熱力泡沫復(fù)合驅(qū)增效機(jī)理及油藏適應(yīng)性研究
——以渤海M 油田為例

吳婷婷，廖 輝，耿志剛，杜春曉，高振南

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

蒸汽驅(qū)是蒸汽吞吐后的重要接替技術(shù)，但在開發(fā)過程中存在蒸汽竄流現(xiàn)象，降低蒸汽利用效率，還影響開發(fā)效果[3-4]。目前，蒸汽驅(qū)開發(fā)稠油油藏主要應(yīng)用高溫凝膠[5-8]、熱力泡沫[9-13]等助劑來改善開發(fā)效果。熱力復(fù)合泡沫驅(qū)油技術(shù)在勝利、新疆等油田實(shí)施并取得了一定效果，而海上油田對于該技術(shù)的增效機(jī)理及適用范圍研究尚處于起步階段。為此，本文以渤海M 油田為例，通過自制的二維可視化模型，從宏觀和微觀兩方面研究熱力泡沫開發(fā)稠油油藏的增效機(jī)理，并對泡沫封堵性能影響因素進(jìn)行分析，明確熱力泡沫復(fù)合驅(qū)的適應(yīng)性。該研究豐富了 海上稠油熱采開發(fā)技術(shù)體系，并為后續(xù)海上稠油油藏開發(fā)決策提供了依據(jù)。

1 油田概況

渤海M 油田油藏埋深1 100 m，原始地層壓力10 MPa，平均滲透率4 564×10-3μm2，地層原油黏度449～926 mPa·s。開發(fā)前期采用多元熱流體吞吐（N2、CO2、水蒸汽和熱水等組成的高壓多元熱流體混合物），注入溫度250 ℃，目前采出程度13.6%。該油藏經(jīng)過多輪次吞吐后，地層壓力低于6 MPa，已具備轉(zhuǎn)驅(qū)條件。

2 熱力泡沫驅(qū)可視化實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

二維可視化實(shí)驗(yàn)裝置主要有蒸汽發(fā)生器、泡沫發(fā)生器、可視區(qū)、量筒等，其中可視區(qū)主要由2 塊石英玻璃板組成，玻璃板內(nèi)用耐溫玻璃膠固定2 層各40 目的玻璃微珠。

實(shí)驗(yàn)流程：①在玻璃板的對角線上各設(shè)計(jì)一口注入井和一口生產(chǎn)井；②向系統(tǒng)內(nèi)注入蒸汽，至出口端采出液含水率達(dá)到90%停止；③注入發(fā)泡劑至波及面積不再變化；④注入熱力泡沫至波及面積不再變化。計(jì)量②、③、④步的產(chǎn)油、產(chǎn)水情況。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 動態(tài)變化特征

從二維可視化模型生產(chǎn)動態(tài)變化曲線（圖1）可以看出，初始時(shí)刻至注入泡沫階段前（0～2.3 PV），蒸汽驅(qū)階段存在無水采油期，約為13 min，此時(shí)對應(yīng)的最高瞬時(shí)產(chǎn)油量為0.80 mL/min，而后瞬時(shí)產(chǎn)油量大幅度降低，含水率大幅度上升，無水采油期采收率為9.7%。注入發(fā)泡劑前含水率達(dá)90.0%時(shí)，對應(yīng)的瞬時(shí)產(chǎn)油量僅為0.45 mL/min，采出程度為30.5%。注入1.4 PV 發(fā)泡劑，含水率由90.0%降至82.0%，最高瞬時(shí)產(chǎn)油量為0.60 mL/min，此階段結(jié)束時(shí)的采出程度為43.8%。繼續(xù)注入1.3 PV 發(fā)泡劑，含水率降至74.3%，最高瞬時(shí)產(chǎn)油量達(dá)0.90 mL/min。最終采出程度為60.4%，比蒸汽驅(qū)提高了29.9%。

2.2.2 平面驅(qū)油特征

圖1 生產(chǎn)動態(tài)變化曲線

圖2 為蒸汽驅(qū)與熱力泡沫驅(qū)前后平面波及狀況對比（黑色為原油，黃色為注入介質(zhì)波及區(qū)域）。從 圖中可以看出，注蒸汽初始階段，只有注入井附近受到波及，大部分原油沒有動用（圖2a）。蒸汽驅(qū)結(jié) 束后，可視化模型的對角注采井間沿主流線形成了 明顯的驅(qū)替條帶，這說明蒸汽沿主流線竄通，此時(shí)波及范圍較小，平面波及系數(shù)只有50.14%（圖2b），對應(yīng)的采出程度為30.5%。注入發(fā)泡劑從初始階段至結(jié)束，波及范圍增幅不大，平面波及系數(shù)為67.53%（圖2c、2d），比蒸汽驅(qū)僅提高了17.39%，但洗油效率提高較為明顯，采出程度為43.8%，說明發(fā)泡劑具有降低界面張力、提高洗油效率的作用。注入泡沫從初始階段至結(jié)束，波及范圍明顯增加，平面波及系數(shù)達(dá)84.49%（圖2e、2f），比蒸汽驅(qū)提高了34.35%，這是因?yàn)榕菽哂小岸麓蟛欢滦。滤欢掠汀钡奶攸c(diǎn)，此時(shí)對應(yīng)的采出程度為60.4%。

3 油藏適應(yīng)性研究

根據(jù)M 油田的地質(zhì)油藏特征和開發(fā)生產(chǎn)現(xiàn)狀，結(jié)合熱力泡沫阻力因子評價(jià)，驗(yàn)證該油田實(shí)施熱力泡沫復(fù)合驅(qū)的適應(yīng)性。阻力因子是衡量泡沫封堵性的重要指標(biāo)，其定義為工作壓差和基礎(chǔ)壓差之比[10]。基礎(chǔ)壓差為以恒定氣液比向多孔介質(zhì)中注入氮?dú)夂退€(wěn)定后兩端的壓差；工作壓差為以相同氣液比向多孔介質(zhì)中注入泡沫，穩(wěn)定后兩端的壓差。

3.1 儲層物性適應(yīng)性

分別在滲透率1 000×10-3，2 000×10-3，4 000×10-3，8 000×10-3，13 000×10-3μm2時(shí)測定發(fā)泡劑溶液阻力因子，結(jié)果如圖3 所示。從圖中可以看出，隨著滲透率的增加，基礎(chǔ)壓差降低，這說明滲透率越大，注入介質(zhì)在注入多孔介質(zhì)后產(chǎn)生的壓差越小；同時(shí)隨著滲透率的增加，阻力因子也增加，這說明泡沫優(yōu)先進(jìn)入高滲地層，在賈敏效應(yīng)作用下，增加高滲地層中氣相和液相的滲流阻力，使注入流體發(fā)生轉(zhuǎn)向，從而流入低滲地層；當(dāng)滲透率大于 8 000×10-3μm2，阻力因子變化非常小。M 油田稠油油藏滲透率大多數(shù)為2 000×10-3～5 500×10-3μm2，區(qū)間內(nèi)阻力因子變化較大，因此，可以充分利用泡沫“堵大不堵小”的特性進(jìn)行熱力泡沫調(diào)剖。

圖2 蒸汽驅(qū)與熱力復(fù)合泡沫驅(qū)前后平面波及狀況對比

圖3 不同滲透率時(shí)泡沫阻力因子和基礎(chǔ)壓差變化曲線

3.2 含油性適應(yīng)性

分別在含油飽和度5%，15%，25%，30%，35%，45%時(shí)測定發(fā)泡劑溶液阻力因子，結(jié)果如圖4 所示。從圖中可以看出，隨著含油飽和度的增加，基礎(chǔ)壓差也增加，這說明孔隙中含油越多，注入介質(zhì)在注入多孔介質(zhì)后產(chǎn)生的壓差越大；同時(shí)隨著含油飽和度的增加，阻力因子降低。當(dāng)含油飽和度大于30%時(shí)，阻力因子值非常低，基本失去了封堵能力，這是因?yàn)橛拖嗟拇嬖跁档团菽姆€(wěn)定性，加速泡沫的破滅。由此可知，泡沫具有“堵水不堵油”的特點(diǎn)，有利于將多孔介質(zhì)中剩余油驅(qū)替出來。因此，可以利用泡沫的這一特性，對M 油田實(shí)施熱力泡沫復(fù)合驅(qū)，來改善熱采效果。

3.3 溫度適應(yīng)性

分別在溫度30，50，80，120，150，180 ℃時(shí)測定泡沫阻力因子，結(jié)果如圖5 所示。從圖中可以看出，隨著溫度的升高，基礎(chǔ)壓差也增加，但當(dāng)溫度超過100 ℃時(shí)，基礎(chǔ)壓差增加幅度顯著，說明此時(shí)蒸汽產(chǎn)生了干度，且隨著溫度的增加，干度也增加；同時(shí)隨著溫度的升高，阻力因子降低，這說明隨著溫度的升高，泡沫的穩(wěn)定性下降，造成多孔介質(zhì)中泡沫的封堵能力降低。當(dāng)溫度達(dá)到180 ℃時(shí)，泡沫阻力因子值不足10。M油田目前注入溫度為250 ℃，因此，在保持現(xiàn)有特性的條件下增加泡沫的耐溫性能，對該油田熱力泡沫復(fù)合驅(qū)提高采收率意義重大。

圖4 不同含油飽和度下泡沫阻力因子和基礎(chǔ)壓差變化曲線

圖5 不同溫度下泡沫阻力因子和基礎(chǔ)壓差變化曲線

通過對熱力泡沫復(fù)合驅(qū)的油藏適應(yīng)性研究可知，在M 油田現(xiàn)有的地質(zhì)油藏條件下，泡沫均具有一定的封堵能力；但在高溫注入條件下，需要增加泡沫的耐溫性能，這對熱力泡沫復(fù)合驅(qū)提高采收率意義重大。

4 結(jié)論

（1）泡沫可以有效地抑制蒸汽竄流，進(jìn)而擴(kuò)大波及面積，最終提高采收率，與單一蒸汽驅(qū)相比，熱力泡沫復(fù)合驅(qū)油效率提高了約30.0%。

（2）泡沫封堵性能隨著滲透率的增加而增加，當(dāng)滲透率大于8 000×10-3μm2后趨于穩(wěn)定，呈現(xiàn)出“堵大不堵小”的特性；泡沫封堵性能隨著含油飽和度增加而減小，當(dāng)含油飽和度大于30%后，泡沫基本失去封堵能力，呈現(xiàn)出“堵水不堵油”的特性；泡沫封堵性能隨著溫度增加而減小，當(dāng)溫度超過180 ℃后，泡沫基本失去封堵能力。

（3）在M 油田現(xiàn)有的地質(zhì)油藏條件下，泡沫均具有一定封堵能力，但在高溫注入條件下增加泡沫的耐溫性能，對改善油田開發(fā)效果有重要意義。