QHD32-6油田氮气泡沫调驱数值模拟研究

彭昱强 王晓春 罗富平

摘要：为改善QHD32—6稠油油田的水驱开发效果，开展了氮气泡沫调驱提高采收率数值模拟研究。根据该油田A9井组的地质油藏条件，建立三维地质模型。在历史拟合的基础上，对氯气泡沫调驱注采参数进行了优化设计，并进行指标预测和经济评价。研究结果表明，氮气泡沫调驱最佳注采参数为：气液比为1:2，井组合理注液速度为800m^{3/／d左右，最佳泡沫剂浓度为0.3％-0.5％(质量分数)，最佳驱替体积为0.15PV左右，最佳氮气泡沫段塞为60d左右。经济评价表明，采用氮气泡沫调驱方案，其投入产出比为1：5。该井组采用氮气泡沫调驱技术可以较好地改善注水开发效果，达到降水增油和提高原油采收率的目的。}

关键词：油藏数值模拟；提高采收率；氮气泡沫调驱；注采参数优选；海上稠油油田；QHD32—6油田

中图分类号：TE319文献标识码：A

引言

泡沫调驱技术能够同时提高波及系数和驱油效率，从而较大幅度地提高原油采收率。近年来，泡沫调驱技术在国内逐渐受到重视，陆地油田进行了大量室内研究与现场试验。QHD32—6油田是位于渤海中部的一个大型稠油油田，由于地下油水粘度比大、合注合采和井距大等原因，导致注入水沿高渗透层突进，水驱开发效果差。为了寻求能够高效开发该油田和类似海上稠油油田的技术，开展了氮气泡沫调驱技术研究。在物模研究基础上，以QHD32—6油田的A9井组作为研究对象，开展了氮气泡沫调驱油藏数值模拟研究，以探讨该调驱技术在海上稠油油田应用的可行性。

1油藏基本概况

研究井组——A9井组位于QHD32—6油田的北区。该区块明下段的各油层组构造整体是南北受近东西向断层挟持，向东西倾伏的断裂背斜。明下段地层从上至下划分为Nm0、Nm1、Nm2、Nm3、Nm4、Nm5等6个油层组，存在多个油水系统，以岩性油藏和构造层状油藏为主。储集层埋深小于1500m，因此成岩作用较弱，砂岩疏松，储层物性好，平均孔隙度为35％，平均渗透率为3000×10^{-3/μm3/，50℃地面脱气原油粘度为280—1100mPa·s，地下原油粘度为62.5～310.6 mPa·s。该区含油面积为7.2km2/，石油地质储量为920 x104/m3/。}

2建模及历史拟合

2.1建立地质模型

应用cMG软件三维可视化地质建模软件BUILDER，结合钻井、测井及分析化验资料，对研究井组油藏主体储层进行研究，建立井组油藏的三维地质模型。井组模型南北向为890 m，东西向为950m；模型内包括9口井，其中8口生产井，1口注水井。采用中心对称不等距网格，网格划分为44×36×45，共71280个节点。根据地质建模输出的模型参数，利用CMG数值模拟软件的初始化功能，建立井组的数值模拟模型。

2.2开发动态和历史拟合

研究井组采用350m井距、反九点注水井网、一套开发层系笼统注水开发，各油井合层开采。2001年投入开发，2003年4月转入注水开发。井组所在区块已进入产能递减阶段，随着含水上升，采液指数下降。注水井吸水能力强，但不同层位吸水强度差别较大。油层厚，非均质性强，合采存在比较严重的层间干扰。截至2005年6月，研究井组累计产油61.6×10^{4/m2/，累计产水81.3×104/m3/，综合含水率为56.9％，采出程度为6.2％。}

利用建立的井组油藏数值模拟模型进行历史拟合，主要针对井组所在的油层压力、产量、含水以及单井的动态生产资料进行拟合，使模型能够较好地符合地下油层的实际情况。历史拟合曲线与实际生产变化动态非常接近，历史拟合达到预期目的。

3氮气泡沫调驱参数优选

在历史拟合的基础上，应用CMG数模软件的STARS模拟器，对影响氮气泡沫调驱的主要因素，如注液速度、驱替体积、气液比、泡沫剂浓度和泡沫段塞进行优选，以确定合理的注入参数。

3.1注液速度优选

注液速度是氮气泡沫调驱的一个重要参数指标。对于特定的油藏，存在一个最优的注液速度：如果低于此值，单位时间内产生的泡沫量太少，达不到有效封堵高渗透层位的目的，注入泡沫的波及范围不够，开发效果不理想；若高于此值，单位时间内产生的泡沫过多，则会导致井口注入压力增加过快，无法顺利注入泡沫。

为确定井组最佳的注液速度，在泡沫剂浓度0.5％、气液比1:2的条件下，分别模拟了注液速度为400、600、800、1000、1200m^{3/／d时氮气泡沫调驱的开采效果(图1)。}

由图1可知，随着注液速度的增加，对应的采出程度呈现先增加、后平稳、最后再下降的趋势，而采油速度不断增加。综合考虑采出程度和采油速度认为，注液速度为800m^{3/／d较为合理。}

3.2驱替体积优选

在注液速度为800m^{3/／d、泡沫剂浓度为0.5％、气液比1:2的条件下，对注入不同孔隙体积的驱替液进行优选(图2)。}

为分析泡沫调驱的增油效果，需扣除水驱、泡沫剂以及氮气等影响因素。由图2可知，随着驱替体积的增大，采出程度不断增加。但从敏感性角度来看，当驱替体积从0.03PV增至0.15PV时，净增产油量增加最快，随后增加速度逐渐减小，经济效益逐渐变差。这主要是由于驱替初期，油藏含油饱和度较高，泡沫在地层中存在时间短，因此不能充分发挥调驱作用，但注入的氮气以微气泡的形式存在于液相中，抑制了水的突进，改变了油水流度比，这样采出程度才逐渐提高。随着驱替体积的增大，含油饱和度不断降低，泡沫开始大量形成，封堵高渗通道，扩大驱替液的波及体积，从而达到提高采收率的目的。因此，驱替体积为0.15PV比较适宜。

3.3气液比优选

在注液速度为800m^{3/／d、泡沫剂浓度为0.5％的情况下，研究了3：1、2：1、1：1、1：2、1：3等5种气液比条件下氮气泡沫调驱的开发效果(图3)。}

由图3可知，随着气液比变小，采出程度逐渐下降，净增产油量却逐渐增加。从相对数值方面对比，气液比对采出程度影响较小，对净增产油量影响较大，即气液比对经济效益影响比较显著。由图3可见，气液比达到1:2时净增产油量最大。参考氮气泡沫调驱室内研究和现场应用采用的气液比，同时考虑海上平台有限空间限制施工设备的体积，不能提供太多的气量，后续研究中取气液比为1:2。

3.4泡沫剂浓度优选

泡沫剂浓度决定了泡沫的发泡质量和泡沫在

油层中能否充分发挥作用，而且对经济效益影响显著。在注液速度为800m^{3/／d、气液比为l：2的条件下，对泡沫剂浓度进行了模拟计算，分别研究了泡沫剂浓度为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％和1.0％(质量分数)时的泡沫调驱的效果(图4)。}

由图4可知，随着泡沫剂浓度增加，采出程度先增加后减小，而净增产油量逐渐减少。综合考虑以上因素，合理泡沫剂浓度应控制在0.5％以内。

3.5段塞大小优选

连续注入泡沫将消耗大量的泡沫剂与氮气，导致开采成本大量增加，而采用段塞注入可以减少驱替成本。为此，在注液速度为800m^{3/／d、气液比为1:2、泡沫剂浓度为0.5％的条件下，模拟计算了段塞间隔分别为30、60、180和360 d的开采效果(表1)。}

由表1可知，随着段塞时间的增加，累计产油量与净增产油量先增加后减少，而采出程度逐渐下降，段塞时间在60d左右开采效果较好，因此选用周期为60d的段塞方式注入，即注入泡沫60d后，转注水60d，再转注泡沫60d，如此循环。

4方案预测和经济评价

4.1方案预测

在注入参数优选的基础上，对井组注入氮气泡沫段塞进行了生产动态预测，将水驱和氮气泡沫段塞驱两种方式进行了对比预测，设计以下4种注入方案：方案1为水驱，注液速度为800 m3／d，驱替体积为0.15 PV，采注比为1.0；方案2为氮气泡沫段塞驱，实施参数为：注液速度为800m^{3/／d，气液比为1:2，泡沫剂浓度为0.5％，段塞间隔为60 d，驱替体积为0.15 PV，采注比为1.0，开发时间与方案1相同；方案3为水驱，注液速度为800m3/／d，驱替体积为0.1PV，采注比为1.0；方案4为氮气泡沫段塞驱，实施参数为：注液速度为800m3/／d，气液比为1:2，泡沫剂浓度为0.5％，段塞间隔为60d，驱替体积为0.10PV，采注比为1.0，开发时间与方案3相同。以上方案不同之处仅在于驱替体积，水驱开发方案和优化的氮气泡沫段塞驱开发方案生产指标预测结果见表2。可见，氮气泡沫段塞驱优化方案可累计产水493.5×104/m3/，累计产油143.7×104/m3/，平均日产油233.7m3/／d，阶段采出程度14，5％，开发效果较优。}

氮气泡沫段塞驱和水驱方案的产能安排见表3(仅列出前5 a)。由表3可见，水驱含水率始终维持在高位，比氮气泡沫段塞驱含水率高24个百分点以上，而且氮气泡沫段塞驱的采油速度明显高于水驱采油速度。但是，随着氮气泡沫段塞驱时间的延长，其含水率上升较快，速度高于水驱含水率上升速度，说明到驱替后期，氮气泡沫的调驱效果在逐渐减弱。

4.2经济评价

根据上述方案预测结果，对开发生产动态进行经济效益评价。取原油价格为3000元／t，水处理费为10元／t，30％浓度的泡沫剂价格为8000元／t，标准氮气价格为1元／m^{3/，施工作业费、测试费以及其他费用合计为150×104/元／a。经过计算，方案2的投入产出比为1.0:4.6，方案4的投入产出比为1.0:6.1。可见，氮气泡沫段塞调驱方案的经济效益比较显著。}

5结论及建议

(1)经过模拟计算和参数优选，QHD32—6油田A9井组的合理氮气泡沫调驱参数为：注液速度为800m^{3/／d，气液比为1:2，泡沫剂浓度为0.5％(质量分数)，采取段塞式注入，且段塞注入周期为60d。}

(2)为了使技术的经济效益最大化和试验顺利进行，按照模拟计算结果，建议在井组实施氮气泡沫调驱的初期，泡沫剂浓度保证在0.5％左右。当地层压力升高后，适当降低泡沫剂浓度。

(3)通过经济评价，QHD32—6油田A9井组采用氮气泡沫段塞调驱技术能够达到降水增油和提高原油采收率的目的，可取得较好的经济效益。

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