油層重力分異對泡沫驅氣液比的影響

馬 良，黃先科，劉 根

（成都理工大學能源學院，四川成都 610059）

在泡沫驅的過程中，通常采用的是氣液交替注入的方式。在注入液體的過程中，由于油層厚度不同，導致在注液體時，由于液柱壓力的影響，油層下部的注入壓力明顯高于上部油層的注入壓力；然而，在注入氣體的過程中，油層下部的注入壓力和油層上部的注入壓力基本相同。進而導致在泡沫驅替過程中，油層下部與油層上部的氣液比不同。把這種情況稱為重力分異作用對泡沫體系氣液比的影響。筆者主要研究油層厚度（重力分異）、滲透率及層間壓力三者分別在氣液交替注入方式下對氣液比的影響規律。

1 實驗準備

1.1 實驗條件及儀器

（1）實驗條件：溫度80 ℃；

（2）實驗儀器：恒溫箱、回壓閥、注入泵、中間容器、填砂管、注氣泵等。

1.2 實驗步驟

（1）填砂管的制備：用石英砂制備填砂管；

（2）測定填砂管的水相滲透率和孔隙度；

（3）實驗分別用0.1 m/d、0.5 m/d、0.8 m/d、1.1 m/d、1.4 m/d、1.7 m/d、2.0 m/d、3.0 m/d、4.0 m/d 以及5.0 m/d的流量水驅并記錄與之對應的兩端穩定壓差P；

（4）在填砂管的出口端加上回壓1.0 MPa，再分別用0.1 m/d、0.5 m/d、0.8 m/d、1.1 m/d、1.4 m/d、1.7 m/d、2.0 m/d、3.0 m/d、4.0 m/d 以及5.0 m/d 的流量水驅并記錄與之對應的兩端穩定壓差P；

（5）在填砂管的出口端加上回壓2.0 MPa，再分別用0.1 m/d、0.5 m/d、0.8 m/d、1.1 m/d、1.4 m/d、1.7 m/d、2.0 m/d、3.0 m/d、4.0 m/d 以及5.0 m/d 的流量水驅并記錄與之對應的兩端穩定壓差P。

2 結果與分析

用石英砂分別制備了三根填砂管，分別在出口端的壓力為0.1 MPa、1.0 MPa、2.0 MPa 的情況下，對這三根填砂管進行水驅和氣驅，測得這三根填砂管的孔隙度與滲透率數據（見表1）。

表1 三根填砂管的孔隙度與滲透率數據

2.1 地層壓力相同的非均質油層

當模擬油層的地層壓力相同，但油層的層間非均質性很明顯時，即模擬油層分上下兩層，并且上下兩個油層的滲透率有著明顯的不同。可以分別設定上部油層的滲透率為K1，下部油層的滲透率為K2。現設定上下油層的分界部分為參照面，并設定這個位置的氣/液比為1:1，則可以得到模擬油層在地層壓力不同的情況下油層相對厚度對注入氣體線速度、注入液體線速度以及氣液比的影響情況（見圖1）。

圖1 地層壓力相同的非均質油層模型

圖2 地層壓力為0.1 MPa 的非均質油層相對厚度對氣液比的影響

2.1.1 模擬油層壓力為0.1 MPa 當模擬油層的地層壓力為0.1 MPa 時，則可以得到模擬油層在上部油層的滲透率為854.26×10-3μm2，下部油層的滲透率為529.40×10-3μm2的情況下油層相對厚度對氣液比的影響（見圖2）。

由圖2 可知，當模擬油層的地層壓力相同并且為0.1 MPa 時，由于上部油層的滲透率較大，下部油層滲透率較小，導致上下油層的分界部分的氣體與液體的注入線速度有一個突變的情況，這是因為在同一個位置氣體與液體的注入壓差不變，但滲透率不同，則注入氣體與液體的線速度發生突變，由于上部油層的滲透率大于下部油層的滲透率，所以上部油層的注入氣體與液體的線速度大于下部油層的注入氣體與液體的線速度。但由于氣體與液體注入線速度變化情況大致相同，所以氣液比基本不變。

圖3 地層壓力為1.0 MPa 的非均質油層相對厚度對氣液比的影響

圖4 地層壓力為2.0 MPa 的非均質油層相對厚度對氣液比的影響

2.1.2 模擬油層壓力為1.0 MPa 當模擬油層的地層壓力為1.0 MPa 時，則可以得到模擬油層在上部油層的滲透率為854.26×10-3μm2，下部油層的滲透率為529.40×10-3μm2的情況下油層相對厚度對氣液比的影響（見圖3）。

2.1.3 模擬油層壓力為2.0 MPa 當模擬油層的地層壓力為2.0 MPa 時，則可以得到模擬油層在上部油層的滲透率為854.26×10-3μm2，下部油層的滲透率為529.40×10-3μm2的情況下油層相對厚度對氣液比的影響（見圖4）。

從圖3、圖4 可知，在地層壓力分別為1.0 MPa 和2.0 MPa 的情況下，油層相對厚度對氣液比的影響一致，均表現為在油層的分界部分的氣體與液體的注入線速度發生突變，而氣液比基本保持不變。

綜上所述，當模擬油層是同一個系統，但油層的層間非均質性很明顯時，即模擬油層分上下兩層，并且上下兩個油層的滲透率有著明顯的不同的時候，油層相對厚度對注入氣體線速度、注入液體線速度以及氣液比的影響情況與地層的壓力沒有關系。在油層分界處的上部油層，注入氣體線速度保持不變，注入液體線速度隨著油層相對厚度的增加而較均勻的增加，氣液比逐漸減小；在油層分界處的下部油層，注入氣體線速度也保持不變，注入液體線速度也隨著油層相對厚度的增加而較均勻的增加，氣液比逐漸減小；但在上下油層的分界部分，注入氣體與液體的線速度會發生突變，但氣液比基本保持不變。

2.2 有層間壓差的均質油層

當模擬油層是均質油層，但地層壓力不同時，即模擬油層有上下兩層，并且上下兩個油層不是同一個壓力系統，中間存在隔層。可以分別設定上部油層的地層壓力為P1，下部油層的地層壓力為P2，隔層的厚度為h。現設定上部油層注入液體的線速度為0.1 m/d 的位置為參照面，則可以得到油層中注入液體的線速度與油層相對厚度的關系，現設定下部油層注入氣體的線速度為0.1 m/d，則可以得到模擬油層在滲透率不同的情況下油層相對厚度對氣液比的影響（見圖5）。

2.2.1 模擬油層滲透率為854.26×10-3μm2當上下兩個油層的滲透率都為854.26×10-3μm2時，則可以得到上部油層的地層壓力為0.1 MPa，下部油層的地層壓力為1.0 MPa，隔層的厚度為40.3 m 的情況下油層相對厚度對氣液比的影響（見圖6）。

圖5 有層間壓差的均質油層模型

由圖6 可知，當模擬油層的上下油層的滲透率為854.26×10-3μm2，上部油層的地層壓力為0.1 MPa，下部油層的地層壓力為1.0 MPa，隔層的厚度為40.3 m 時，在上部油層中氣液比隨油層相對厚度的增加逐漸下降，中間隔層起到了一定的阻擋作用，造成液體和氣體的能量損失，使得注入液體和注入氣體的線速度均降低，由于二者損失量的不同造成氣液比的突增，隨后能量平穩，下部油層中氣液比隨油層相對厚度的增加也逐漸下降。

2.2.2 模擬油層滲透率為529.40×10-3μm2當上下兩個油層的滲透率都為529.40×10-3μm2時，則可以得到上部油層的地層壓力為0.1 MPa，下部油層的地層壓力為2.0 MPa，隔層的厚度為107 m 的情況下油層相對厚度對氣液比的影響（見圖7）。

2.2.3 模擬油層滲透率為326.97×10-3μm2當上下兩個油層的滲透率都為326.97×10-3μm2時，則可以得到上部油層的地層壓力為0.1 MPa，下部油層的地層壓力為2.0 MPa，隔層的厚度為46.4 m 的情況下油層相對厚度對氣液比的影響（見圖8）。

圖6 滲透率為854.26×10-3μm2 時不同地層壓力情況下油層相對厚度對氣液比的影響

圖7 滲透率為529.40×10-3μm2 時不同地層壓力情況下油層相對厚度對氣液比的影響

圖8 滲透率為326.97×10-3μm2 時不同地層壓力情況下油層相對厚度對氣液比的影響

圖9 油層厚度對采收率的影響

圖10 油層厚度對見氣時間的影響

從圖7、圖8分析得出，在滲透率為529.40×10-3μm2、326.97×10-3μm2的不同地層壓力的油層與在滲透率為854.26×10-3μm2的不同地層壓力的油層具有一致的變化特點。在同一個壓力系統中，氣液比隨著油層相對厚度的增加而逐漸下降，隔層對注入氣體速度和注入液體速度起到了一定的阻擋作用，但是等下部地層注入氣體和注入液體速度穩定時，氣液比仍然隨著油層相對厚度的增加而逐漸下降。

2.3 油層厚度對采收率及見氣時間的影響

同時作者就油層厚度對采收率及見氣時間的影響進行了研究，油層厚度對采收率及見氣時間的影響（見圖9、圖10）。

由圖9、圖10 可知，油層厚度越大，采收率越低，但在1 m～10 m 范圍內，采收率下降幅度較小；在10 m～90 m 的范圍內，采收率急劇下降；之后，又緩慢下降（至10.2 %）。油層厚度越大，見氣時間越早，但在1 m～10 m 范圍內，見氣時間變化不大；在10 m～100 m 的范圍內，見氣時間變快；在100 m～800 m 的范圍內，見氣時間明顯增快；之后又緩慢下降。

3 結論

（1）當模擬油層是同一個系統，但油層的層間非均質性很明顯時，即模擬油層分上下兩層，并且上下兩個油層的滲透率有著明顯的不同的時候，油層相對厚度對注入氣體線速度、注入液體線速度以及氣液比的影響情況與地層的壓力沒有關系。在油層分界處的上方，注入氣體線速度保持不變，注入液體線速度隨著油層相對厚度的增加而較均勻的增加，氣液比逐漸減小；在油層分界處的下方，注入氣體線速度也保持不變，注入液體線速度也隨著油層相對厚度的增加而較均勻的增加，氣液比逐漸減小；但在上下油層的分界部分，注入氣體與液體的線速度會發生突變，但氣液比基本保持不變。

（2）在有層間壓差的均質油層中，隔層對注入氣體速度和注入液體速度起到了一定的阻擋作用，使得注入氣體線速度和注入液體線速度降低，但是在上層或下層同一個壓力系統中，氣液比隨著油層相對厚度的增加而降低，而且下降的幅度只與地層的滲透率有關，與地層壓力沒有關系。

（3）隨著油層厚度的增加，采收率逐漸降低，見氣時間越來越早。