超低渗油藏氮气泡沫驱合理交替周期研究

郝杰 代晓旭 霍萍萍 武金卫 涂彬

1.延长油田股份有限公司七里村采油厂 陕西 延安 716000

2.中国石油大学（北京） 北京 100000

超低渗油藏氮气泡沫驱通常采用氮气和泡沫液交替注入的方式，交替周期及段塞组合方式对氮气泡沫驱效果有重要的影响。如果交替周期过于频繁，由于超低渗油藏渗透率低，往往造成井筒附近多相流严重，注入压力增加，引起注入困难；如果交替周期过长，长时间注泡沫液或者注气，在毛管力的作用下，单一注入某种流体都将沿着大孔隙运移并最终造成窜流，这种水窜或气窜现象也会造成开发效果变差[1-3]。

1 实验设备

空气-泡沫岩心驱替实验用到的主要设备及参数包括：100DX型双缸控制泵；GCS10空气压缩机；TY-4型岩心夹持器，承压50MPa，岩心规格φ25×25—100mm；2XZ-2型旋片真空泵，极限压力6×10-2Pa，抽速2L/s，转速1400r/min；ZR-Ⅲ型中间容器3个，容积1000ml，压力小于70MPa；JB-50型高压手动计量泵，容积210mL，工作压力80MPa；D07系列质量流量计，流量规格5SCCM；精密压力表2个，量程为25MPa；WH-30L电子天平；计量管等；

在保证实验可行性的基础上为了尽可能地接近实际储层条件，根据延长七里村采油厂某油藏储层物性，制作人造低渗岩心若干，具体参数见表1。实验用油由煤油与实际原油配制而成，使其尽可能在物性及组分上接近实际油藏，模拟油密度为0.79g/cm3，黏度为4.3mPa·s。泡沫液体系起泡剂浓度为0.8%，稳泡剂浓度为0.1%，实验用水为模拟地层水。岩心参数见表1。

表1 岩心参数

2 气液比优选实验

为了优选最优的气-泡沫液交替最佳注入气液比，设计了5组实验，注入参数如表2所示。选择岩心建立束缚水饱和度后，在围压为5MPa条件下，首先以0.2mL/min的速率注水驱替，在产出流体含水率达到90%左右时，从注入端分别向1、2、3、4、5号岩心交替注入水气比分别为1∶5、1∶3、1∶1、3∶1、5∶1的模拟泡沫液和氮气，将1、2、3、4、5号岩心气-液交替的段塞尺寸控制为0.3PV，实验方案设计见表2，氮气与泡沫液的注入速率均为0.2mL/min（地层条件下），实验过程中记录出口端产油量、产水量、产气量，以及注入端与出口端压力表读数。

表2 气液比优选实验方案设计表

不同气液比条件下的实验结果统计见表3。由表3可知，水驱之后转为氮气-泡沫液交替驱能够显著提高微观驱油效率。几种气液比段塞组合下，整体增油效果都较好，相比而言，提采幅度最高的为气液比5∶1和气液比1∶5，气液比1∶1情况下效果偏差。

表3 不同气液比条件下的实验数据统计表

图1和图2所示分别为不同水气比条件下采出程度和含水率随注入量变化曲线。可以看出，随着注气段塞增加，含水率降幅逐渐增大，但也同时造成含水率波动较大。在现场应用中，可根据水源和气源情况，如果水源充足，可以选择注入较长的水段塞和较短的注气段塞；如果水源不足、气源充足，可以选择较长的注气段塞和较短的注液段塞。

图1 不同气液比条件下采出程度随注入量变化曲线

图2 不同气液比条件下含水率随注入量变化曲线

3 段塞尺寸优选实验

为了优选出超低渗油藏氮气泡沫驱最佳注入段塞尺寸，将岩心6、7、8、9分别按照实验准备步骤建立束缚水饱和度后，控制出口端回压维持在原始地层压力5 MPa条件下，首先进行水驱，在水驱含水率达到60%时，分别从注入端向长岩心交替注入气液比为5∶1的氮气和地层水，4个岩心分别控制气水交替段塞尺寸为0.1PV、0.2PV、0.3PV、0.4PV，段塞尺寸设计见表4，氮气与泡沫液的注入速率均为0.3 mL/min（地层条件下），实验过程中记录长岩心夹持器出口端产油量、产水量、产气量，以及注入端与出口端压力表读数，实验结果见表5。

表4 段塞尺寸优选实验方案设计

表5 不同段塞尺寸下驱替实验结果数据

可以发现，在水驱转为氮气泡沫驱后，采收率明显增加，但不同段塞尺寸条件下，累计采收率不同，随着段塞尺寸的增加，氮气泡沫驱采出程度先增加后减少，在段塞尺寸为0.2PV时达到最大。

这是由于段塞越小，交替次数越频繁，这样会导致液或气无法形成有效的稳定段塞，注入液体无法发挥对气体的液阻效应，造成气、液仍以连续相在岩心中流动，从而不利于发挥气、液交替的调驱作用。随着注入时间的增加，气液交替压差快速增大且段塞尺寸越小，交替次数越频繁，注入压差越大，这是因为交替次数过多，油气水三相充分接触，三相流动的特征与混相驱特征更加明显，难以发挥气液交替非混相驱补充能量的优势，反而导致三相渗流状态相对单纯气驱更为复杂。在现场实施过程中，注入设备也很难满足短周期的注入参数要求。

随着注入段塞的增大，交替周期越长，单个周期注入气的时间也越长，进而导致气体快速推进，气窜风险也开始加大，当段塞尺寸大于0.2个PV后，气体过早突破，从而降低了气水交替的驱油效果。综上所述，为了充分发挥气水交替非混相驱补充地层能量的优势，在较小注入压差下，最大程度地提高采收率，优选段塞尺寸为0.2 PV，即注采井间注入1个有效波及孔隙体积的周期数建议为5个。

4 结束语

岩心驱替实验结果表明，气液比1∶5和5∶1时提采幅度最高。在现场应用中，如果气源不足、水源充足，可以选择注入较长的水段塞和较短的注气段塞；如果水源不足、气源充足，可以选择较长的注气段塞和较短的注液段塞。

通过开展氮气、泡沫液交替段塞尺寸优选实验，优选了最佳段塞尺寸为0.2 PV，即井间注入量达到1PV时的合理交替周期数为5个。