低频谐振波复合空气泡沫调驱技术实验研究及应用

王继超，解 伟，高 峰，谢旭强

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075)



低频谐振波复合空气泡沫调驱技术实验研究及应用

王继超，解 伟，高 峰，谢旭强

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075)

针对延长油田裂缝性特低渗油藏空气泡沫调驱过程中泡沫在地层中的起泡速度慢、半衰期长及起泡剂利用率低的问题，以甘谷驿油藏唐157井区为试验对象，开展了低频谐振波复合空气泡沫调驱的室内实验，研究了低频振动提高采收率的机制。实验结果表明，低频振动作用后岩心的渗透率增大，水驱油见水时间推迟，无水采收期延长，残余油饱和度降低，可以提高采收率3.4%～14.7%。低频谐振波复合空气泡沫调驱技术采收率增幅明显，相比单纯空气泡沫驱增加3.3%～8.0%。现场试验表明，该技术提高采收率效果明显，为延长油田裂缝性特低渗油藏的开发提供了一种新的技术思路和方法。

提高采收率；空气泡沫调驱；低频谐振波；唐157井区

空气泡沫调驱技术在国内外已有40多年的历史[1～6]，这项技术已在延长油田部分采油厂进行了矿场应用，取得了较好的增油降水效果[7-8]。但是在空气泡沫调驱实施过程中，面临着空气泡沫直接注入压力梯度高、注入阻力大、难以注入等问题。以借鉴国内外工艺采取交替注入泡沫液与空气段塞、层内发泡的方式注入，但仍存在起泡速度慢、起泡体积不可控、泡沫剂体系利用率较低的问题，如何提高空气泡沫调驱的起泡体积和开发效果成为了提高窜流通道封堵程度及泡沫剂体系利用率的一个关键问题。

低频谐振波用于处理油层的做法来源于天然地震可以使油井原油增产[9-10]，国内外学者进行过一系列室内实验研究[11-16]。本文以甘谷驿裂缝性特低渗油藏唐157井区为试验对象，在水窜水淹严重井组将大功率低频谐振波与空气泡沫调驱技术有机地结合起来，探索出裂缝性特低渗油藏低频谐振波复合空气泡沫调驱技术的应用。

1 低频谐振波调驱作用机制

1.1 低频谐振波对水驱采收率的影响

使用砂岩岩心进行实验，选用3块不同物性的岩心(表1)，每一块岩心选用几种频率(振动加速度一致)振动，每个频率下分别测出振动时的采收率。先用地层水建立束缚水，测出不振动条件下岩心的无水采收率和最终采收率，然后用模拟油驱替达到只有束缚水，这时选用某个频率和振幅，在振动条件下测定水驱无水采收率和最终采收率，换一个频率振动，再重复这个过程。

表1 实验岩心基本数据表

从图1结果可以看出：在保持水驱油速度、振幅等参数基本不变时，含束缚水的天然岩心在振动条件下，水驱无水采收率和最终采收率比不振动条件下平均提高3.4%～14.7%。

1.2 低频谐振波对岩心渗流能力影响

采用非稳态法进行水驱油相对渗透率的测定，分别进行恒速条件和低频振动条件下的驱替。在相同时间间隔内依次记录油水产出体积及驱替压差，利用解析计算或数值方法获得相对渗透率曲线。

实验仪器：主要由平流泵、模拟油容器、地层水容器、氮气瓶、岩心夹持器、振动台、六通阀门等部分构成(图2)。实验采用两组延长油田天然岩心，岩心具体参数见表2。

实验原理及流程：油水相对渗透率(相渗)曲线通常由水驱油实验结果计算得到，本实验采用非稳态法进行水驱油相对渗透率测定。非稳态法首先将岩心饱和水，然后用油驱至束缚水，再用水驱油到残余油状态。水驱油过程中记录压差、油水相对渗透率及注入总量的关系。利用解析计算或数值方法获得相对渗透率曲线。

(1)不存在振动的相渗实验，将建立好束缚水的岩心装在洁净的岩心夹持器内，加环压，确定合理的驱替速度。在恒速条件下进行驱替，在相同时间间隔内依次记录油水产出体积及驱替压差。

(2)低频振动下的相渗实验，将岩心夹持器置于振动台上，选取振动频率为20Hz，振动加速度为0.3m/s2，开启振动后按步骤(1)进行实验。

实验结果表明(图3)：①对岩心施加低频振动后，岩心的相对渗透率曲线会发生变化，振动后岩心渗透率都有所增大。②岩心振动后相对渗透率曲线明显上移，水驱油的见水时间推迟，其中水相渗透率曲线上移，表明振动条件下无水采收期延长；油相渗透率曲线右移，表明岩心的残余油饱和度降低，最终采收率提高。③低频谐振波对低渗透率岩心的相渗曲线影响更加明显。

表2 低频谐振波对岩心渗流能力影响实验的岩心数据

2 低频谐振波复合空气泡沫调驱实验

为了更好地测定渗透率极差对低频谐振波复合空气泡沫调驱的影响，采用了双填砂管模型进行实验，选取3组不同岩心(表3)，保持振动条件，从填砂管前端交替注入0.6PV的空气与起泡剂后进行水驱。观察记录注入空气泡沫后的水驱增油量，计算采收率增幅，评价空气泡沫驱的调驱效果。

实验仪器：填砂管φ25mm×30cm、真空泵、低频振动采油实验系统、量筒、烧杯、移液管、玻璃棒等。

实验药品：蒸馏水、原油、煤油、CaCl2、NaCl、MgCl2、BK-6、HPAM(分子量1400万)等。

表3 不同渗透率极差的填砂管实验数据表

实验原理与步骤：①在填砂管内填砂，根据所需的渗透率不同，采用不同质量比的砂子。本实验主要采用填砂管渗透率为30～200mD。②采用真空泵抽真空3～5min，之后打开另一端的阀门进行饱和水。③测试填砂管的水相渗透率之后饱和油，并记录饱和油的体积。因为残余水的体积比较少，所以近似地将饱和油的体积视为孔隙体积。④进行水驱实验。记录所得水驱油的体积，并计算得到水驱采收率。同时记录水驱压力，根据达西公式求得水驱稳定后的水相渗透率。⑤低频振动条件(10Hz、0.4m/s2)下在填砂管中交替注入起泡剂和空气，然后进行振动条件下水驱实验。记录所得水驱油的体积，并计算注入空气泡沫后水驱采收率，得到采收率增幅。记录水驱压力，求得注空气泡沫后水驱稳定后的水相渗透率。

实验结果表明(表4)：随着渗透率极差的增大，低频谐振波复合空气泡沫的调驱效果就越好。渗透率极差由3.08增加到37.08时，采收率增幅由18.52%增加到了38.69%。采收率增幅相比单纯空气泡沫驱增加3.3%～8.0%。

表4 不同渗透率极差下低频谐振波复合空气泡沫驱替效果表

3 现场应用试验

现场试验选在甘谷驿采油厂唐157井区，该井区采用反九点注水井网，注采井网相对完善。主要开发层系为延长组长6，低孔—特低渗储层、非均质性强、天然裂缝广泛发育。注水开发过程中随着注入压力的提高，形成复杂的裂缝窜通体系，形成了“要么注不进，要么一注就窜”的现象，大部分油井见水早，含水率上升快。2014年11月该井区平均单井日产量不足0.3t，油井出水状况逐步显现。现场试验于2015年4月进行，为期6个月。选定1口震源井、5口注入调控井，对应23口油井，震源井振动时间为12h/d，振动频率为每分钟约80～90次。泡沫液与空气在地面分段塞交替从油管注入，注入压力上限为16MPa，泡沫液注入排量为0.5～1m3/h，空气注入排量为1.5～3m3/h，注入方式为地下发泡。

从生产曲线上可见(图4)：试验前23口一线受益油井平均日产液12.83m3、日产油4.03t、综合含水率为63%；试验后平均日产液16.41m3、日产油5.55t、综合含水率为60%，日产液相对上升28个百分点，日产油相对增加38个百分点，综合含水率降低3个百分点。5口综合含水率高于80%的井由初期的85%下降到68%，下降了17个百分点。

4 结 论

(1)低频振动作用后岩心的渗透率有所增大，水驱油见水时间推迟，无水采收期延长，残余油饱和度降低，可以提高采收率3.4%～14.7%。

(2)低频振动增加了固相和液相的交错程度，提高了流体的相对渗流速度，振动条件下泡沫更加均匀(减小)、表面活性剂液膜界面润湿角降低，泡沫起泡速度增加、破灭速率降低，共同使得低频谐振波复合空气泡沫调驱效果增强。复合调驱比单纯空气泡沫调驱采收率增加3.3%～8.0%。

(3)矿场试验表明，低频振动与空气泡沫的复合调驱技术在延长油田低渗、特低渗裂缝性油藏中具有较好的应用前景。

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Experimental Study and Application of Low-frequency Vibration-profile Control by Air Foam

Wang Jichao,Xie Wei,Gao Feng,Xie Xuqiang

(ResearchInstituteofShaanxiYanchangPeteoleum(Group)Co.,Ltd.,Xi’an,Shanxi710075,China)

Based on the target of Tang 57 Well area of Ganguyi reservoir, the indoor experiment on low-frequency vibration-profile control by air foam was conducted for the purposes to solve a series of issues, such as the slow foaming speed of air foam in the profile controlling process of the fractured super low-permeability oil reservoirs of Yangchang Oilfield, the long semi-declining period and the low application efficiency of foam agent. The study was focused on the mechanism for enhanced oil recovery on the basis of low-frequency vibration. The experimental results indicated that the core permeability was improved after low-frequency vibration. The water-cut time of water-flooded oil was delayed while the water-free recovery period was prolonged. The saturation of residual oil was reduced and the production factor was increased by 3.4 percent to 14.7 percent. The production factor was remarkably improved by means of low-frequency vibration-profile control by air foam. The production factor was increased by 3.3 percent to 8.0 percent as compared to pure air foal flooded stimulation. The field experiment indicated that this technology had a remarkable effect on EOR. It provided a new technology and method for development of the fractured super low-permeability oil reservoirs like Yangchang Oilfield.

EOR, profile control by air form, low-frequency vibration, Tang 57 Well area

陕西省科技统筹项目，“提高延长油田主力油层小型矿场试验与示范”(2011KTZB01-04-06)

王继超( 1983年生) ，男，硕士，工程师，主要从事油田开发工作。邮箱：27316912@qq. com。

TE357.7

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