.3%。从数模预测结果来看（图7），泡沫驱增油倍数达到2.8倍，最大含水降幅达到9.1%。泡沫驱至含水98%时，累计增油6.68×104t，提高采收率10.0%。从剩余油分析来看，水驱采出的油量主要来自储层的中、下部，储层顶部的剩余油难以得到动用；而泡沫驱增加的采油量主要来自储层顶部，表明强化泡沫驱扩大了波及体积，提高了驱油效率。聚合物驱后开展泡沫驱先导试验对于特高含水高温油藏进一步提高采收率具有重要意义[9]。

图7 聚驱后泡沫驱和水驱产量预测曲线

5 结论

（1）建立了适合氮气泡沫驱油藏的筛选标准，双河油田 IV1–3层系具备开展氮气强化泡沫驱进一步提高采收率技术的油藏条件。

（2）注采参数的合理设计对氮气泡沫驱驱油效果影响较大，优选的强化泡沫体系为：发泡剂（0.3%）+稳泡剂（2 000 mg/L）+ N2（纯度99.9%）；注入参数为：气液比为1∶1，段塞注入量为0.5 PV，注入速度为0.1PV/a，采用气液混注方式。

（3）预测泡沫驱可累计增油6.68×104t，提高采收率10.0%；双河油田IV1–3层系聚合物驱后开展氮气强化泡沫驱是可行的。

参考文献

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[3] 袁新强，王克亮. 复合热泡沫驱油效果研究，石油学报，2010，31（1）：87–90.

[4] 李楠，田敏. 浅谈中高渗油藏空气泡沫驱油机理[J]. 科技创业月刊，2010，（8）：185–186.

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