（石油与天然气工程专业论文）埕东油田西区泡沫复合驱油研究与设计.pdf

埕东油田西区泡沫复合驱油研究与设计 迟洪利( 石油与天然气工程) 指导老师：苏玉亮( 副教授) ，阚淑华( 高工) 中文摘要 强化泡沫驱作为三次采油中一项十分重要的技术，由于能大幅度的提 高采收率，己成为当前世界各国油田后期开发阶段潜在的重要开发手段。 本项目目的是通过埕东油用西区强化泡沫驱的试验，建立一整套强化泡沫 驱的配套技术，启动强化泡沫驱在胜利油田的应用研究，解决胜利油田特 高含水开发后期和聚合物驱后低效开发的技术难题，进一步提高特高含水 油田的采收率。 本文对埕东油田西区试验区油藏数值模拟和泡沫驱油体系进行了研 究，建立了强化泡沫驱的室内评价体系及评价技术，并对泡沫驱条件 进行了分析和试验区的选择。通过对强化泡沫驱的数值模拟研究，分析 了泡沫驱物化参数的影响因素，优化了泡沫驱油段塞、浓度、注入方式， 研究表明矿场采用清水配置母液、污水稀释注入，注入速度为0 0 8 p v 年时，前置段塞：0 0 3 p v ( 1 8 0 0 p p m 聚合物+ 1 0 泡沫剂) ：主段塞： 0 3 p v 氮气和 1 6 0 0 p p m 聚合物+ 0 5 泡沫剂 ( 即液体) 交替注入， 交替周期2 0 天，气液比1 ：1 为最佳注入方式。根掘研究成果结合矿场 实际制定出切实可行的油藏工程设计方案，通过方案优化对比和经济可行 性评价，本项目实施新增建设投资为5 0 2 2 9 万元，5 年内预测的增油 15 万吨，项目在经济上是可行的。 关键词：强化泡沫驱数值模拟工程设计 s t u d ya n dd e s i g no ff o a mc o m b i n a t i o nf l o o d i n g i nw e s tb l o c ko fc h e n g d o n go i l f i e l d c h ih o n g l if o i l & g a se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rs uy u l i a n g ，s e n i o r e n g i n e e rk a ns h u h u a a b s t r a c t a sav e r yi m p o r t a n tt e c h n i q u ei nt e r t i a r yo i lr e c o v e r y ，e n h a n c e d f o a mf l o o d i n gh a sb e c o m ea np o t e n t i a li m p o r t a n td e v e l o p m e n tm e t h o d o fa l lo v e rt h ew o r l dd u r i n gt h eo i lf i e l d sl a t e rp r o d u c i n gl i f ea tp r e s e n t b e c a u s ei tc a l le n h a n c et h er e c o v e r yd e e p l y a c c o r d i n gt ot h ee n h a n c e d f o a mf l o o d i n ge x p e r i m e n ti nw e s tb l o c ko fc h e n g d o n go i l f i e l d ，t h e p u r p o s eo ft h ep a p e ri s t oe s t a b l i s hac o m p l e t es e to fe n h a n c e df o a m f l o o d i n gm a t c h i n gt e c h n i q u e ，t os t a r t u pe n h a n c e df o a mf l o o d i n gt oa p p l y i ns h e n g l io i l f i e l d ，t or e s o l v et h ep o o rd e v e l o p m e n te f f i c i e n c yp r o b l e m s d u r i n gt h eh i 曲w a t e rc u ts t a g eo fl a t e rp r o d u c i n gl i f ea n dt h el a t e rs t a g e o f p o l y m e rf l o o d i n gi ns h e n g l io i l f l e l d t h ep a p e rs t u d i e dr e s e r v o i rs i m u l a t i o na n df o a mf l o o d i n gs y s t e m s i nt h et e s ta r e ao fw e s tb l o c ko fc h e n g d o n go i l f i e l d ，s e tu pt h ei n t e r i o r e v a l u a t i o ns y s t e m sa n de v a l u a t i o nt e c h n i q u eo fe n h a n c e df o a n lf l o o d i n g ， a n da n a l y s e dt | l ef o a mf l o o d i n gc o n d i t i o n sa n ds e l e c t e dt h et e s ta r e a t h e n p m e r i c a ls i m u l a t i o ns t u d yo fe n h a n c e df o a mf l o o d i n ga n a l y s e dt h e a f f e c t i n g f a c t o ro f p h y s i c a l a n dc h e m i c a l p a r a m e t e r s i nf o a m f l o o d i n g ，o p t i m i z e dt h es l u g ，c o n c e n t r a t i o n ，a n di n j e c t i o nw a y t h e r e s u l ts h o w st h a tt h eb e s ti n j e c t i o nw a yi st h a tu s i n gf r e s hw a t e rt o d e p l o ys o l u t i o n ，i n j e c t i n gs e w a g e ，t h ei n j e c t i o n r a t ei so 0 8 p o r e v o l l a m ep e ry e a r ，t o p p i n gs l u g ：0 3 p o r ev o l p , m e ( 1 8 0 0 p p m p o l y m e r + 1 o f r o t h e r ) ；m e a ns l u g ：0 3p o r ev o l r t m en i t r o g e ng a sa n d f 1 6 0 0 p p mp o l y m e r + 05 f r o t h e r ) ( t h a ti s l i q u i d ) ，a h e m a t i n gi n j e c t i o n c y c l et i m ei s2 0d a y sa n dg a s l i q u i dr a t i o i s o n e a c c o r d i n gt ot h e r e s e a r c he f f o r ta n df i e l d p r a c t i c e ，t h ep a p e r e s t a b l i s h e d p r a c t i c a b l e s c h e m eo fr e s e r v o i re n g i n e e r i n gd e s i g n b yt h ew a yo fo p t i m i z i n ga n d c o m p a r i n gs c h e m ea n de v a l u a t i n g e c o n o m i cf e a s i b i l i t y ，t h ep r o j e c ti s p r a c t i c a b l ei ne c o n o m i ci ft h ef l e wc o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n ti s5 0 2 2 9 t h o u s a n d sy u a na n do i lc a nr e a c hi5 0t h o u s a n d st o ni n5y e a r s k e yw o r d s ： e n h a n c e d f o a m f l o o d i n g ，n 1 t m e r i c a ls i m u l a t i o n ， e n g i n e e r i n gd e s i g n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 签名：考丝：型!如厂年 r 月站日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名：荩强幽二叩年 f 月站e t 导师签名：一薹去丕妒0 年 r 月占日导师签名： 壹去主，呻年 r 月古日 中国山油人学( 牛东) t 程颀l 学位论文第1 章前言 第1 章前言 1 1 试验区概况 试验区位于埕东油田西区n 9 3 ”单元中西部( 见图1 1 ) ，构造的高 部位，油层发育好，储层有效厚度大，含油饱和度高，储层物性和 含油性较好。内部构造简单，地层发育平缓，地层倾角不到一度。 油层分布稳定，为大面积透镜体分布，厚度大，无边底水( 见图1 - 2 ) 。 动态注采对应率较高，井网相对完善。另外，试验区一侧位于油砂 体边部，注水波及程度相对较低，剩余油相对富集。 试验区含油面积0 9 k i n 2 ，有效厚度6 5 m ，地质储量1 1 9 x1 0 1 t ， 设计注入井4 口，对应中心油井3 口，受益油井儿口。为完善注采 关系，试验区需完善油井1 口( c 2 5 9 2 ) ，归位1 口( c 2 4 9 2 ) 。 到2 0 0 3 年1 月，试验区开油并1 0 口，日液水平1 0 3 l t d ，日油 水平4 6 t d ，平均单井日液水平9 3 7 t d ，平均单井日油水平4 2 t d ， 综合含水9 5 5 ，采油速度1 4 ，采出程度3 9 5 。开水井6 口， 日注水平7 5 0 m 3 d ，乎均单井日注1 8 8 m 3 d ，平均注入压力3 ，$ m p a ， 月注采比o 7 2 ，累计注采比1 5 。 1 2 国内外研究现状 注水驱油是国内外一项常规、有效的提高采收率的措施，驱油 机理清楚，工艺简单，技术成熟，是各个油田采油的主要技术方法。 但是由于油水的粘度比大，油藏的非均质等影响，水驱之后仍然有 大量的浊残留在地下，水驱效果差，采出液含水高，水的高注入高 产出，造成了各种资源的浪费，因此进一步提高高含水油田的原油 采收率显得同益重要。提高采收率的方法有多种，从驱油机理上来 讲，提高采收率技术主要原理是扩大波及体积和提高洗油效率。目 前，较为常用的方法是聚合物驱，但即使聚合物驱后仍然有大量剩 余油。泡沫驱因其较高的视粘度及选择性封堵的特性，越来越受到 石油工作者的重视。 中园礼油人学( 牛东) t 程埘f 学位论文 第1 章前言 泡沫驱油是一种用泡沫作为驱油介质的驱油方法。据统计世界 上进行过数十次不同类型的泡沫驱试验，取得了一定的效果，积累 了一些经验。9 0 年美国在新墨西哥卅iv a c uum 油田进行c 0 2 泡沫驱， 8 口生产井中3 口增油。1 9 9 4 年英国、挪威分别在北海油田进行了 泡沫驱油试验，俄罗斯在老格鲁兹油田进行过泡沫矿场应用研究， 都取得了较好的效果。1 六十年代，我国玉门油田在老君庙进行了 最早的泡沫驱油试验。1 9 7 7 年胜利油田在坨七断块进行了空气泡沫 驱并取得了较好的效果，历时4 个月，注泡沫剂5 0 吨，增油2 万多 吨。1 9 9 6 年辽河油田开始注氮气泡沫，预测提高采收率1 0 。1 9 9 7 年百色油田进行了空气泡沫驱油的试验，增油2 千多吨。1 9 9 8 年大 庆油田进行了( a s p + 天然气) 泡沫驱油试验，含水由9 5 下降到8 5 ， 采收率有较大幅度提高。 强化泡沫驱是利用n ：气、天然气或其它气体与泡沫剂及聚 合物混合形成泡沫作为驱替介质的驱替方法，它改善了普通泡 沫稳定性差的缺点，试验证明，泡沫视粘度随着孔隙介质渗透 率的增大而增大，即渗透率越高泡沫封堵能力越强，泡沫剂作 为优良的活性剂还具有良好的洗油能力，而且泡沫剂遇水稳定 遇油破灭的特性增加了驱替的选择性，侵泡沫剂在油藏中均匀 推进，从而大幅度降低残余油饱和度，提高采收率。强化泡沫 驱作为三次采油方法，可以解决非均质油藏水驱后期高含水低 效开发的难题，提高采收率”1 。 目前，强化泡沫驱是一种很有前途的三次采油新技术，通 过对技术关键的深化研究和攻关，可以使之得以推广和应用。 这种新技术将对诸如埕东油田等四类储量合理开发，聚合物驱 及聚合物驱后进一步提高采收率具有重要意义。 1 3 立题意义和研究目的 胜利油区主力油田迩步进入高含水、特高含水期，稳产难 中国石油人学( 华东) _ t 程硕i 学位论文第l 章前占 度大，开发矛盾同渐突出，而勘探新增储量的难度也越来越大， 成本越来越高。进一步提高己探明、己开发储量的采收率已经 成为十分迫切的工作，提高高含水油田采收率技术越来越受到 人们的关注。强化泡沫驱作为三次采油中一项十分重要的技术， 由于能大幅度的提高采收率，己成为当前世界各国油田后期开 发阶段潜在的重要开发手段。目前应用较广泛的提高采收率方 法有热采、聚合物驱、气驱等。特别是聚合物驱在胜利油田得 到了成功应用，胜利油区自1 9 9 2 年实施聚合物驱以来，已累计 动用地质储量达1 9 2 亿吨，累计增油超过6 0 0 万吨，已经成为 胜利油区降水增油的主要技术手段。但是，实施过程中也暴露 出一些问题。首先，聚合物驱效果有待进一步提高。影响聚合 物驱效果的突出问题是油藏非均质性严重、大孔道普遍存在、 聚合物窜流严重，导致聚合物驱见效时间短，驱油效果差，强 化泡沫驱就是充分发挥聚合物及泡沫的双重特性提高采收率的 方法；其次聚合物驱后，地下还有大量的剩余油，需要进一步 提高采收率，目前，胜利油区开展聚合物驱的单元已有9 个进 入后续水驱，含水上升快，有的已达9 6 9 6 以上，已进入高含水 阶段。因此，开展新的提高采收率技术研究十分必要、意义重 大”1 。第三，不适合聚合物驱的油藏提高采收率的问题。截止 “十五”未，胜利油区适合开展常规聚合物驱的储量已基本动 用，根据十血规划的要求，十五末三次采油年增油量必须达到 2 2 0 万吨，每年需投入地质储量3 2 8 0 万吨，因此需要新的油藏 投入开发，对于矿化度较高、地层非均质严重及中等粘度的稠 油等不适和聚合物驱的油藏，需要新的提高采收率的采油方式。 由于水驱及聚合物驱之后大孔道非常严重，因此利用泡沫的调 堵的技术，进一步扩大波及体积，同时发挥活性剂洗油效率高 的特点，进一步提高驱油效率，降低剩余油饱和度。本项目目 的是通过埕东油田强化泡沫驱的试验，建立一整套强化泡沫驱 中国石油人学( 华东) 丁程坝j 学位论文第l 章前言 的配套技术，启动强化泡沫驱在胜利油田的应用研究，解决胜 利油田开发后期高含水低效开发的技术难题，提高水驱后高含 水油田的采收率。随着三次采油的迅速发展和驱油理论研究及 试验研究的不断深入，可以预料强化泡沫驱油提高采收率技术 将会有广阔的发展前景，意义十分重大。 l 。4 研究目标和研究内容 1 4 】泡沫驱油体系研究 1 ) 建立强化泡沫驱的室内评价体系及评价技术 建立强化泡沫驱泡沫剂、注入气体、聚合物的评价方法、 评价指标及评价技术 建立强化泡沫驱油体系的评价方法、评价指标及评价技 未 2 ) 优选强化泡沫驱配方，并进行性能评价； 泡沫体系的筛选和研制； 泡沫体系起泡能力、稳定性、洗油能力及抗老化性能评价； 泡沫体系封堵能力研究； 3 ) 强化泡沫体系油藏稳定性及调剖机理综合研究； 泡沫体系油藏适应性研究； 泡沫封堵调剖机理及多孔介质中泡沫产生、消失、再生机理 研究： 4 ) 强化泡沫驱油效果影响因素研究 研究强化泡沫体系各组分的协同效应及对提高采收率的影 响。 强化泡沫驱注入方式，注入量对驱油效果的影响 不同注入气体对于强化泡沫体系驱油效果的影响 不同聚合物对于强化泡沫体系驱油效果的影响 5 ) 强化泡沫驱微观实验研究； 借助微观模拟，探索水驱、聚合物驱、强化泡沫驱驱替特征 中国石油人学( 华东) 工程坝上学位论文第l 章前言 研究强化泡沫驱驱替后剩余油微观分布规律“4 1 4 2 油藏工程及数值模拟研究 1 ) 油臧地质研究 包括：构造特征、沉积特征、储层岩性特征、储层参数分布规 律、储层非均质性研究、流体性质、地层温度和压力 2 ) 强化泡沫驱条件分析和试验区的选择 包括：油藏静态、动态条件分析、油水井生产现状、井网井况 分析、选区原则、可行性分析 3 ) 水驱开发评价及剩余油分布研究 包括：水驱开采特征及效果评价、油层平面、层内水淹特征、 水驱数值模拟研究、剩余油分布规律研究 4 ) 矿场实施方案研究 包括：注入前期油藏准备工作、注入能力分析、配产配注方案、 矿场注入方案设计、增油效果预测、动态监测方案和方案实施要求 5 ) 强化泡沫驱的数值模拟研究 泡沫驱数值模拟软件的开发与应用 泡沫驱物化参数的影响因素分析 先导试验区静、动态模型建立与分析 试验区剩余油分布研究 试验区含水上升规律及开发效果分析与评价 泡沫驱参数敏感性研究 泡沫驱油段塞、浓度、注入方式优化研究 泡沫驱油成本等价聚合物驱效果对比分析 矿场实施方案研究与效果评价 中国石油大学( 华东) 工程硕l 学位论文第2 荦试验区油藏t 程段剩余油分布例律研究 第2 章试验区油藏工程及剩余油分布规律研究 2 1 强化泡沫试验区选择和条件分析 试验区选区是强化泡沫驱试验方案编制的一个重要环节，它在 一定程度上决定了试验的油藏物质基础，应根据泡沫驱的油藏适宜 条件选择试验区开展先导试验。 2 1 1 试验区选区 1 ) 筛选原则 选区时，主要考虑以下几种影响因素： 构造上，构造的高部位 油层发育 开发层系简单，无层系间干扰 井网相对完善 剩余油相对较多 油层中下部高渗层水淹严重 2 ) 试验区筛选 埕东油田由于地下大孔道发育，聚合物驱风险较大，资源评价 时被划归为提高采收率四类单元，是该类型油藏的典型代表。整个 油田被一条西北一东南方向的二级正断层分为东西两个区。在油藏 地质、开发动态分析的基础上，确定在埕东油田东西区各选择一个 较有利的井区，进行比较确定试验区，并与其它注聚单元情况进行 对比。 两组井区均位于构造的高部位( 见附图卜1 埕东油田东西区构 造井位图) ，内部构造简单，无断层影响，油层发育好，储层有效厚 度大，储层物性和含油性较好。 6 中国钉油人学( 毕东) t 程帧 学位论文第2 章试验区油藏t 程及剩余油分布规律研究 油藏静态参数对比( 表2 - 1 ) 表2 - 1 油藏静态参数对比表 空气 油层变 地层原 油层 地层水 单元渗透率油粘度温度 总矿二价备注 1 0 3 um 2 异系数 m p a s m g 1m g 1 聚合物 05 2 5 0 0 1 0 0 9 0 平均含水上升率 6 9 84 0 81 5 704 3 可采储量采出程度 9 1 02 0 7 72 6 9 54 31 8 2 ) 平面水淹严重 根据西区n 9 3 “单元目前含水分级统计( 表2 - 8 ) n 9 3 单元生产 井含水分级统计表) ，至2 0 0 6 年1 月，正常生产的3 0 口中，含水小 于9 0 的井有1 2 口，占总井数的4 0 ，含水在9 0 9 5 之间的井有4 口，含水在9 5 9 8 之间的井占总井数的1 3 ，其余1 7 的井含水均 在9 8 以上，平面低含水井点分布零星，已难找到纯油区。试验区 内，含水低于9 0 的有4 口，占总井数的3 0 7 ，含水在9 0 9 5 之间 的井有2 口，含水在9 5 9 8 之间的井有3 口，其余4 口井含水在 9 8 以上，试验区内平面水淹更严重。 表2 - 8 埕东西n 9 3 2 0 0 6 年1 月生产井含水分级统计表 试验区 全区 含水分级 井数口 百分数井数口百分数 9 843 0 ，751 6 7 3 ) 油层非均质性日趋严重，大孔道相对发育 西区n 9 3 ”单元属曲流河正韵律沉积油层，油层非均质性严重， 又经历2 0 多年的注水开发和各种工艺技术实施，油层物性变化十分 中回也油人学( 华东) t 程硕i 学位论文第2 章试验区油藏t 程及剩余油分布艇律研究 明显。据南块不同时间完钻的相邻1 4 口井多功能资料统计，投产初 期至目前，平均渗透率由1 0 5 6 x1 0 “um 2 增加到2 0 9 9 1 0 - 1ur f l 2 ，增 加了1 0 4 3 1 0 _ 3 un l z ，孔隙度由3 3 5 增加到3 6 4 ，增加了2 9 ，孔道数量越来越多，孑l 径越来越大。 表2 - 9 埕2 5 11 1 井组示踪剂监测结果 井见示水线 当时生产情况 距 踪剂推进 累液 井号 日日油含水累累水 时间速度 液油 m h o u rm d tt1 0 1 t】0 i t l t c 2 6 1 2 l2 1 03 6 ，01 4 0 01 4 75 99 6 0213 013 2 2 c 2 5 1 2 l2 5 02 2 ，52 6 6 72 1 21 589 2 52 8 2 3 02 58 c 2 5 1 0 44 3 02 953 4 98 2 4 91 0 09 6o 7 3 6 497 22 c 2 5 一l l2 4 0未见不踪剂 3 4 31 7 o9 5 ，09 15 1 26 0 3 1 9 9 4 年9 月在埕2 5 1 1 l 井组采用硫氰酸氨示踪剂监测结果显示 ( 见表2 - 9 ) ，南部3 口油井埕2 6 一】2 l 、埕2 5 一1 2 1 、埕2 5 1 0 4 分别 2 2 5 - 3 6 小时见到示踪剂，水线推进速度分别为1 4 0 m d 、2 6 7 m d 和 3 5 0 m d ，而北部的埕2 5 - 11 井监测6 2 天仍未见到示踪剂。定性分析 认为c 2 5 - 1 儿井周围大孔道相对发育，主要分布在变异系数较大的 南部井区。 依靠单纯的提液和常规的堵水调剖或常规聚合物驱油等技术封 堵大孔道、发挥低渗层、差油层的作用不理想。强化泡沫体系具有 较强的封堵调剖能力，能有效封堵高渗层，发挥低渗层作用。 4 ) 油稠出砂 埕东西区n 9 3 ”埋深浅，压实作用低，胶结疏松加之油稠，整 个开发过程显示出砂严重。从目前生产情况看，因为地层出砂导致 停产或减产的油井有7 口，影响液量1 0 2 0 t d ，减少油量6 2 t d 。造 成水井井下管柱沉砂，不能l f 常注水的有2 口，影响f l 注4 5 0i n n d 。 2 0 中国石油人学( 华东) 丁程坝l 学位论文第2 章试验区油藏下程驶剩余油分布规律研究 试验区内，因为出砂，2 口油井1 口水井生产不正常，需要采用防砂 技术抑制地层出砂。 2 3 3 剩余油分布规律 n 9 3 3 在二十多年的开发历程中，经过加密调整、强注强采、堵 水等开发阶段，目前综合含水9 4 5 ，己处于特高含水期开发阶段， 油田剩余油潜力越来越小。但由于沉积环境的差异、油层的非均质 性、井网控制程度的不同，导致储量动用程度无论在平面上还是纵 向上仍有差异，在特高含水后期仍然存在剩余油相对潜力较大的井 层和部位。 1 ) 平面剩余油分布 西区n 9 3 ”层7 7 年采用反九点井网实施早期注水开发，由于油 稠渗透率高，平面水淹严重。但由于油层的非均质性，与老井相比， 新井含水比老井低( 表2 一l o 试验区油井生产情况表) ，说明在平面 上油层水淹程度不均匀，仍然存在含水相对较低，剩余油相对富集 的地区。新井大多在油藏的边部，注水波及程度相对较低，与老井 相比含水低的幅度相对较大。 由数值模拟( 为方便研究，数模将油层纵向上分为3 个韵律段) 结果可以看出：储层顶部的采出程度较低，采出程度为1 9 4 ， 含油饱和度基本在4 0 以上，剩余油呈连片分布；储层中部的采 出程度较高，采出程度达到4 1 9 ，含油饱和度基本在3 0 4 0 之间，剩余油主要分布在西部边角地区：储层底部的采出程度已 达到5 7 5 ，含油饱和度基本在3 0 以下( 附图2 - 3 数值模拟试 验区剩余油分布) “”。 中周0 油人学( 牛东) 二程硕t 学位论文第2 章试验区油藏t 程段剃余油分布规律”究 表2 1 0 试验区油井生产情况 投产时间油层厚度日液水平日油水平 含水 井号 年月tt c 2 4 一1 17 6 81 3 o4 7 10 89 8 3 c 2 7 1 l8 0 67 21 8 302 79 8 5 c 2 6 1 08 0 71 064 ，21 07 59 c 2 6 1 2 18 9 67 83 9 4 86 79 8 ，3 c 2 6 - g 1 09 0 15 93 0 61 39 5 6 c 2 6 1 1 19 0 4& 53 3o 39 85 c 2 5 - 1 2 19 1 ，58 3 2 6 7 01 0 ，o9 61 c 2 4 9 29 5 1 26 8 8 223 49 59 c 2 5 1 0 19 6 1 21 5 84 804 59 0 5 c 2 7 8 29 636 38 4 6 】1 o 8 6 0 c 2 4 1 0 39 7 91 0 5 7 20 69 2 3 c 2 8 1 00 1 o l 3 0l o 1 7 7 2 3 4 c 2 7 - l o l0 1 1 11 32 11 9 8 3 2 ) 纵向水淹特征及剩余油分布 埕东西区n 9 3 ”单元纵向渗透率分布具有明显的正韵律特点，服 从f 韵律油层注水开发的一般规律，即从上到下水沈程度逐渐提高， 动用程度增大，剩余储量减少。 统计埕东西区n 9 3 3 1 单元近年的吸水剖面资料( 见表2 1 i ) ，油 层顶部每米相对吸水量平均4 5 ，中下部每米相对吸水量平均 2 0 5 ，也证实了正韵律油层剩余油分布特点，即油层中下部水淹严 重，剩余储量小，顶部水驱动用程度低，剩余储量大。 根据n 9 3 层油藏数值模拟结果，至2 0 0 2 年7 月。原油底部动 用程度为5 7 5 ，而第- j , 层动用程度仅为1 9 4 ( 表2 - 1 2 ) 数值模 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章试验区油藏_ t 程及剩余油分布规律研究 拟试验区分段动用状况表) 。原油动用主要在底部，上部动用程度低， 剩余储量大，油层中上部是下一步挖潜的主要层段。 表2 - 11 历年吸水剖面统计表 时间1 9 9 7 年1 9 9 8 芷1 9 9 9 芷2 0 0 0 年2 0 0 1 年 油相 每米 油 每米 油 每米 油 每米 油 每米 层内层 对 层相对 层相对层相对层相对 相对相对相对相对 相对厚 吸 相对 厚吸水厚吸水厚吸水厚吸水 吸水吸水吸水吸水 位置度水 吸水 度量度量度量度量 量 量量量量 i l l 量 mi i in l i l l 上部2 11 88 5 73040 1 3 31 85 63l l1 500 249 33 8 8 中下 48 22 0 54 e9 9 62 1 7 69 441 5 75 51 0 01 & 23 29 0 72 8 3 部 表2 1 2n 9 3 ”小层数值模拟分段动_ 【f ；状况表 者 地质储量剩余地质储量 累积产油采出程度 粝 1 0 1 t 1 0 4 t1 0 4 t 层岔 19 0 o 7 251 7 51 9 d 29 1 15 2 93 8 24 1 9 39 4 44 0 1 5 4 35 7 5 合计 1 3 7 48 1 85 574 0 5 中围山油人学( 半东) t 程坝十j 学位论文第4 章试验区地血t 程蹬汁 第3 章泡沫驱油体系及数值模拟方案研究 3 1 泡沫驱油机理 3 1 1 泡沫的产生与特性 泡沫产生的机理比较复杂，向含有一定浓度的表面活性剂的水 溶液中通入气体并充分分散，即可产生泡沫。泡沫是液气两相高度 分散的非牛顿流体，当气体分散于活性剂水溶液时，由于活性剂分 子的定向排列，以及分子本身的静电位和表面粘度，就形成了较为 稳定的液包气薄膜气泡，大量的气泡堆集在一起形成泡沫。刚 产生的泡沫，根据表面能趋于减少的规律及表面积最小的几何概念， 成球形，球形气泡之间有溶液相连，随着液气比增大，泡沫体积不 断膨胀，气泡之间的摩擦和挤压作用以及液体的重力分离作用，使 泡沫不断由球形变成椭圆形和多面体。 球形泡沫的膜壁一般较厚，之间有液体相连，称为湿式泡沫， 而多面体泡沫膜壁较薄，称为干式泡沫。泡沫的个重要特性是它 的视粘度( 有效粘度) 比组成它的活性水和气体的视粘度要大得多。 3 1 2 泡沫在多孔介质中的渗流特。i 生 泡沫在毛细管里流动时，它的视粘度随毛细管直径的增大而增 大，泡沫之所以具有这一特性，是因为泡沫在孔道中几乎占据所有 孔道截面，流动时，泡沫表面与孔道壁摩擦而产生流动阻力。孔道 直径大，其摩擦接触面积大，因而阻力大，由于泡沫具有非牛顿流 体的特性，因此，泡沫在多孔介质中运动时，其有效粘度随着孔隙 渗透率、泡沫液气比、切变速度的不同而不同。 假定泡沫为单一流体，它在岩芯中运移时，有效渗透率与水相 渗透率相同，根据达西公式计算泡沫视粘度： 中国石油人学( 华东) 1 - 程颂l 学位论文第4 章试验区地血t 程设计 p = k a ap l q( 3 一j ) 式中：i ( - - 水测渗透率 卜泡沫在岩石中平均压力下的流量 通过管状透明模型和平板模型观察表明，不论在低压下还是高 压下，多孔介质中均能形成泡沫，其泡沫形态的变化基本相同。”1 泡沫在渗流时，液体是连续相，气体是非连续相，两相以不同的速 率在孔隙介质中运动。由于气体( 泡) 的可压缩性，气体( 泡) 易 通过7 l 喉，因此气体比液体运动得快。流动过程中，泡沫不断破灭 与再生，泡沫在多孔介质内渗流时以非连续相的形式通过介质孔隙， 由于孔隙介质中单个空间很小，并且呈润湿状态，因此孔隙介质中 的泡沫比空气中的泡沫稳定得多。 3 1 3 泡沫剂的驱油特性 1 ) 泡沫提高了洗油效率 根据油层物理原理，油层中油与岩石表面的粘附功可用下式表 不： 附5 仃m ( 1 + c 伽) ( 3 2 ) w 粘附一油与岩石表面的粘附功 仃m 一油水界面张力 日一油水岩石表面的润湿角 盯m 越大，目越小，油与岩石表面的粘附功w 删就越大，油越 不容易脱离岩石表面被驱走。由于泡沫是种表面活性物质，它具 有降低油水界面张力仃。、增大原油对岩石表面润湿角目的作用，注 入泡沫后，粘附功w 牯附将大大降低，油易被驱走，从而提高洗油效 率。 2 ) 泡沫提高了波及系数 泡沫视粘度较高，可减少驱油剂与原油的粘度差异，改善流 中固廿油人学( 牛东) t 程侦卜学位论立第4 市 试验区地血t 程垃计 度比，起到稠化水的作用。 泡沫能有效地改善流体在非均质油层内的流动状况，提高注 入流体的波及效率。油层非均质越严重，泡沫驱越有利。在饱和油 的平面非均质透明模型中观察泡沫驱油过程，泡沫首先进入渗透率 大的孔道，随着注入量增多，流动阻力逐步增大，迫使泡沫更多地 进入低渗透的小孔道驱油，直到进入整个岩石孔隙，在高低渗透层 中均匀推进。 强化泡沫由于聚合物的加入， 减少了泡沫剂在地层的吸附损耗， 3 2 室内试验研究 3 2 i 泡沫剂的评价 大大增加了泡沫的稳定性，并且 驱油效率更高。 泡沫是一种不稳定的物质，泡沫剂的优劣决定着泡沫的性能和 驰油效率。目前起泡剂的种类很多，有离子型( 包括阴、阳离子型， 主要是阴离子型) 、非离子型、两性离子型等。泡沫驱室内研究的首 要工作是根据油藏条件选择合适的起泡剂。 泡沫剂性能评价包括：发泡能力，稳定性，抗油性，油砂吸附 量，抗盐性，抗老化性，与地层水的配伍性，洗油能力等。 1 ) 泡沫剂发泡能力及稳定性 泡沫剂的发泡能力和半衰期是泡沫剂性能评价最基本的指标， 将收集的一百多种活性剂，用罗氏泡沫仪进行测试。 试验证明a e 0 - 9 、a b s 、 e s 、s d s 、a o sq - 9 、s - 6 、r - 5 、d p 一4 几种化学产品起泡能力及稳定性较好，其中以d p - 4 性能最好，试验 结果见表3 一l 。 中国石油人学( 华东) 工程硕上学位论文第4 苹试验区地血t 程设计 表3 1 泡沫剂发泡能力及稳定性试验 化学剂名配制浓度起泡体积半衰期t n水溶性 称 m 1巾1 n s a l0 ，5 3 7 07 0 良好 s h 20 53 6 07 0良好 a b s0 53 6 01 2 0浑浊 s d s 0 54 0 0 5 5 浑浊 l a o s o 5 3 8 08 0 浑浊 s 一60 53 3 02 5 0 良好 r 一5o 53 7 01 6 0 良好 0 - 9 052 5 06 0 良好 d p 一40 53 7 02 6 0 良好 2 ) 泡沫剂的抗油性 泡沫注入油层后，由于油水界面张力远远小于水气表面张力，当 三相界面共存时，按界面能趋于减小规律，活性剂将大量由水气界 面转移到油水界面，使水气界面张力升高，这就破坏了泡沫的稳定 性，这是泡沫遇油易破亦即泡沫抗油性差的根本原因。 泡沫驱油要求泡沫具有一定的抗油性，能在油层形成较稳定的泡 沫带，达到驱油的作用，同时又利用泡沫抗油性差的特性，选择性 封堵水层。 表3 - 2 泡沫剂的抗油性试验 名称泡沫体积消失时间 m lm l n o p 一1 01 5 01 1 s h 2 2 5 01 1 a b s 】6 01 0 s a i2 8 04 0 s 一62 4 0 2 0 d p 一43 3 06 0 中国石油大学( 华东) t 程侦卜学位论文 第4 帝试验区地血t 程设计 试验结果表明( 见表3 2 ) ：d p 一4 、s a l 、5 - 6 抗油性较好。 3 ) 泡沫剂在地层条件下的吸附 地层对泡沫剂的吸附强弱是影响泡沫驱成败的重要因素，因此 油砂对泡沫剂的吸附量是筛选泡沫剂的一个重要指标。 静态、动态吸附测定结果表明：油砂吸附后，泡沫剂溶液的半 衰期和发泡体积都减小。泡沫剂浓度大于1 时，吸附对发泡体积影 响不大。附图3 1 为不同浓度泡沫剂溶液与油砂混合前、后泡沫半 衰期及起泡体积曲线。 4 ) 泡沫剂对高矿化度硬水的耐受性 地层条件千差万别，地层水的矿化度也相差较大，从几十m g l 到十几万m g l 不等，钙镁离子含量从几十m g l 到上万m g l 。不同 泡沫剂对高矿化度硬水的耐受性不同，一些阴离子类表活剂与c a 2 、 m g “易发生沉淀，严重影响起泡能力和稳定性。 表3 3 泡沫剂对高矿化度硬水的耐受性试验 名称浓度起泡体积半衰期与地层水配伍性 1 1m l n b s0 53 4 06 0 浑浊沉淀 s a lo 53 0 0 8 0 清亮透明 l a o so52 6 06 6 浑浊沉淀 s d s052 8 08 0 浑浊沉淀 i ) p 一4 0 53 6 02 6 5 稳定性增加 b o2 o51 0 08 0 浑浊沉淀 s 一6o 52 8 01 2 0 浑浊，稳定性下降 r 一5o 52 7 01 1 0 稳定性下降 l h l0 52 3 06 0 微混，、f 透明 t 一4053 4 01 6 0 透明 y 一1o 53 2 01 1 0浅黄色透明 以埕东地层水为配制水，对几种泡沫剂进行配伍性、发泡能力 和稳定性试验，试验结果见表3 3 。可以看出，多数产品与地层水的 中国矗油人学( 牛东) 工程硕士学位论文第4 章试验区地面t 程设计 配伍性差，与自来水配制的样品相比，起泡能力、半衰期大大下降， 而d p 一4 泡沫剂在地层水条件下稳定性还有一定程度的增加。 5 ) 泡沫剂的老化性 不同产品在一定温度下，经过一段时间之后，产品性能发生变化， 起泡能力、半衰期严重下降，甚至不起泡。好的产品必须具有一定 的抗老化性。 表3 - 4 为7 0 条件下几种产品的耐老化性试验，从表中可以看 出d p 一4 、d p 一5 、y t 几种产品耐老化性强，r 一5 、l t 、d p - 6 耐老化性 差，y t 为高温泡沫剂，随时间增加，半衰期增长。 表3 - 4 泡沫剂的耐老化性试验 名称 l1 0 3 06 0 1 0 0 备注 ddddd d p 一4 起泡体积m l 3 8 03 6 03 4 03 3 03 3 0溶液清亮 半衰期t 。 1 3 51 4 01 2 51 2 01 2 5 d p 一5 起泡体积m 1 3 4 03 4 03 5 03 4 03 2 0溶液清亮 中衰期t 。： 1 4 21 4 51 3 51 3 0】3 4 d p 一6 起泡体积m l 3 4 03 6 03 7 03 6 03 5 0稍有浑浊 半衰期t n 8 06 86 57 06 5 y t 起泡体积m 1 3 2 03 3 03 3 03 3 03 4 0浅黄色 半衰期t 。 7 07 88 0儿01 1 5 稍有浑浊 r 一5 起泡体积m l 3 7 02 0 01 9 01 6 07 5 溶液浑浊 半衰期t 。 1 4 51 4 01 3 51 3 01 2 0 l t 起泡体积m l2 6 0 2 7 0 2 8 0 2 6 0 加热有沉 淀 半衰期t ，n6 0 4 2 2 5 2 0 6 ) 泡沫剂的洗油能力 泡沫剂作为一种良好的表面活性剂具有降低界面张力，增加洗 油能力的作用。洗油能力的强弱，也是评价泡沫剂优劣的重要指标。 试验表明：空白水样几乎不能把油从油砂中洗出，而d p - 4 几乎将油 中国。油人学( 牛东) 3 - 程坝卜学位论文第4 章试验区地血1 = 程殴计 全部从油砂中洗出，其他几种泡沫剂效果相对较差。 以上试验表明：d p 一4 泡沫剂具有良好的起泡能力和半衰期，抗 盐性、耐老化性、耐油性强，是一种性能较好的泡沫剂。 3 2 2 泡沫体系封堵性能影响因素研究 泡沫的阻力因子是泡沫体系在岩心运移达到平衡时，岩心两端 所建立的压差与单纯注水时的压差的比值，是泡沫封堵能力的重要 指标。 用n a c l 、m g c l ：6 h 。0 、c a c l 。和蒸馏水配制的埕东地层水、d p 一4 泡沫剂、3 5 3 0 s 聚合物以及埕东原油与过滤煤油按9 ：】配制的模拟 油做泡沫封堵能力试验。 1 ) 气液比对泡沫封堵能力的影响 图3 - 2 为不同气液比的泡沫阻力因子关系图，从图上可以看出， 整个曲线呈两头低，中间高的几字型，低气液比时，泡沫的封堵能 力随着气液比的增大而增强，气液比l ：1 ，2 ：l 时，泡沫的封堵能 力最大，当气液比超过2 ：1 时，随着气液比的增大，泡沫的稳定性 减弱，泡沫体系的阻力因子减小。 水的粘度接近0 ，5 m p a s ，将泡沫的阻力因子折算成视粘度，如 表3 - 5 。从表中数据可以看出，泡沫在1 5 帅2 的石英砂模型中的视 粘度最大，达8 0 0 m p a s ，远远高于常规注入流体的粘度，也高于一 般原油的粘度，因此，泡沫是一种高视粘度的流体。 表3 - 5 不同气液比的阻力圜子 i气液比 0 5 ：1 l ：l2 ：l 3 ：1 5 ：l l i n j 3 t i ：l ：f4 0 0 1 5 1 41 6 0 89 2 52 2 3 i i 视粘度m p a s 2 0 07 5 28 0 44 6 31 1 2 l 2 ) 聚合物对泡沫封堵能力的影响 表3 6 为不同冰度聚合物及不同浓度强化泡沫体系阻力因子、 残余阻力因子及视秸度数据表，从表中可以看出，强化泡沫体系的 阻力因子比同浓度单纯聚合物的阻力因子大得多，其视粘度远远大 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第4 章试验随地血丁程砹计 于单纯聚合物的粘度。强化泡沫体系的阻力因子并不比单纯泡沫体 系高，但强化泡沫体系的残余阻力系数明显大于单一泡沫的残余阻 力系数。 表3 6 不同浓度聚合物及泡沫聚合物体系阻力因子及视粘度 聚合物浓 度 5 0 01 0 0 01 8 0 02 5 0 005 0