致密油层空气泡沫驱油提高驱油效率实验研究*

商琳琳，许建红

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院油藏评价研究室，黑龙江大庆163712）

致密油层物性差，空气渗透率通常不足10-3μm2，开发过程中单井产量低、产量递减快，注水效果差，驱油效率低，水驱动用程度低［1-6］。研究表明空气泡沫在油层中具有遇油消泡、遇水稳定，堵水不堵油、堵大不堵小，改善油、气、水相对渗流特征，在微观上能大幅度提高驱油效率［7-9］。针对低渗透油田注入难度大，注水见效差的问题，长庆油田空气泡沫驱试验自2009年单井试注开始，经历了先导试验、扩大试验，目前正开展工业性试验。在五里湾一区ZJ53井区长6油层（渗透率1.81×10-3μm2）开展15 注63 采试验区，见效油井60 口，见效率95.2%，累积增油6.3×104t。2017 年以来，油藏类型由特低渗透拓展到超低渗透、致密油藏，现场试验稳步推进；在耿271 长8 油层（渗透率0.38×10-3μm2）、新193长7油层（渗透率0.18×10-3μm2）致密油层开展空气泡沫驱先导试验，已经取得降低含水率、降低产量递减的初步效果。延长油田在甘谷驿采油厂唐80区块长6油层（渗透率1.04×10-3μm2）进行2 个井区的空气泡沫驱先导试验，18 个月增油243 t，含水率下降24%，取得阶段性成功［4］。

大庆外围龙虎泡油田高台子油层储层属特低孔低渗油层，以泥粉砂岩为主，含石英20%数37%、长石23%数41%、岩屑14%数35%。成分成熟度和结构成熟度均低［10］。高台子油层岩心压汞实验排替压力为10数25 MPa，油层驱替开发时注水压力高，注水难度大。平均孔喉半径1.176 μm，孔隙中值半径平均值为0.0737 μm，退汞效率21.5%数61.6%。高台子油层孔隙类型主要为粒间孔，其次还有溶蚀孔和大量微孔，粒间孔油层的孔隙度为9.2%数16.8%，平均11.9%，渗透率为0.1×10-3数1×10-3μm2，平均0.6×10-3μm2。地层原油密度为0.7414 g/cm3，黏度（80℃）为1.45 mPa·s，体积系数1.23，原始气油比67.75 m3/m3，原始饱和压力8.9 MPa。从1998 年2 月开始陆续采用300 m 正方形井网、同步注水采油方式开发，投产初期平均单井日产油量为1.13 t，但产量递减快，注水见效差。第5 年平均单井日产油量递减为0.46 t，第10 年递减为0.32 t，目前低产低效井占80%以上，关停井占40%以上，预测实际水驱采收率低于12%，迫切需要新的开发方式来提高开发效果。针对高台子致密油层开展了空气-泡沫液体系驱油实验，研究了空气与泡沫的注入体积、段塞组合等对驱油效率的影响。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

原油为高台子油层原油（地面原油）经过脱水、过滤等一系列处理后，加入煤油，按照地层油黏度配制的模拟地层原油；起泡剂为大庆油田提供的代号为BH-4化学剂，主要成分为：含聚醚链段甜菜碱两性表面活性剂、烷基酰胺丙基二甲基氧化胺、氯化钠、烷基硫酸钠、N-（2-吡啶基）醇醚亚甲基酰胺、少量稠化稳泡剂和水；模拟地层水，NaHCO3型，矿化度5804.4 mg/L；模拟地面水，CaCO3型，矿化度125 mg/L；天然岩心，井段2011.5数2024.2 m，岩心参数见表1。

表1 高台子油层岩心物性参数

Isco 公司 D 系列的柱塞泵；HWHS-100 型按键式恒温恒湿箱，上海皆准仪器设备有限公司；TY-B型岩心夹持器、高压活塞容器，海安县石油科研仪器有限公司；A-10型差压传感器，威卡（WIKA）公司。

1.2 岩心驱替实验

（1）将天然岩心抽提、烘干后，用空气测岩心渗透率，将岩心模型饱和地层水，测定孔隙度。（2）将岩心饱和模拟地层原油，并进行油驱水，直至岩心出口端没有水流出为止，计算束缚水饱和度。（3）将注入压力调整到驱替压力后，用恒压法将配制的模拟地层水注入岩心中进行水驱油实验，直至岩心出口没有油流出为止，记录驱替压差、驱出油和水体积及累计注水量。（4）泡沫驱时将一定压力的气体和泡沫液（由模拟地面水配制的0.5%BH-4泡沫液）按设计的段塞注入岩心中进行驱替，直至岩心出口没有油流出为止，用模拟地面水进行后续水驱，记录驱替压差、驱出油、水体积、累计注水量及总采收率。实验温度80℃。驱替介质的性能参数和实验温度见表2。

表2 实验驱替介质性能参数统计表

2 结果与讨论

2.1 水驱油

从1数3#岩心的水驱油结果（表3）可见，岩心平均初始含油饱和度为65.47%，无水期驱油效率平均为34.69%，水驱最终驱油效率平均为48.95%，水驱结束时残余油饱和度在30.55%数34.8%之间，平均为32.18%。无水期采油量占水驱总采油量的70.87%，原油主要在无水期采出。由图1 可见，水驱0.5 PV 见水前，驱油效率快速上升，达到40%以上；水驱见水后含水率快速上升，驱油效率增速缓慢。

表3 岩心水驱油实验结果*

图1 岩心水驱驱油效率与注入量的关系

2.2 泡沫驱油

2.2.1 小段塞空气-泡沫液交替驱油

对2#岩心先用水驱替至含水100%，再按气液体积比1∶1进行空气-泡沫液交替驱替，泡沫液每段驱替体积为0.04 PV，连续段塞交替驱替至含水稳定时转入水驱约2.5 PV。由图2、表4数据可见，空气-泡沫液交替驱替实验的最终驱油效率为79.63%，在水驱基础上提高驱油效率26.92%。由图2 可见，在水驱4.17 PV 后，驱油效率达到52.71%，水驱后空气-泡沫液交替驱0.6 PV，驱油效率增至74.15%，提高21.45%。说明相对水驱，对于低渗透岩心，空气比水具有更好的注入性，更易进入微小基质孔隙，驱替基质中的剩余油，驱油效率得到大幅提高［3］。

图2 小段塞空气-泡沫液交替驱油注入量与驱油效率的关系

2.2.2 不同量空气-泡沫液段塞驱油

对3#岩心水驱至含水100%，再进行不同量空气-泡沫液段塞驱替。第一阶段驱替一个段塞，驱替量为0.16 PV空气+0.08 PV泡沫液，总量为0.24 PV，然后水驱至含水100%；第二阶段驱替4 个（0.04 PV空气+0.02 PV泡沫液）段塞，驱替总量为0.24 PV，继续水驱至含水100%。由图3和表4数据可见，单一大段塞空气-泡沫液驱替的驱油效率比水驱提高5.57%；在此基础上，继续采用小段塞的空气-泡沫液驱替，驱油效率大幅提高。同样都是驱替0.24 PV 空气-泡沫液段塞，小段塞空气-泡沫液可提高驱油效率15.3%。说明单一大段塞空气和泡沫不能充分发挥泡沫驱的作用，而小段塞交替驱替形成的空气-泡沫体系黏度具有随剪切速率增大而减少的特点，在大孔隙中黏度大，小孔隙中黏度小，起到封堵大孔道不堵小孔道的作用［1，4］，从而提高驱油效率。

图3 不同量空气-泡沫液驱油注入量与驱油效率的关系

表4 岩心空气-泡沫液驱油实验结果*

2.2.3 长段塞空气-泡沫液段塞驱油

对1#岩心水驱至含水100%，然后驱替4个（0.2 PV 泡沫液+1.0 PV 空气）段塞，最后进行注水驱替。从图4 和表4 数据可见，长段塞空气-泡沫液驱替提高驱油效率19.71%，比小段塞驱的驱油效率增幅低约7%。可见段塞过大、气液比过高，驱油效果更接近于单一气驱和单一泡沫驱，不能充分发挥空气-泡沫体系堵大不堵小、堵水不堵油的作用。

图4 长段塞空气-泡沫液驱油注入量与驱油效率的关系

2.2.4 气液比对驱油效率的影响

为了优化气液比，分别按气液比1∶1、3∶1、5∶1对2#岩心进行驱替实验。在岩心饱和油后先水驱至含水100%后，再进行空气-泡沫液（每段空气注入量为0.04 PV）驱。从驱替效果看（图5），3种气液比段塞的驱油效果均较好，其中气液比为1∶1 时的驱油效率略高于3∶1，气液比为5∶1 时驱油见效速度快。说明气液比越高，气窜的时间也越早，驱油效率相对略低；气液比越低，驱油见效越晚。实际注入时，需根据不同储层结构对气液比进行优化［4，6］。

图5 不同气液比下空气-泡沫液驱油效率与注入量的关系

2.2.5 空气-泡沫无水混合驱

向4#岩心按气液比1∶1 同时驱替空气和泡沫（混合成空气-泡沫体系），驱替压力上升快，在0.012 mL/min的平均驱替速度下，仅驱替0.13 PV后压力升至18.9 MPa，由于压力过高驱替无法继续进行，于是采用空气-泡沫液段塞交替驱，最终驱油效率达到78.39%，接近水驱后空气-泡沫液小段塞驱油效率（表4、图6）。空气和泡沫液在地面混合后，泡沫尺寸远远大于孔隙尺寸，注入难度大，注入0.17 PV 的驱油效率只有13.37%；对高台子这样的特低渗透油层应该采用空气-泡沫段塞交替驱替，让空气和泡沫液在地层中混合，发挥泡沫在大孔隙中黏度大、小孔隙中黏度小，封堵大孔道不堵小孔道的驱油作用［8-10］。

图6 4#岩心空气-泡沫液驱油效率与注入量的关系

3 结论

采用空气-泡沫液段塞对高台子致密油层岩心进行驱替，驱油效率比水驱提高约20%。空气-泡沫液段塞气液比越低，见效越慢，气窜也越晚，驱油效率较高；气液比越大，见效越快，气窜也越早，驱油效率较低。小段塞多周期空气-泡沫液段塞的驱油效率高于单一空气-泡沫液大段塞。空气泡沫驱油时，应采用小段塞多段塞模式，气液比控制在1∶1数3∶1 之间，以“空气-泡沫液-空气-泡沫液”段塞交替的方式注入。