致密油藏注空氣泡沫驅機理數值模擬研究

金澤寧，潘婷

（長江大學石油工程學院，湖北武漢430100）

致密油藏注空氣泡沫驅機理數值模擬研究

金澤寧，潘婷

（長江大學石油工程學院，湖北武漢430100）

本文通過對空氣低溫氧化的驅油機理和注泡沫的驅油機理的研究，利用CMG軟件模擬致密油藏注空氣泡沫的驅油機理。同時，討論了地層韻律性，注氣速度，泡沫液注入速度等因素對驅油效果的影響，為實際的開發提供一定的參考價值。

致密油藏；CMG；空氣泡沫驅

據統計在2003-2008年期間，我國主要沉積盆地的新增石油儲量中，低、特低滲石油所占比例從69.1%提高到87%[1]。隨著科技的進步，壓裂、水平井、多分支井等技術已得到廣泛應用，為致密油氣勘探提供了技術保障，致使致密油將是石油勘探下一個現實領域。空氣源豐富、成本廉價，不受地域和空間的限制，注入空氣提高采收率機理不但具有傳統的注氣作用，而且還具有氧氣產生的其他效果。但是，單純注空氣不僅驅油效果受到限制，也會導致氧氣竄到生產井而引起安全隱患。因此，可以采用泡沫輔助注空氣技術進行致密油藏的開采。

1 空氣低溫氧化驅油機理

按油藏中原油與氧氣發生低溫氧化反應的不同階段，將空氣低溫氧化過程可以劃分為3個區域（見圖1）。

圖1 注入油藏中空氣與原油的低溫氧化過程

（1）反應后緣區：是位于注入井附近的油藏地帶，該區域的部分原油被氧化，部分被注入空氣驅替，氧氣不再消耗，剩余油飽和度較低。

（2）反應前緣區：這個區域發生低溫氧化反應，氧氣的濃度逐漸降低，從21%降到0%，氧氣被消耗，生成碳的氧化物，形成一個巨大的氧化帶，并且反應產生熱量使油層溫度有所升高，促使原油黏度降低，膨脹產生驅動效應。

（3）未波及區域：是一個較寬的煙道氣驅帶，主要是氮氣，CO2及少量烴類組分的驅替作用，注入一定壓力下，易溶解于原油中，發展為混相驅，從而提高波及系數提高原油采收率[2]。

2 泡沫驅油機理

2.1 提高波及系數

疊加的氣阻效應提高了波及系數。泡沫是氣體分散在液相中的分散體系（也有氣體分散在固相中的分散體系），也可以說是一種液包氣的乳狀液，當泡沫通過毛管時由于變形對流體流動產生的阻力叫賈敏效應。泡沫進入非均質地層，它將優先進入大孔道高滲透段，而疊加的氣阻效應使其流動阻力逐漸提高，隨著注入壓力增高，泡沫可以依次進入滲透性較小、流動阻力較大的原來不能進入的層段，這樣，泡沫就可以比較均勻地沿不均質地層向前推進而提高了波及系數。

2.2 改善流度比

泡沫的黏度大于水，改善了流度比。泡沫的黏度除來自分散介質液層相對移動的內摩擦外，還存在分散相間的碰撞，因此黏度比水大得多。在一定溫度下，泡沫的黏度主要取決于分散介質的黏度和泡沫特性值-即泡沫質量。泡沫質量Ф是氣體體積與泡沫總體積的比值，泡沫質量越高，泡沫黏度越大，當泡沫質量超過一定數值，泡沫黏度就急劇增加，泡沫黏度可用經驗式計算。常用的泡沫Ф=0.52～0.99，泡沫的黏度比水大得多，所以可以大大改善流度比（M=1），比水及活性水、堿性水的波及系數都大，因此采收率顯著提高。

2.3 降低油水界面

由于起泡劑是活性劑，因此活性水提高采收率的作用，泡沫同樣具有。泡沫可降低油水界面張力，有乳化作用，潤濕反轉作用等，提高洗油效率[3]。

空氣泡沫驅綜合了空氣驅的低溫氧化機理和泡沫驅的驅油及封堵等機理。空氣泡沫驅的開發方式的選擇實現了延長見水周期，降低了含水率，提高了最終采收率，成本低，安全可靠[4]。因此，空氣泡沫復合驅是一種很有前景的提高低滲透致密油藏采收率方法。

3 模型建立

筆者在CMG在STARS模塊[5]自帶的注空氣低溫氧化實驗模型的基礎上進行修改，從而建立11×4×5 Radial Grid三維徑向網格模型，X方向共有11個網格，θ方向共劃分12個網格，劃分角度30°，Z方向共有5層，I方向網格步長為8 m，10 m，15 m，20 m，20 m，20 m，20 m，25 m，20 m，15 m，10 m，K方向網格步長1.5 m，網格的二維模型（見圖2）。

3.1 地層韻律性研究

本模型首先研究地層韻律性，設置有三組，I方向滲透率等于J方向滲透率（i=j=0.9 mD），只改變K方向滲透率，從地層上依次往下，正韻律（2 mD、1 mD、0.5 mD、0.2 mD、0.1 mD）；反韻律（0.1 mD、0.2 mD、0.5 mD、1 mD、2 mD）；復合韻律（0.2 mD、1 mD、0.5 mD、2 mD、0.1 mD）（見圖3）。

從圖3可知，此次模擬條件中，在非均質地層中空氣泡沫在正韻律性地層累積驅油量最大，效果最好；其次是復合韻律地層，而在反韻律地層中驅油效果較差。

圖2 模型2D、3D網格示意圖

圖3 不同地層韻律性下的日產油量變化曲線

3.2 注氣速度研究

注氣速度是指在單位時間內向油層中注入流體體積。當注入壓力和時間相同時，注氣的速度越大那么向油層中注入的空氣越多。注氣速度會影響氧化前緣的推進速率，同時也是地層能否維持低溫氧化的重要因素之一。現采取1 900 m3/d、1 800 m3/d、1 750 m3/d和1 700 m3/d注氣速度來模擬（見圖4）。

圖4 不同注氣速度下的累積產油量變化曲線

從圖4可以發現注氣速度為1 750 m3/d時累積產油量最多，反而不是注氣速度最小值更不是注氣量為最大1 900 m3/d。當注氣速度過小會使得泡沫質量（氣體體積比上泡沫體積）較小，黏度較小，驅油效率和波及系數較小。同樣若注入速度過大，氣體過多會導致氣竄的發生，驅油效率和采收率都會有所降低。

3.3 泡沫液注入速度研究

對于水氣交替注入過程，用表面活性劑溶液（水和一定濃度表活劑）代替水，氣體與表活劑溶液混合后產生泡沫，可以降低氣體的流度，增大流體的黏度，能夠有效地控制水竄和氣竄的發生，較大幅度的提高驅替波及系數及最終原油采收率。為了模擬泡沫液注入速度對油藏驅油的影響，現有五組分別采用6.5 m3/d、7 m3/d、7.5 m3/d、9 m3/d和11 m3/d來研究其驅油效果（見圖5）。

從圖5可知在模擬條件下，累積采油量隨泡沫液注入速度的增大而增大；當注入空氣比較多，由于注入的泡沫液能夠和剩下氣體有較好的混合使得生產的泡沫數量較多，因而泡沫封堵性能隨泡沫液注入的速度增加而增大。

Numerical simulation of air bubble foam flooding mechanism in tight reservoir

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

In this paper,through the study of the mechanism of oil displacement mechanism of air low temperature oxidation and the mechanism of foam flooding,the oil displacement mechanism of the injection air and foam in tight oil reservoir was simulated by CMG.At the same time,it discusses the formation rhythm,gas injection rate,foam injection rate and other factors on the effect of oil displacement,and provides some reference value for the actual development.

tight reservoir；CMG；air foam flooding

TE357.45

A

1673-5285（2017）01-0064-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.01.019

2016－10-31

金澤寧，女（1992-），在讀碩士研究生，研究方向為油氣田開發，郵箱：2313031775@qq.com。