超低滲裂縫性油藏泡沫輔助空氣驅油數(shù)值模擬
——以紅河油田105井區(qū)為例

劉學全

(中國石化華北油氣分公司工程技術研究院，河南鄭州 450006)

超低滲裂縫性油藏泡沫輔助空氣驅油數(shù)值模擬
——以紅河油田105井區(qū)為例

劉學全

(中國石化華北油氣分公司工程技術研究院，河南鄭州 450006)

紅河油田為超低滲裂縫性油藏，為改善水驅開發(fā)效果，開展了泡沫輔助空氣驅提高采收率數(shù)值模擬研究。根據該油田105井區(qū)的地質油藏條件，建立三維地質模型，在歷史擬合的基礎上，對泡沫輔助空氣驅參數(shù)進行了優(yōu)化設計，并進行經濟評價。研究結果表明，泡沫輔助空氣驅最佳參數(shù)為：注入方式為空氣、起泡液交替注入；空氣、起泡液的注入速度均為15 m3/d；起泡液濃度為2 500 mg/L；段塞周期為30 d；氣液比為3∶1。經濟評價表明，采用泡沫輔助空氣驅方案，其產出投入比在2∶1以上。該井區(qū)采用泡沫輔助空氣驅技術可較好地改善注水開發(fā)效果，達到降水增油和提高原油采收率目的。

紅河油田；泡沫輔助空氣驅；油藏數(shù)值模擬；參數(shù)優(yōu)化；經濟評價

泡沫輔助空氣驅綜合了空氣驅與泡沫驅的優(yōu)點，既可以提高波及體積，又可以提高洗油效率，是非均質性強、高含水油藏提高原油采收率最有發(fā)展前景的技術之一[1-3]。泡沫輔助空氣驅技術目前已經在中原油田[4]、長慶油田[5]、百色油田[6]、延長油礦等油田進行了現(xiàn)場試驗，并取得了較好的效果。紅河油田是鄂爾多斯盆地南部的低滲透裂縫性油藏，儲層非均質性強導致注入水沿高滲透層突進，水驅開發(fā)效果差。為改善水驅效果，提高原油產量，本文在物理模擬實驗基礎上，以紅河油田的105井區(qū)井組作為研究對象，開展了泡沫輔助空氣驅油藏數(shù)值模擬研究，并探討該技術在低滲透裂縫性油藏應用的可行性。

1 油藏基本狀況

紅河油田105井區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)涇油氣勘查區(qū)塊中部，隸屬于甘肅省鎮(zhèn)原縣與涇川縣。紅河105井區(qū)動用面積4.1 km2，動用地質儲量283.8×104t，主要含油層位是延長組長81亞油層組，屬低孔、超低滲裂縫性油藏，油藏平均埋深2 250 m，平均溫度69 ℃，平均孔隙度10.8%，平均滲透率0.4×10-3μm2。原油為低含硫、輕質的常規(guī)原油，地面原油密度0.818～0.83 g/cm3，黏度6.40 mPa·s，地層原油密度0.79 g/cm3，地層原油黏度3.2 mPa·s，地層水呈弱酸性，水型為CaCl2型，氯根46 865.61 mg/L，地層水礦化度75 406.03 mg/L。

2 建模及歷史擬合

2.1 地質模型的建立

應用CMG油藏模擬軟件三維可視化地質建模軟件Builder，結合鉆井、測井及分析化驗資料，建立油藏的頂面構造、砂巖厚度、有效厚度、孔隙度、滲透率等網格參數(shù)場[7-8]，縱向上劃分為1層，為長81油藏。X方向網格步長為50 m，Y方向網格步長為50 m，總網格節(jié)點為2 584(68×38×1)。根據地質建模輸出的模型參數(shù)，利用CMG初始化功能建立井組的數(shù)值模擬模型。

2.2 開發(fā)動態(tài)與歷史擬合

紅河105井區(qū)2008年底投入開發(fā)，至2012年2月，該區(qū)有生產井39口，注水井17口，月產油216 t，月產水2 726 m3，含水60.6%。累積產油量1.18×104t，累積產水1.25×104m3，累積注水13.18×104m3，采出程度0.42%。

利用建立的紅河105井區(qū)油藏數(shù)值模擬模型進行歷史擬合，主要針對井區(qū)產量、含水以及單井的動態(tài)生產資料進行擬合。歷史擬合曲線與實際生產變化動態(tài)非常接近，歷史擬合達到預期目的，表明建立的模型能夠較好地符合地下油層的實際情況。

3 泡沫輔助空氣驅參數(shù)優(yōu)化[9-10]

3.1 注入方式

設計空氣、起泡液交替注入和同時注入兩種方式進行優(yōu)化，同時與水驅進行效果對比，預測未來10年之內不同注入方式的累積產油量，結果如圖1所示。結果表明，空氣、起泡液交替注入和同時注入，采收率都比單純水驅效果好，且交替注入好于空氣、起泡液同時注入效果。因此紅河105井區(qū)采用空氣、起泡液交替注入方式。

圖1 不同注入方式下累積產油量

3.2 空氣注入速度

選取紅河105-20井作為泡沫驅注入井，設計空氣、起泡液交替注入，改變注氣速度分別為6,9,12,15,18 m3/d，模擬注氣10年，結果如圖2所示。模擬結果表明，累積產油量隨注氣速度的加快而增加，但注入速度大于15 m3/d時，累積產油量增加幅度明顯變小。說明注氣速度越快，注入的空氣越多，則參與低溫氧化的氧氣越多，生成碳的氧化物越多，進而反應產生的熱量也隨之增加，油層溫度升高，促使更多的輕質組分蒸發(fā)。由氧化生成的一氧化碳、二氧化碳，空氣中的氮氣以及蒸發(fā)的輕烴組分等組成的煙道氣增多，則累積產油量增多，提高最終采收率。但由于實際油藏的耗氧能力是一定的，注入速度過大，會導致氣體過早的突破，反而可能會使得采收率降低，氧氣利用率下降，經濟效益變差。因此選取注氣速度為15 m3/d。

圖2 不同注氣速度下累積產油量

3.3 泡沫液注入速度

在水氣交替注入過程中，用表面活性劑溶液代替水，氣體與表面活性劑溶液混合產生泡沫，可以大大降低氣體的流度，能夠更有效地控制水竄和氣竄，提高驅替波及系數(shù)和原油采收率。對于特定的油藏，存在一個最優(yōu)的注液速度：如果低于此值，油層內產生的泡沫量太少，則達不到有效封堵高滲透層位的目的；若高于此值，單位時間內產生的泡沫過多，則會導致井口注入壓力增加過快，無法順利注入泡沫[11]。

選取紅河105-20井作為泡沫驅注入井，設計空氣、起泡液交替注入，注氣速度為15 m3/d，改變泡沫液的注入速度，分別為9,12,15,18 m3/d，模擬注氣10年，結果如圖3所示。模擬結果表明，累積產油量隨泡沫液注入速度的加快而增加，但注入速度大于15 m3/d時，累積產油量增加幅度變化不大。這是由于當泡沫液注入速度較低時，不足以克服生成泡沫所需的能量，因此產生的泡沫較少。而隨著泡沫液注入速度的增大，產生的流動能力也較大，足以克服發(fā)泡所需做的功，形成泡沫的能力越強，迅速產生的泡沫有利于對大孔道產生封堵。因此選取泡沫液注入速度為15 m3/d。

圖3 不同泡沫液注入速度下累積產油量

3.4 泡沫液濃度

泡沫液濃度增加可以使發(fā)泡量增加，泡沫的封堵能力及穩(wěn)定性加強，驅油效率提高。優(yōu)選出合適的泡沫液濃度不僅有利于提高驅油效率，也有利于降低開采成本。

選取紅河105-20井作為泡沫驅注入井，設計空氣、起泡液交替注入，空氣、起泡液的注入速度均為15 m3/d，改變泡沫液中起泡劑的濃度。模擬注氣10年，結果如圖4所示。模擬結果表明，隨著起泡劑濃度的增加，累積產油量增加，起泡劑增大到一定濃度后，累積產油量增加幅度變化不大。說明隨著起泡劑濃度的增加，起泡劑溶液與氣體混合產生的泡沫增多，封堵能力增強?？紤]到經濟因素，選取2500 mg/L為起泡劑最佳注入濃度。

圖4 不同起泡劑濃度下累積產油量

3.5 段塞周期

選取紅河105-20井作為泡沫驅注入井，設計空氣、起泡液交替注入，空氣、起泡液的注入速度均為15 m3/d，泡沫液濃度為2 500 mg/L，模擬注氣10年，改變氣液交替注入時泡沫液的注入周期，結果如圖5所示。結果表明，隨著段塞周期的增大，累積產油量呈降低趨勢，這表明在泡沫輔助空氣驅氣液交替注入過程中，累積產油量隨氣液交替段塞周期的加長而增加，但段塞周期大于30 d時，累積產油量開始降低。分析認為：如果交替段塞較小，由于

圖5 不同段塞周期下下累積產油量

地層的漏失和吸附，將很難形成泡沫；如果交替段塞較大，由于氣體和液體的密度、黏度等性質存在很大的區(qū)別，會致使它們之間的流動通道不同，液體和氣體不能充分地相互作用，則導致很難產生泡沫或產生質量很差的泡沫，起驅替作用的主要是氣體和液體單獨進行，這樣就發(fā)揮不出泡沫驅的封堵性能，從而無法達到擴大波及體積，提高驅油效率的目的。因此選取段塞周期為30 d。

3.6 氣液比

氣液比也就是俗稱的泡沫質量，是影響泡沫性能的重要參數(shù)之一。選取紅河105-20井作為泡沫驅注入井，設計空氣、起泡液交替注入，空氣、起泡液的注入速度均為15 m3/d，泡沫劑濃度為2 500 mg/L，段塞周期為30 d，僅改變氣液比，模擬注氣10年，模擬結果如圖6所示。結果表明，當氣液比增大時，累積產油量先增加，當氣液比增大到一定值時，累積產油量開始降低。這是因為，隨著氣液比的增大，注入孔隙中的空氣較多，因而孔隙中產生的泡沫就較多，對地層的封堵能力就強；當氣液比繼續(xù)增大時，雖然生成泡沫較多，但泡沫液膜變薄，強度降低，泡沫穩(wěn)定性下降，甚至會形成氣竄，出現(xiàn)形不成泡沫的狀況[12]。因此選取氣液比為1∶3。

圖6 不同氣液比下累積產油量

4 經濟評價

4.1 方案設計

根據前面泡沫輔助空氣驅注入參數(shù)數(shù)值模擬研究，適合紅河105井區(qū)最佳泡沫驅注入參數(shù)為：注入方式為空氣、起泡液交替注入，空氣、起泡液的注入速度均為15 m3/d，泡沫液濃度為2 500 mg/L，段塞周期為30 d，氣液比為3∶1。在上述參數(shù)優(yōu)化結果的基礎上，設計了一口井進行泡沫輔助空氣驅、三口井同時進行泡沫輔助空氣驅，注入時間10年，對這2個開發(fā)方案和水驅開發(fā)進行預測比較。結果如表1所示。從預測結果可以看出：若單純考慮增油量，注入井數(shù)越多，增油量越多。礦場實施采用何種開采方式，可從經濟效益和生產實際出發(fā)。

表1 不同開發(fā)方案效果預測結果

4.2 經濟評價

根據上述方案預測結果，對開發(fā)生產動態(tài)進行經濟效益評價。取原油價格為3585元/t，水處理費為10元/t，起泡劑價格為30000元/t，其他費用采用中國石油化工股份有限公司《油氣田開發(fā)項目經濟評價方法與參數(shù)》(2012年版)。經過計算，1口井進行泡沫輔助空氣驅項目的稅前內部財務收益率為15.1%，投資回收期4.4年，投入產出比為1∶2.2。3口井進行泡沫輔助空氣驅項目的稅前內部財務收益率為55.1%，投資回收期2.6年，投入產出比為1∶2.5。稅前主要財務評價指標滿足行業(yè)基準收益要求，具有財務盈利能力。

5 結論

(1)經過模擬計算和參數(shù)優(yōu)選，紅河油田105井區(qū)的合理泡沫輔助空氣驅參數(shù)的注入方式為：空氣、起泡液交替注入；空氣、起泡液的注入速度均為15 m3/d；泡沫液濃度為2 500 mg/L；段塞周期為30 d；氣液比為1∶3。

(2)根據模擬計算結果，設計了一口井和三口井同時進行泡沫輔助空氣驅的實施方案，與水驅相比，兩種方案均能大幅度提高原油產量和降低含水率。

(3)通過經濟評價，紅河油田105井區(qū)采用泡沫輔助空氣驅技術能夠達到降水增油和提高原油采收率的目的，并可取得較好的經濟效益。

[1] Rossen WR, Zhou ZH.Modeling foam mobility at the “l(fā)imiting capillary pressure”[J]. SPE Advanced Technology Series, 1995, 3(1): 146-153.

[2] 高峰.嘛甸油田泡沫復合驅油效果室內研究[J].大慶石油地質與開發(fā)，2007，26(4)：109-113.

[3] 蒲萬芬，彭陶鈞，龔蔚.自生泡沫驅油機理研究[J].大慶石油地質與開發(fā)，2008，27(2)：118-120.

[4] 任韶然，于洪敏，左景欒，等.中原油田空氣泡沫調驅提高采收率技術[J].石油學報，2009，30(3)：413-416.

[5] 張力，董立全，張凱，等.空氣泡沫驅技術在馬嶺油田試驗研究[J].新疆石油地質，2009，27(1)：85-88.

[6] 翁高富.百色油田上法灰?guī)r油藏空氣泡沫驅油先導試驗研究[J].油氣采收率技術，1998，5(2)：6-10.

[7] 周鋒德，唐仲華，姚光慶.寶浪油田低滲含裂縫儲層數(shù)值模擬[J].大慶石油地質與開發(fā)，2009，28(6)：62-65.

[8] 姜瑞忠，侯建鋒，趙明.具有裂縫的低滲透砂巖油藏數(shù)值模擬技術[J].大慶石油地質與開發(fā)，2003，22(6)：30-32.

[9] 張永剛，羅懿，劉岳龍，等.紅河油田輕質原油低溫氧化實驗及動力學研究[J].油氣藏評價與開發(fā)，2013，3(6)：43-47.

[10] 張永剛，羅懿，劉岳龍，等.超低滲裂縫性油藏泡沫輔助空氣驅油實驗[J].大慶石油地質與開發(fā)，2014，33(1)：135-140.

[11] 王波，王鑫，劉向斌，等.高含水后期厚油層注氮氣泡沫控水增油技術研究[J].大慶石油地質與開發(fā)，2006，25(2)：59-60.

[12] 王其偉，郭平，周國華，等.泡沫體系封堵性能影響因素實驗研究[J].特種油氣藏，2003，10(3)：79-81.

編輯：岑志勇

1673-8217(2017)03-0101-04

2016-12-13

劉學全，工程師，1980年生，2005年畢業(yè)于中國石油大學(北京)油氣儲運工程專業(yè)，現(xiàn)從事提高采收率和機械采油研究工作。

中國石化科技部項目“鄂南致密砂巖油田水平井高效開發(fā)關鍵技術”(2011ZX05045)；中石化華北分公司局控科技項目“低滲油田注氣驅工藝技術研究”(KJ-11-08)。

TE341

A