裂缝性低渗透油藏氮气泡沫调驱技术研究

周志斌， 王杰祥， 王腾飞

(中国石油大学(华东) 石油工程学院，山东 青岛 266580)



裂缝性低渗透油藏氮气泡沫调驱技术研究

周志斌， 王杰祥， 王腾飞

(中国石油大学(华东) 石油工程学院，山东 青岛 266580)

针对裂缝性低渗油藏水驱开发中水窜严重的问题，开展了氮气泡沫调驱技术研究。采用实验和数值模拟相结合的方法研究了氮气泡沫对裂缝性低渗油藏的封堵性能和驱油性能。结果表明，氮气泡沫调驱“控水增油”效果显著，可以有效的封堵裂缝通道，扩大驱替流体的波及体积，提高裂缝性油藏的采收率。氮气泡沫调驱可在水驱基础上提高采收率10%以上，并且注入方式多样，易于现场施工，适用于裂缝性低渗油藏开发中后期提高采收率。

裂缝；低渗；氮气泡沫；调驱

1　实验部分

1.1实验研究

1.1.1实验准备

(1) 实验条件：实验温度80 ℃，实验中岩心夹持器围压保持在4 MPa，出口端回压1 MPa。

(2) 实验原料：实验用水为长庆油田A区块实际地层水(矿化度27 800 mg/L，水型为CaCl2型)，实验用油为A区块脱水脱气原油(50 ℃黏度5.51 mPa·s)；泡沫气源为高纯氮气(青岛天源气体制造公司)，起泡剂为α-烯基磺酸钠(AOS)。

(3) 裂缝性岩心的实现：采用低渗天然岩心进行实验，人工劈裂岩心模拟裂缝性岩心。实现方法：采用岩心劈裂机将天然岩心沿轴线方向劈裂为两部分，劈裂面不经过任何打磨处理，将劈裂的岩心重新组合置于岩心夹持器中进行实验，即可模拟裂缝性低渗岩心。

1.1.2岩心封堵实验岩心1洗油、烘干、称重，饱和地层水后再次称重，根据饱和水前后岩心重量差计算岩心孔隙度；将岩心装入岩心夹持器，水驱岩心测定岩心基质渗透率km；从夹持器中取出岩心，沿轴线方向劈裂岩心，重新组合后装入岩心夹持器，注地层水驱替测定裂缝岩心的有效渗透率ke；采用泡沫发生器产生泡沫流体对裂缝岩心进行驱替，注入速度0.2 mL/min，气液比1∶1，实验中记录岩心两端压差随时间的变化，研究氮气泡沫对裂缝岩心的封堵性能。

1.1.3岩心驱油实验岩心2饱和地层水，测定孔隙度；注地层水驱替岩心，测定岩心的基质渗透率km；注入地层油饱和油，建立束缚水饱和度；取出岩心，沿轴线方向劈裂，重新组合后装入岩心夹持器，注地层油测定裂缝岩心的有效渗透率ke；0.2 mL/min注入地层水进行水驱油，出口端不产油后转注泡沫流体继续驱替，注入速度0.2 mL/min，气液比1∶1，至出口端产水率98%时结束实验。实验中记录岩心两端压差及产油量随时间的变化，研究裂缝岩心水驱及泡沫调驱的效果。

表1　实验用岩心参数

1.2数值模拟研究

依据A区块泡沫试验区地质资料，利用CMG数值模拟软件中热采与化学驱STARS模块，建立三维三相七组分化学驱模型，研究氮气泡沫调驱对产水率和采出程度的影响。划分网格220×110×3，总网格数72 600个，网格步长Di=10 m，Dj=10 m，Dk为层厚。模型中共包括生产井21口，注水井4口。

模型中泡沫流体的作用通过泡沫机理模型来体现，考虑的7种组分包括油、水、溶解气、氮气、表面活性剂、聚合物和泡沫液膜。采用双渗模型，在裂缝方向上设置裂缝体系来实现裂缝性油藏的模拟。参照试验区油水井动态生产资料进行历史拟合，后续注水或氮气泡沫，对比研究氮气泡沫调驱在控水增油方面的效果。

2　结果及讨论

2.1氮气泡沫封堵性能

实验用天然岩心1的渗透率为15.4×10-3μm2，压裂后的带裂缝岩心的渗透率为52.1×10-3μm2，表明裂缝对低渗油藏的渗流特性影响极大，裂缝岩心的有效渗透率可达基质渗透率的3倍以上。注氮气泡沫对裂缝岩心进行封堵，结果如图1所示。

图1　氮气泡沫对裂缝岩心的封堵性能

裂缝岩心注水时驱替压差仅为0.012 MPa左右，但是注入氮气泡沫后，驱替压差迅速增加，注入2 PV泡沫后压差基本稳定在0.26 MPa左右。泡沫在多孔介质中处于不断的破灭和再生状态，因此注泡沫时压差会出现小范围波动。对裂缝岩心注入氮气泡沫，阻力因子最高可达24，明显大于液流转向所需的最小阻力因子4，因此，对裂缝性低渗油藏注氮气泡沫调驱可以有效的封堵裂缝通道，使后续驱替液转向波及程度低的油层基质，显著提高驱替流体的波及系数。

2.2氮气泡沫驱油性能

图2为裂缝岩心在不同驱动方式下的压差和采收率曲线。裂缝岩心水驱后的采收率仅为8.2%，其产量主要是来自储存在裂缝中的原油。水驱时的压差较低，注入水主要沿着裂缝迅速窜流，对基质中的原油波及程度有限。与水相比，泡沫流体视黏度高、流动阻力大，可以有效地增加裂缝中的渗流阻力，控制流体在裂缝中的窜流。当注入氮气泡沫后，驱替压差逐渐增大，表明泡沫在裂缝中形成了有效的封堵，从而可以使更多的后续流体转向并驱替基质中的原油，提高原油采收率。注泡沫后的原油采收率为22%，即氮气泡沫调驱可在水驱基础上提高采收率13.8%，适用于低渗裂缝性油藏开发中后期提高采收率。

氮气泡沫调驱中，泡沫的作用主要包括3个方面，对裂缝的封堵作用、气驱和活性水驱作用。低渗油藏孔隙结构复杂，孔喉细小且存在大量盲端，气体与水相比更易进入细小孔隙结构，能有效驱替水驱时波及不到的储层。泡沫体系中的起泡剂本身就为表面活性剂，驱替过程中可在岩石表面吸附，可显著改善岩石表面润湿性，降低油水界面张力，提高洗油效率。

图2　裂缝岩心氮气泡沫调驱效果

2.3氮气泡沫调驱数值模拟

利用建立的三相七组分化学驱模型，对比水驱研究了氮气泡沫调驱的效果。考虑到现场施工易实施原则，模拟研究中氮气泡沫采用泡沫液/氮气交替注入方式，交替周期60 d，注气速度16 800 Nm3/d(油层条件下136 m3/d)，气液比1∶1，泡沫剂质量分数0.4%，氮气累积注入量1 475×104Nm3，区块累产油和产水率预测曲线如图3和图4所示。

由图3和图4可知，氮气泡沫调驱的累产油明显高于水驱，预测生产10 a后，区块累积产油67 633 t，比水驱高5 556 t，“增油”效果显著。同时，泡沫驱时的产水率也明显低于水驱时的产水率，注泡沫时试验区产水率可以稳定在40%左右，“控水”效果显著。因此，对裂缝性低渗透油藏，注氮气泡沫调驱技术“控水增油”效果显著，是一项高效易行的提高采收率技术。

图3　水驱与氮气泡沫驱区块累产油预测

图4　水驱与氮气泡沫驱区块产水率预测

3　结论

(1) 裂缝体系对低渗油藏的渗透率影响显著，裂缝岩心有效渗透率可达基质渗透率的3倍以上。

(2) 氮气泡沫可有效封堵裂缝通道，对裂缝性低渗岩心的阻力因子可达24，可显著提高裂缝性低渗油藏的波及体积。

(3) 氮气泡沫调驱兼具封堵、气驱和活性水驱的作用，可在水驱基础上提高采收率10%以上，适用于裂缝性低渗油藏开发中后期提高采收率。

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(编辑王亚新)

Nitrogen Foam Profile Control and Displacement Technology Applied in Naturally Fractured Low-Permeability Reservoir

Zhou Zhibin， Wang Jiexiang， Wang Tengfei

(SchoolofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),QingdaoShandong266580,China)

Water channeling is a serious problem during the water flooding of naturally fractured low-permeability reservoir. To solve the problem, nitrogen foam profile control and displacement technology were researched applying both experimental and simulation methods. The sealing capacity and oil-displacement capacity of nitrogen foam were the main research objects. The results showed that nitrogen foam could reduce water cut and increase oil recovery significantly. After plugging the interconnected fracture, the swept volume of flooding liquid and oil recovery would be increased obviously. In the experimental research, oil recovery efficiency was increased by more than 10% after injection of nitrogen foam. The injection of nitrogen foam was flexile and convenient when applied in field construction, and the nitrogen foam profile control and displacement technology were suitable for EOR of naturally fractured low-permeability reservoirs.

Fracture; Low-permeability; Nitrogen foam; Profile control and displacement

1006-396X(2016)01-0031-04

投稿网址：http://journal.lnpu.edu.cn

TE357

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.01.006

2015-10-15

2016-01-05

中石化油气开发重要先导项目(KF-2010-18)。

周志斌(1987-)，男，博士研究生，从事采油工程理论与技术、提高采收率与油田化学等方面的研究；E-mail:zhouzhibin_001@163.com。

随着中高渗油藏的不断开发和对石油需求的日益增长，低渗油藏的开发受到越来越多的重视[1-2]。目前低渗油藏的开发方式主要是水驱、气驱以及气/水混合驱，总体开发效果令人满意[3-4]。但是，当低渗油藏中有天然微裂缝发育时，水驱和气驱开发的效果将受到很大影响，注入流体将沿着天然裂缝迅速窜进到生产井中，造成裂缝方向上生产井迅速水淹，无效井和低效井比例增大，波及效率和采油效率迅速降低[5-6]。为解决裂缝性低渗油藏开发中注入流体窜流的问题，除了可以从井网、工作制度调整方面考虑外，对油藏中的裂缝体系进行调堵也是一种有效的解决方法[7-8]。

现阶段，常用的调堵体系主要包括聚合物冻胶体系、聚合物微球体系和泡沫体系等[9-10]，从可注入性和调堵效果方面分析，泡沫体系注入方式多样，可注入性强，在调堵的同时又有气驱和活性水驱的效果[11]，因此本研究中选择泡沫体系对裂缝性低渗油藏进行调堵，气源选用可稳定易得的氮气。通过实验和数模相结合的方法对裂缝性低渗油藏氮气泡沫调驱技术进行研究。