油层重力分异对泡沫驱气液比的影响

马 良，黄先科，刘 根

（成都理工大学能源学院，四川成都 610059）

在泡沫驱的过程中，通常采用的是气液交替注入的方式。在注入液体的过程中，由于油层厚度不同，导致在注液体时，由于液柱压力的影响，油层下部的注入压力明显高于上部油层的注入压力；然而，在注入气体的过程中，油层下部的注入压力和油层上部的注入压力基本相同。进而导致在泡沫驱替过程中，油层下部与油层上部的气液比不同。把这种情况称为重力分异作用对泡沫体系气液比的影响。笔者主要研究油层厚度（重力分异）、渗透率及层间压力三者分别在气液交替注入方式下对气液比的影响规律。

1 实验准备

1.1 实验条件及仪器

（1）实验条件：温度80 ℃；

（2）实验仪器：恒温箱、回压阀、注入泵、中间容器、填砂管、注气泵等。

1.2 实验步骤

（1）填砂管的制备：用石英砂制备填砂管；

（2）测定填砂管的水相渗透率和孔隙度；

（3）实验分别用0.1 m/d、0.5 m/d、0.8 m/d、1.1 m/d、1.4 m/d、1.7 m/d、2.0 m/d、3.0 m/d、4.0 m/d 以及5.0 m/d的流量水驱并记录与之对应的两端稳定压差P；

（4）在填砂管的出口端加上回压1.0 MPa，再分别用0.1 m/d、0.5 m/d、0.8 m/d、1.1 m/d、1.4 m/d、1.7 m/d、2.0 m/d、3.0 m/d、4.0 m/d 以及5.0 m/d 的流量水驱并记录与之对应的两端稳定压差P；

（5）在填砂管的出口端加上回压2.0 MPa，再分别用0.1 m/d、0.5 m/d、0.8 m/d、1.1 m/d、1.4 m/d、1.7 m/d、2.0 m/d、3.0 m/d、4.0 m/d 以及5.0 m/d 的流量水驱并记录与之对应的两端稳定压差P。

2 结果与分析

用石英砂分别制备了三根填砂管，分别在出口端的压力为0.1 MPa、1.0 MPa、2.0 MPa 的情况下，对这三根填砂管进行水驱和气驱，测得这三根填砂管的孔隙度与渗透率数据（见表1）。

表1 三根填砂管的孔隙度与渗透率数据

2.1 地层压力相同的非均质油层

当模拟油层的地层压力相同，但油层的层间非均质性很明显时，即模拟油层分上下两层，并且上下两个油层的渗透率有着明显的不同。可以分别设定上部油层的渗透率为K1，下部油层的渗透率为K2。现设定上下油层的分界部分为参照面，并设定这个位置的气/液比为1:1，则可以得到模拟油层在地层压力不同的情况下油层相对厚度对注入气体线速度、注入液体线速度以及气液比的影响情况（见图1）。

图1 地层压力相同的非均质油层模型

图2 地层压力为0.1 MPa 的非均质油层相对厚度对气液比的影响

2.1.1 模拟油层压力为0.1 MPa 当模拟油层的地层压力为0.1 MPa 时，则可以得到模拟油层在上部油层的渗透率为854.26×10-3μm2，下部油层的渗透率为529.40×10-3μm2的情况下油层相对厚度对气液比的影响（见图2）。

由图2 可知，当模拟油层的地层压力相同并且为0.1 MPa 时，由于上部油层的渗透率较大，下部油层渗透率较小，导致上下油层的分界部分的气体与液体的注入线速度有一个突变的情况，这是因为在同一个位置气体与液体的注入压差不变，但渗透率不同，则注入气体与液体的线速度发生突变，由于上部油层的渗透率大于下部油层的渗透率，所以上部油层的注入气体与液体的线速度大于下部油层的注入气体与液体的线速度。但由于气体与液体注入线速度变化情况大致相同，所以气液比基本不变。

图3 地层压力为1.0 MPa 的非均质油层相对厚度对气液比的影响

图4 地层压力为2.0 MPa 的非均质油层相对厚度对气液比的影响

2.1.2 模拟油层压力为1.0 MPa 当模拟油层的地层压力为1.0 MPa 时，则可以得到模拟油层在上部油层的渗透率为854.26×10-3μm2，下部油层的渗透率为529.40×10-3μm2的情况下油层相对厚度对气液比的影响（见图3）。

2.1.3 模拟油层压力为2.0 MPa 当模拟油层的地层压力为2.0 MPa 时，则可以得到模拟油层在上部油层的渗透率为854.26×10-3μm2，下部油层的渗透率为529.40×10-3μm2的情况下油层相对厚度对气液比的影响（见图4）。

从图3、图4 可知，在地层压力分别为1.0 MPa 和2.0 MPa 的情况下，油层相对厚度对气液比的影响一致，均表现为在油层的分界部分的气体与液体的注入线速度发生突变，而气液比基本保持不变。

综上所述，当模拟油层是同一个系统，但油层的层间非均质性很明显时，即模拟油层分上下两层，并且上下两个油层的渗透率有着明显的不同的时候，油层相对厚度对注入气体线速度、注入液体线速度以及气液比的影响情况与地层的压力没有关系。在油层分界处的上部油层，注入气体线速度保持不变，注入液体线速度随着油层相对厚度的增加而较均匀的增加，气液比逐渐减小；在油层分界处的下部油层，注入气体线速度也保持不变，注入液体线速度也随着油层相对厚度的增加而较均匀的增加，气液比逐渐减小；但在上下油层的分界部分，注入气体与液体的线速度会发生突变，但气液比基本保持不变。

2.2 有层间压差的均质油层

当模拟油层是均质油层，但地层压力不同时，即模拟油层有上下两层，并且上下两个油层不是同一个压力系统，中间存在隔层。可以分别设定上部油层的地层压力为P1，下部油层的地层压力为P2，隔层的厚度为h。现设定上部油层注入液体的线速度为0.1 m/d 的位置为参照面，则可以得到油层中注入液体的线速度与油层相对厚度的关系，现设定下部油层注入气体的线速度为0.1 m/d，则可以得到模拟油层在渗透率不同的情况下油层相对厚度对气液比的影响（见图5）。

2.2.1 模拟油层渗透率为854.26×10-3μm2当上下两个油层的渗透率都为854.26×10-3μm2时，则可以得到上部油层的地层压力为0.1 MPa，下部油层的地层压力为1.0 MPa，隔层的厚度为40.3 m 的情况下油层相对厚度对气液比的影响（见图6）。

图5 有层间压差的均质油层模型

由图6 可知，当模拟油层的上下油层的渗透率为854.26×10-3μm2，上部油层的地层压力为0.1 MPa，下部油层的地层压力为1.0 MPa，隔层的厚度为40.3 m 时，在上部油层中气液比随油层相对厚度的增加逐渐下降，中间隔层起到了一定的阻挡作用，造成液体和气体的能量损失，使得注入液体和注入气体的线速度均降低，由于二者损失量的不同造成气液比的突增，随后能量平稳，下部油层中气液比随油层相对厚度的增加也逐渐下降。

2.2.2 模拟油层渗透率为529.40×10-3μm2当上下两个油层的渗透率都为529.40×10-3μm2时，则可以得到上部油层的地层压力为0.1 MPa，下部油层的地层压力为2.0 MPa，隔层的厚度为107 m 的情况下油层相对厚度对气液比的影响（见图7）。

2.2.3 模拟油层渗透率为326.97×10-3μm2当上下两个油层的渗透率都为326.97×10-3μm2时，则可以得到上部油层的地层压力为0.1 MPa，下部油层的地层压力为2.0 MPa，隔层的厚度为46.4 m 的情况下油层相对厚度对气液比的影响（见图8）。

图6 渗透率为854.26×10-3μm2 时不同地层压力情况下油层相对厚度对气液比的影响

图7 渗透率为529.40×10-3μm2 时不同地层压力情况下油层相对厚度对气液比的影响

图8 渗透率为326.97×10-3μm2 时不同地层压力情况下油层相对厚度对气液比的影响

图9 油层厚度对采收率的影响

图10 油层厚度对见气时间的影响

从图7、图8分析得出，在渗透率为529.40×10-3μm2、326.97×10-3μm2的不同地层压力的油层与在渗透率为854.26×10-3μm2的不同地层压力的油层具有一致的变化特点。在同一个压力系统中，气液比随着油层相对厚度的增加而逐渐下降，隔层对注入气体速度和注入液体速度起到了一定的阻挡作用，但是等下部地层注入气体和注入液体速度稳定时，气液比仍然随着油层相对厚度的增加而逐渐下降。

2.3 油层厚度对采收率及见气时间的影响

同时作者就油层厚度对采收率及见气时间的影响进行了研究，油层厚度对采收率及见气时间的影响（见图9、图10）。

由图9、图10 可知，油层厚度越大，采收率越低，但在1 m～10 m 范围内，采收率下降幅度较小；在10 m～90 m 的范围内，采收率急剧下降；之后，又缓慢下降（至10.2 %）。油层厚度越大，见气时间越早，但在1 m～10 m 范围内，见气时间变化不大；在10 m～100 m 的范围内，见气时间变快；在100 m～800 m 的范围内，见气时间明显增快；之后又缓慢下降。

3 结论

（1）当模拟油层是同一个系统，但油层的层间非均质性很明显时，即模拟油层分上下两层，并且上下两个油层的渗透率有着明显的不同的时候，油层相对厚度对注入气体线速度、注入液体线速度以及气液比的影响情况与地层的压力没有关系。在油层分界处的上方，注入气体线速度保持不变，注入液体线速度随着油层相对厚度的增加而较均匀的增加，气液比逐渐减小；在油层分界处的下方，注入气体线速度也保持不变，注入液体线速度也随着油层相对厚度的增加而较均匀的增加，气液比逐渐减小；但在上下油层的分界部分，注入气体与液体的线速度会发生突变，但气液比基本保持不变。

（2）在有层间压差的均质油层中，隔层对注入气体速度和注入液体速度起到了一定的阻挡作用，使得注入气体线速度和注入液体线速度降低，但是在上层或下层同一个压力系统中，气液比随着油层相对厚度的增加而降低，而且下降的幅度只与地层的渗透率有关，与地层压力没有关系。

（3）随着油层厚度的增加，采收率逐渐降低，见气时间越来越早。