孤岛油田稠油油层热化学蒸汽驱的数值模拟*

中国石化胜利油田分公司地质科学研究院

孤岛油田稠油油层热化学蒸汽驱的数值模拟*

孟薇中国石化胜利油田分公司地质科学研究院

孤岛油田中二北Ng5油层为具有边底水的普通稠油油藏，储量650万吨。1990年开始注蒸汽吞吐开发，目前已累积采油180.08万吨，采出程度27.8%。由于该区块处于吞吐生产后期（含水高），油层压力下降慢，因此考虑采用热化学添加剂辅助蒸汽驱的办法来提高蒸汽驱采收率。从分析热化学驱提高采收率机理入手，通过数值模拟方法对泡沫阻力因子、驱油剂界面张力的敏感性进行研究，对该区块的开发方式进行了优化。通过试验井组得出，蒸汽驱效果比热水驱好，蒸汽+泡沫剂驱方式采出程度提高最多，效果最好，最终采收率达55.0%，

热化学蒸汽驱；稠油；数值模拟；敏感性

1 稠油蒸汽驱面临的问题

孤岛油田中二北Ng5油层为具有边底水的普通稠油油藏，储量650万吨。1990年开始注蒸汽吞吐开发，目前已累积采油180.08万吨，采出程度27.8%。中二北Ng5油藏埋深较深，注蒸汽开采过程中井筒热损失大，影响热采开发效果；在Ng54含油小层北部具有边底水，造成吞吐生产后期含水高，油层压力下降慢[1]；高压蒸汽驱蒸汽带小、热水带大，热利用率低；由于油藏非均质性强，单纯的蒸汽驱易造成汽窜，减小蒸汽波及体积，油藏的非均质性和油水密度差等因素都会引起蒸汽的窜流。因此考虑采用热化学添加剂辅助蒸汽驱的办法来提高蒸汽驱采收率。

2 热化学蒸汽驱机理

2.1 N2泡沫蒸汽驱提高蒸汽波及体积

（1）泡沫注入非均质油藏首先进入高渗层段，由于气阻效应具有叠加性，高渗层的流动阻力逐渐提高。随着注入压力的增加，泡沫可以依次进入渗透性较小、流动阻力较大、原先不能进入的低渗层，从而大幅度提高波及系数。在热采模型中，使用泡沫处理方法降低气相流度，改善驱油效率以及平面和纵向的波及体积[2]。通过流度的降低对应气相相对渗透率也降低，这种模拟方法实现对泡沫影响的模拟。

（2）当剩余油饱和度低于25%泡沫体系就可以形成良好的封堵性能；高于25%不能形成有效封堵。选择性封堵有利于降低蒸汽在高含水带的窜流[3]。在模型中选取与泡沫相应的临界含油饱和度25%来实现泡沫的选择性堵水。

（3）泡沫剂在含油饱和度高的油层部位，易溶于油，不起泡，不堵塞孔隙通道。而且它是一种表面活性剂，能降低油水界面张力，从而降低残余油饱和度，提高驱油效率。

（4）泡沫的黏度取决于驱替介质的黏度和泡沫特征值。当泡沫特征值超过0.6时，泡沫的黏度急剧增加；当泡沫特征值大于0.95时，泡沫黏度大于29.4mPa·s，是水的58.8倍，可大大增加波及体积。

2.2 驱油剂降低油水界面张力

驱油剂HG浓度为0.5%时界面张力可达10-3数量级[4]。根据不同温度、不同浓度下驱油剂的界面张力关系，以及不同的界面张力对残余油饱和度产生不同的影响，在模型中采用相对渗透率的插值方法来表示驱油剂对相对渗透率的影响。

2.3 泡沫剂、驱油剂的吸附量

随泡沫剂、驱油剂的浓度增大，吸附量呈上升趋势，并且在浓度相同条件下，泡沫剂的吸附量稍低于驱油剂[5]。

3 数值模拟技术应用

选取的中二北Ng5热化学蒸汽驱模拟区长1600m，宽1695m，平面网格步长15m，构建模型网格规模为87980个网格节点。从分析热化学驱提高采收率机理入手，通过数值模拟方法对泡沫阻力因子、驱油剂界面张力的敏感性进行研究，对该区块的开发方式进行了优化。

3.1 泡沫阻力因子的敏感性

泡沫阻力因子直接影响蒸汽的波及系数，设计阻力因子分别为1、10、25、40、100等5个方案，其中阻力因子为1相当于没有泡沫，即只是蒸汽驱效果。随泡沫的阻力因子增大，日产油量增大，采出程度提高。图1给出了不同阻力因子下采出程度曲线，随泡沫的阻力因子增大，采出程度呈升高趋势。但当阻力因子大于25后，采出程度增幅开始减缓。

图1 不同阻力因子下采出程度曲线

3.2 驱油剂界面张力的敏感性

高温驱油剂直接影响注入流体的洗油能力，其性能主要通过驱油剂的界面张力来展示，为此设计驱油剂的界面张力分别为9.8、0.1、0.01、0.001mN/m等4个方案，其中界面张力为9.8mN/m相当于没有驱油剂，即只是蒸汽驱效果。随驱油剂的界面张力减小，日产油量增大，采出程度提高。在驱油剂驱前期，日产油量有明显增加，而到后期日产油量与蒸汽驱接近，如图2所示。

图2 不同界面张力下日产油曲线

与蒸汽驱方案相比，驱油剂的界面张力如果降低到10-3数量级，采出程度可增加4.13%；蒸汽+驱油剂方案的蒸汽波及体积均有所增大；并且在驱油剂驱前期汽驱油汽比明显升高，开发效果变好。

3.3 开发方式优化

针对试验井组，开展热水驱、热水+驱油剂驱、蒸汽驱、蒸汽+驱油剂驱、蒸汽+泡沫剂驱5种开发方式研究。热水驱的采收率只有38.6%，添加驱油剂后可提高采收率3.48%；蒸汽驱的采收率为47.9%，添加驱油剂后可提高采收率4.13%，而添加泡沫剂后可提高采收率7.12%。因此蒸汽驱效果比热水驱好，蒸汽+泡沫剂驱方式采出程度提高最多，效果最好，最终采收率达55.0%，如表1所示。如果采用蒸汽+驱油剂+泡沫剂驱开发方式，将会得到更高的采收率，这有待实验室物理模拟试验及油藏数值模拟的进一步论证。

表1 不同开发方式下优化指标

4 结论

（1）随阻力因子增大，油藏内的蒸汽腔呈增大趋势，导致蒸汽波及体积增大，日产油量增大，汽驱油汽比升高，开发效果变好。

（2）随驱油剂的界面张力减小，日产油量增大，采出程度提高，尤其在驱油剂驱前期汽驱油汽比明显升高，开发效果变好。

（3）蒸汽驱效果比热水驱好，单纯添加驱油剂在蒸汽驱和热水驱中提高采出程度效果有限，蒸汽+泡沫剂驱方式采出程度提高最多，效果最好。

[1]刘继伟，王刘琦，肖世鑫，等．稠油区块氮气泡沫辅助蒸汽驱技术[J]．油气田地面工程，2013，32（12）：6-7.

[2]张锐．稠油热采技术[M]．北京：石油工业出版社，1999.

[3]朱维耀，鞠岩．强化采油油藏数值模拟基本方法[M]．北京：石油工业出版社，2002.

[4]樊西惊．原油对泡沫稳定性的影响[J]．油田化学，1997，14（4）：384-388.

[5]钱昱，张思富，吴军政．泡沫复合驱泡沫稳定性及影响因素研究[J]．大庆石油地质与开发，2001，20（2）：33-35．

（栏目主持 李艳秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.006

国家重大专项课题“高温高盐油田化学驱提高采收率技术”（2011ZX05011—004）。