X區塊氮氣泡沫驅油室內實驗研究

潘　婷，金澤寧，廖　旋，劉荊成（長江大學石油工程學院，湖北武漢　430100）

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X區塊氮氣泡沫驅油室內實驗研究

潘婷，金澤寧，廖旋，劉荊成
（長江大學石油工程學院，湖北武漢430100）

摘要：針對X區塊地層能量不足、含水率過高以及注采對應關系差導致的驅油效果差的開發現狀，選取TM15井組作為代表，對氮氣泡沫驅的開發方案的起泡劑濃度、氣液比進行優選。通過實驗，在綜合考慮采出程度、阻力因子以及施工方便等因素的條件下，優選出溫度為97℃下，起泡劑濃度為0.5 %，氣液比2：1，注氣速度為0.5 mL/min作為最佳注入參數。

關鍵詞：氮氣泡沫；起泡劑；濃度；氣液比

泡沫驅提高采收率是20世紀50年代以來發展起來的一種比較有前途的三次采油方法。泡沫是指在起泡劑作用下氣體（空氣、氮氣、CO2等）在液相中形成的一種分散體系。泡沫可以有效改善流度比，提高洗油效率，增加驅油的彈性能量，因而泡沫驅油能力強[1]。在一般情況下可提高采收率10 %～25 %。由于泡沫驅工藝相對簡單，現場實施成本較低，提高采收率效果較為明顯。本文針對X區塊油藏的開發特征，對該油藏的泡沫氮氣驅相關參數進行實驗優選分析。

1　油藏基本情況

1.1油藏地質類型

X區塊是位于新疆維吾爾自治區輪臺境內的三疊系油藏，X區塊由于受到背斜和斷裂雙重控制的復合型圈閉，軸向南北。三疊系上游為一套下粗上細的正旋回沉積，可分為砂巖段和泥巖段，局部夾泥礫泥巖夾層，平行層理塊狀層理發育，為辮狀河三角洲和濱湖相沉積體系，縱向呈明顯的正旋回特征，說明整個三疊系為一個水進的沉積過程。H1-1層含油面積為4.98 km2，飽和壓力為8.4 MPa，地層溫度為97℃，原始體積系數1.085，地面原油密度為0.884 g/cm3，原油飽和度為0.56，黏度為2.78 mPa·s，平均滲透率為95×10-3μm2。油藏類型為受到構造控制的具底水的塊狀砂巖孔隙未飽和型油藏，屬于超深、高產、低豐度的小型油氣田。

1.2油藏開發狀況

該油藏自2008年開始大規模的投入生產，投產初期使用天然能量進行開發，經過一段時間后地層壓力不斷下降，到2010年開始對該油藏進行注水開發，地層壓力開始趨于穩定。該區塊部署生產井34口，水井6口，平均單井日產液30.8 t，單井日產油7 t，綜合含水率為88 %，且采油速度僅為0.3 %。說明水驅起到了一定能量的補充作用，但是驅油效果不明顯。又由于井網不完善，注采對應關系差，以及縱向和平面上的非均質性較嚴重，導致了油井見水快，水竄嚴重，水驅效果差，采油速度低。

1.3研究現狀

氮氣泡沫驅油技術是一種以氮氣作為驅替介質的驅油方法。我國大慶、遼河和勝利等陸地油田已開展了大量的泡沫調驅室內研究和現場試驗[2]。

調研國內外相關資料，熱水氮氣泡沫驅驅油機理如下[3-5]：

（1）泡沫優先進入高滲透大孔道，逐步形成堵塞，阻止泡沫流入大孔道，迫使其他泡沫進入低滲透小孔道進行驅油；（2）泡沫具有“遇油消泡、遇水穩定”的性能，可以起到堵水不堵油的作用，達到提高驅油效率的目的；（3）原油中溶解氮氣后，原油的體積膨脹，黏度降低；（4）泡沫降低原油的界面張力，從而可以提高波及系數。

針對X油藏地層能量不足、含水率過高以及注采對應關系差導致的驅油效果差的開發現狀，選取TM15井組作為代表，對氮氣泡沫驅的開發方案的參數進行優選。

2　實驗條件

（1）模型：人工填砂，將120目～160目石英砂填入25 mm×300 mm的模型中，壓制而成；（2）地層水：飽和模型用水為人工合成鹽水，礦化度為19.7 mL/L，驅替和配制起泡劑溶液全采用該模擬地層水；（3）原油：模擬原油的黏度為2.88 mPa·s（97℃條件下）；（4）氮氣：氮氣泡沫用氣體為商品氮氣[6]；（5）起泡劑：WZJ013-H；（6）實驗溫度：實驗在恒溫箱里進行，恒溫為97℃。

3　起泡劑濃度優選

起泡劑溶液中起泡劑的濃度大小關系著驅油效果及投入成本，直接影響著現場的經濟收益，該參數的優化尤為重要，本實驗分別對濃度為0.3 %、0.4 %、0.5 %、0.6 %、0.7 %和1 %六種情況進行了評價。

3.1實驗流程

（1）根據該油藏滲透率范圍，選用120目～160目石英砂制作單管模型；（2）對單管模型抽真空4 h后，飽和實驗用的地層水，根據吸水量，計算單管模型的孔隙體積和孔隙度；（3）將單管模型放置在恒溫箱內，恒溫箱溫度97℃，并保持12 h；（4）測水相滲透率，并記錄下壓差P1；（5）用3～5倍孔隙體積的原油驅替單管模型中的飽和水，建立束縛水飽和度；（6）開展驅替實驗，水驅油，含水率達到98 %時結束實驗；（7）將氮氣和配有不同濃度起泡劑的注入水，按1：1的比例注入單管模型中，注入速度為0.5 mL/min，待壓差穩定時，記錄單管模型兩端的壓差P2，同時計量產出油量；（8）計算泡沫的阻力因子RF。

表1　不同起泡劑濃度下的RF值與采出程度Tab.1 Different concentration of foaming agent of RF value and recovery degree

3.2實驗結果及分析

通過圖1可以看出，在實驗過程中，單管模型兩端的壓差隨注入起泡劑濃度的變化而變化（見表1）。在注入過程中，當起泡劑的濃度小于0.5 %時，阻力因子迅速升高，采出程度則呈較快上升趨勢，當起泡劑濃度大于0.5 %時，阻力因子變化趨勢趨于平緩，呈穩定狀態，采出程度上升趨勢也趨于穩定。

圖1　不同起泡劑濃度下的RF值與采出程度Fig.1 Different concentration of foaming agent of RF value and recovery degree

針對該實驗的結果分析可知，出現這種現象的根本原因可能是起泡劑濃度的增加，當起泡劑水溶液中的表面活性劑濃度增加時，表面張力下降且原油黏度降低，泡沫液膜表面變厚，排液速度降低，泡沫穩定性增強，因此阻力因子上升速度加快，采出程度增加。當濃度接近臨界膠束濃度時，表面張力的變化程度很小，原油黏度降低，阻力因子變化趨于穩定，采出程度增加幅度減小。由此可知，過高的起泡劑濃度對氮氣泡沫驅的封堵效果不明顯，提高采收率的效果較好，由此后續的實驗研究中最佳的起泡劑濃度在0.5 %左右。

4　氣液比優選

含氣量對生成泡沫的質量有直接的影響，進而影響泡沫的表觀黏度。大量實驗表明：氣液比的變化與泡沫的屈服應力和表觀黏度的變化以及泡沫封堵能力成正比，而氣液比過大時，泡沫生成效果較差，穩定性也較差，泡沫破裂后產生的氣體也多，容易形成氣竄。本實驗分別對氣液比為1:2.5、1:2、1:1、2:1、2.5:1五種情況進行了評價。

4.1實驗流程

實驗流程與起泡劑濃度優選的流程類似，先制作好單管模型，飽和水后用原油進行驅替，得到束縛水飽和度，再用地層水驅油，當含水率達到98 %時停止注水。較為不同的地方在于，在進行氮氣泡沫驅時，將氮氣和配有不同濃度起泡劑的注入水，分別按1:2.5、1:2、1:1、2:1、2.5:1的比例注入單管模型中，注入速度為0.5 mL/min，待壓差穩定時，記錄單管模型兩端的壓差P2，同時計量產出油量。最后，根據壓差的比值計算出泡沫的阻力因子RF。

4.2實驗結果分析

圖2　不同氣液比下的RF和采出程度Fig.2 Different gas-liquid ratio of RF and recovery level

通過圖2可以看出，在實驗過程中，單管模型兩端的壓差隨注入起泡劑濃度的變化而變化（見表2）。觀察阻力因子隨氣液比的變化趨勢可以看出，阻力因子隨著氣液比的增加變化呈拋物線狀，其值先增大后減小，當氣液比小于2時，采出程度隨氣液比的增加而增大，這是由于隨著氣液比的增加，生成的泡沫中的含氣量增加，泡沫的質量也會增強，表觀黏度也增加。當氣液比大于2時，采出程度趨于平穩，這是由于氣液比較大時，泡沫的質量下降，泡沫容易破裂，破裂后產生的氣體體積變多，容易發生氣竄。

表2　不同氣液比下的RF和采出程度Tab.2 Different gas-liquid ratio of RF and recovery level

由實驗結果分析可知，在不同的氣液比條件下，綜

合考慮阻力因子和采出程度，得到最佳氣液比為2：1。

5　結論

氮氣泡沫驅油滲透過程中產生的阻力因子和采出程度均與注入泡沫劑濃度的變化成正比，與注氣速度的變化成反比。而隨著氣液比的不斷增大，其阻力因子成拋物線狀變化，存在一個最大值，采出程度則隨氣液比的變化成反比。綜合考慮采出程度、阻力因子以及施工方便等因素，優選在溫度為97℃下，起泡劑濃度為0.5 %，氣液比2：1，注氣速度為0.5 mL/min作為最佳注入參數。

在進行現場先導性試驗時，可適當增加泡沫劑的質量分數，待生產壓差建立后，再降低泡沫劑的質量分數，以達到最佳經濟效益。氮氣泡沫驅油能夠同時提高驅油效率和改善油藏注入水波及狀況，從而大幅度提高原油采收率。因此，對于X油藏使用氮氣泡沫調驅技術，對于改善注水開發效果，提高原油采收率有重要幫助。

參考文獻：

［1］王莉莎，等.泡沫驅提高采收率的研究進展［J］.內蒙古石油化工，2012，（12）：4-6.

［2］彭昱強，徐紹誠，莫成孝，等.渤海稠油油田氮氣泡沫調驅室內實驗研究［J］.中國海上油氣，2008，20（5）：26-29.

［3］呂廣忠，等.氮氣泡沫熱水驅油室內實驗研究［J］.石油大學學報（自然科學版），2003，27（5）：50-53.

［4］杜建芬，劉建儀，郭平，等.馬36區塊氮氣泡沫水交替驅室內評價研究［J］.西南石油學院學報，2004，26（3）：51-53.

［5］賈忠盛，等.泡沫及泡沫驅油室內實驗研究［J］.油田化學，1986，（4）：279-283.

［6］付美龍，易發新，張振華，等.冷43塊稠油油藏氮氣泡沫調剖實驗研究［J］.油田化學，2004，21（1）：64-67.

Experimental study of nitrogen foam flooding in X block

PAN Ting，JIN Zening，LIAO Xuan，LIU Jingcheng
（College of Petroleum Engineering，Yangtze University，Wuhan Hubei 430100，China）

Abstract:In view of the development status of the X block,the development status of the poor oil displacement effect caused by poor water content and injection production,the TM15 well group is selected as the representative,and the concentration of foaming agent and the gas/liquid ratio are optimized.Through the experiment,the optimum temperature is 97℃,the concentration of foaming agent is 0.5 %,the gas liquid ratio 2:1,the injection rate is 0.5 mL/min, and the injection rate is the optimum injection parameters.

Key words：nitrogen foam；foaming agent；concentration；gas/liquid ratio

作者簡介：潘婷，女（1991-），在讀碩士，研究方向為石油與天然氣工程，郵箱：2715881519@qq.com。

*收稿日期：2016-01-04

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.035

中圖分類號：TE357.45

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）03-0133-04