延长油田凝胶-空气泡沫综合调驱技术实验研究及应用

郭茂雷，黄春霞，余华贵，张新春，张冠华，周海成

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司 研究院，陕西 西安 710075；2.延长油田股份有限公司 甘谷驿采油厂，陕西 延安 716005)

延长油田凝胶-空气泡沫综合调驱技术实验研究及应用

郭茂雷1，黄春霞1，余华贵1，张新春2，张冠华2，周海成2

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司 研究院，陕西 西安 710075；2.延长油田股份有限公司 甘谷驿采油厂，陕西 延安 716005)

针对延长油田低渗透裂缝性油藏含水上升快、采出程度低等问题，提出了凝胶-空气泡沫综合调驱的方案。利用方形裂缝性岩心和填砂管岩心模拟油藏条件，对凝胶和空气泡沫的注入方式、段塞大小等一系列重要参数进行了优化。凝胶注入量为0.3PV时可有效封堵裂缝性岩心的高渗条带；气液体积为3∶1、气液小段塞多周期交替注入时生成的泡沫质量最佳；非均质油藏综合调驱最佳注入方案为0.3PV凝胶+0.6PV空气泡沫，可将综合采收率提高40%以上。矿场试验结果表明，凝胶-空气泡沫综合调驱技术能够大幅提高油藏原油采收率，具有在同类油藏进一步推广应用的价值。

裂缝性低渗油藏；凝胶-空气泡沫调驱；参数优化；采收率；矿场试验

低渗透、特低渗透油藏广泛分布于全国各大油田，尤其是鄂尔多斯盆地，低渗透油藏储量在原油地质储量中占有非常大的比例，其中相当一部分油藏存在不同发育程度的裂缝[1-4]。低孔、低渗、裂缝性的油藏特点必然造成油井产能低、含水上升快、产量递减快、采收率低等问题[5-6]。因此，研究低渗透裂缝性油田提高采收率技术，对提高原油产量具有重要意义[7-9]。

空气泡沫驱结合了气驱和泡沫驱的特点，是一项很有前景的三次采油技术[10-13]，不仅可有效增产，还可明显降低油井含水率，具有很好的调驱功能[14-16]。本文以延长油田东部油区某低渗透裂缝性油藏为试验区，开展凝胶-空气泡沫的综合调驱试验研究，利用凝胶封堵裂缝地层，考察凝胶-空气泡沫调驱技术在低渗透裂缝性油藏的适应性，为类似油藏的开发提供一定的借鉴。

1 实验部分

1.1 实验材料

为充分模拟油藏条件，实验选用不同类型的岩心进行实验。

实验岩心为Φ25mm×300mm的填砂管岩心及尺寸为45mm×45mm×300mm、中间有一高渗透裂缝通道的方形基岩裂缝性岩心；实验药品有自制的凝胶、复配的BK6A起泡体系(质量分数0.5%)；实验用气为空气；实验用油为试验区脱水脱气原油；实验用水为试验区模拟地层水(分析报告见表1)。

表1 模拟地层水分析报告

1.2 实验方法

为优化凝胶-空气泡沫综合调驱的注入参数并评价其效果，分别进行了阻力因子测定和驱油实验。

阻力因子测定：连接好实验装置并检查管线和阀门的气密性，加围压，气测渗透率，称干重，将岩心抽真空后饱和地层水，测定水驱稳定时岩心两端的基础压差Δp1，注入凝胶或泡沫后继续水驱，测定岩心两端的稳定压差Δp2，Δp2/Δp1为阻力因子，用来表示凝胶或泡沫的封堵能力，阻力因子越大，封堵能力越强。

驱油实验：将岩心抽真空后饱和地层水、饱和油，老化后接入流程，水驱至含水98%；注入一定孔隙体积(PV)倍数的凝胶或泡沫段塞后转水驱，至含水98%后实验结束。记录各个实验阶段的注入压力、产液量、产油量，计算不同阶段的采收率。

2 实验结果与讨论

2.1 凝胶注入量优化

选取4块性质相近的人造裂缝性岩心，裂缝渗透率220×10-3μm2、基岩渗透率5×10-3μm2，分别注入0.1PV，0.2PV，0.3PV，0.4PV凝胶，测定不同注入量的凝胶阻力因子(图1)，可以看出，凝胶注入量越大，阻力因子越高，封堵效果越好；凝胶注入量为0.3PV的岩心阻力因子达到227，远高于注入量为0.2PV的岩心阻力因子，此时凝胶能够封堵住裂缝，提高后续水驱的波及范围，继续增加凝胶注入量，阻力因子虽有所提高，但幅度不大。因此，将凝胶的注入体积确定为0.3 PV。

图1 不同注入量的凝胶阻力因子曲线

2.2 泡沫气液比优化

为优化生成泡沫的最佳气液比，实验选用了5根渗透率均约为50×10-3μm的填砂管岩心，考查了气液比分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1时泡沫驱提高采收率情况，如图2所示。

图2 不同气液比的泡沫驱提高采收率曲线

可以看出：采收率增值随着气液比的增加先增大后减小，并在3∶l时达到最大。分析认为：气液比过小时不能产生足量的泡沫，而且泡沫的质量低，黏度小，进而影响泡沫驱油的效果；当气液比过大时，由于体系中气体比液体的推进速度快，气液混合不充分，无法生成大量稳定的泡沫，甚至在驱油过程中发生“气窜”现象。当气液体积比为3∶l时生成的稳定泡沫能够最大程度发挥泡沫的调驱能力，从而将油层中水驱无法波及到的剩余油驱出，提高最终采收率。

2.3 泡沫段塞总注入量优化

泡沫段塞注入量是泡沫注入工艺中的一个重要参数，总注入段塞太小，由于地层的漏失和吸附，很难形成有效的泡沫；总注入段塞太大，经济上造成浪费。

实验选取3根渗透率约为50×10-3μm2的填砂管岩心，采用气液体积比3∶1，分别注入0.3 PV、0.6 PV、0.9 PV泡沫段塞，计算注入不同段塞体积泡沫的阻力因子(图3)。

图3 不同注入体积的泡沫驱压差比曲线

实验结果表明，注入不同体积的泡沫段塞，阻力因子均有所提高，阻力因子随着泡沫注入量的增加先增大后减少,注入体积0.6 PV时的阻力因子最大，封堵效果最好。分析认为：注入0.3 PV泡沫时，起泡量较少，阻力因子也较小；当注入体积0.9 PV时，泡沫中表面活性剂成分吸附在岩石表面，形成润滑通道，造成水驱阻力减小，并且在实验过程中，泡沫液从岩心出口端流出，造成泡沫液的浪费。因此室内优化的最佳注入泡沫体积为0.6 PV。

2.4 泡沫交替周期优化

改变气液段塞的交替次数，优化交替周期对封堵效果的影响。实验中选取3根渗透率为50×10-3μm2左右的填砂岩心，气液分别交替3次、6次、9次，测定不同交替周期的泡沫阻力因子，如表2所示。

表2 交替段塞大小注入方案

可以看出，段塞交替周期对阻力因子有着明显的影响，段塞交替次数越多，阻力因子越大，泡沫封堵能力越强。分析认为：气液大段塞注入时，气液接触面小，难以形成真正的泡沫，主要表现为气驱和表面活性剂驱单独作用，所以后续水驱压力低。而小段塞、多轮次交替注入可以使气液充分接触，产生较多泡沫，对岩心大孔道的封堵能力和驱替能力明显增强，水驱压力提高，采收率增加。因此，在条件允许的情况下，尽量采用小段塞、多轮次交替注入空气和起泡剂的方式，能够最大程度起到调驱的作用。

2.5 非均质岩心驱油实验

填制渗透率分别为200×10-3μm2、47×10-3μm2的2根填砂管，渗透率级差为4.3，饱和水、饱和油，并联后接入流程，模拟油藏非均质性。按照优化出的参数注入，水驱至含水98%后，注0.3 PV凝胶+0.6 PV泡沫液，待凝胶交联后继续水驱，每隔一段时间分别记录高渗管和低渗管的产液量、产油量，计算不同阶段高渗管、低渗管以及综合采出程度，考察凝胶-泡沫体系的提高采收率能力，如表3所示。

可以看出，高、低渗填砂管非均质模型的水驱综合采收率仅达到11.3%，注入凝胶-空气泡沫综合调驱段塞后，高渗模型的最终采收率为62.7%，低渗模型的最终采收率为41.3%，高、低渗模型的综合采收率达到52.0%，提高了40.7%，说明凝胶-泡沫体系具有较好地提高采收率能力。

表3 双管非均质模型采出程度提高值

高渗管或低渗管的产液量占总产液量的比例记为产出液的体积分数(图4)，对比凝胶-泡沫体系注入前后高、低渗管产出液体积分数的变化，考察凝胶-泡沫体系对高、低渗管分流能力的影响，反应凝胶-泡沫体系对非均质模型的剖面改善情况。

图4 非均质模型驱替产出液体积分数曲线

可以看出，注入凝胶-空气泡沫综合调驱段塞后，高渗管产液量减小，低渗管产液量增加，调整了高、低渗管的分流能力，并且在一定阶段高、低渗管产液量相差很小，说明凝胶-空气泡沫综合调驱段塞能够较好地封堵高渗层，改善了非均质模型的产液剖面，提高了低渗层产液量。

3 现场应用效果

试验区含油面积0.5 km2，共有注水井8口，采油井17口，井网形式为150 m×125 m的矩形反九点井网，井距195 m，排距96 m，主要开采层位为延长组长6油层。储层平均孔隙度为8.3%，平均渗透率0.85×10-3μm2，地层温度24.6～27.5 ℃，地层压力4.016～5.812 MPa，油藏饱和压力1.12 MPa，属典型的低孔、低渗、低温、低压油藏。该区块采取超前注水方式开采。截止2011年5月，油井平均含水87%，含水率相对较高。

试验区自2011年10月进行凝胶空气泡沫综合调驱以来，在增油控水方面取得了一定的效果(图5)，4个试验井组共11口油井，试验区调驱前半月平均单井日产油量0.22 m3，日产液量1.72 m3，平均含水87.13%，调驱过程及后续水驱过程中(2011年10月1日至2011年12月19日综合调驱，2011年12月19日转为稳定水驱)，平均单井日产油量0.46 m3，日产液量1.37 m3，平均含水66.65%，单井日产油量增加109.09%，含水减少20.48%。截止到2012年8月31日，试验区累积增油718.58 t(不考虑递减)，试验区目前平均含水63.88%，单井日产油量为0.37 m3。试验区整体含水呈下降趋势，并趋于稳定。产液量有所下降，产油量逐渐增加，并趋于稳定。在凝胶空气泡沫综合调驱有效期内，随着时间的延长，增油控水效果会更加明显。

图5 空气泡沫综合调驱试验区调驱前后生产动态变化曲线图

4 结 论

(1)凝胶对裂缝性地层具有较好的封堵能力，且在一定条件下，封堵效果随着凝胶注入量的增加而增强。

(2)凝胶和空气泡沫的注入参数优化结果为：当气液体积比为3∶1、小段塞多周期交替注入时生成的泡沫质量最佳；段塞尺寸为0.3 PV凝胶+0.6 PV空气泡沫的注入方式在非均质油藏中具有明显的调驱效果，可有效控制气窜、提高产油、降低含水。

(3)矿场试验证明这种凝胶与空气泡沫的综合调驱方式在低渗、特低渗裂缝性油藏有着较好的应用前景，可为类似油藏提高原油采收率提供有益的借鉴。

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责任编辑：贺元旦

2014-11-10

陕西延长石油(集团)有限责任公司科研项目“延长东部油区空气泡沫驱配套技术研究及先导试验”(编号：ycsy2010-ky-A-12

郭茂雷(1986-)，男，硕士，助理工程师，主要从事油田提高采收率技术研究。E-mail:guomaolei315@126.com

1673-064X(2015)01-0062-05

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