低渗油藏空气泡沫驱可行性研究报告

1、鄂尔多斯盆地低渗油藏空气泡沫驱可行性研究2007年7月目 录一、项目目的及意义1二、主要研究内容及成果2（一）室内驱油机理21、空气泡沫驱油的一般机理32、吴起油田高压长氧化管模拟实验结论4（二）先导试验方案优化设计51、方案设计的思路52、方案设计采用的方法63、方案设计结果6（三）现场试验效果71、现场试验效果分析72、认识及结论9三、主要技术创新点9四、存在主要问题及建议10（一）存在主要10（二）建议10一、项目目的及意义鄂尔多斯盆地低渗油藏空气泡沫驱可行性研究项目是吴起油田与西安中州石油钻采技术服务公司合作完成的。其主要目的是要解决如何提高不能注水的低渗油藏采收率的技术问题，对吴起油

2、田、乃至鄂尔多斯盆地的低渗油藏提高采收率具有重要意义。众所周知，油田进入了开发的中后期，随着地层能量衰竭，将不可避免地出现普遍性产量递减，稳产难度越来越大，在现有资源的条件下，必须采用能大幅度提高原油采收率的方法才能减缓递减。吴起油田为低渗、特低渗油藏，依靠天然能量开采产量低、效果差。由于没有外来能量补充，加上边水、底水不活跃，油藏能量衰竭快，产量低，采出程度低、经济效益差，是典型的 “三低”油藏。由于不能注水，注空气驱来改善此类油田开发效果，就成为该区必须要解决的主要技术问题。注空气驱油具有很多优点：首先是空气驱是一项成熟的技术，它兼有多种驱油机理，利用低温氧化（LTO）和高温氧化（HTO）

3、能够采出重油，降低粘度，提高流度，提高驱油效率；其次它适合于低渗透和特低渗透油藏，许多低渗透和特低渗透油藏难于注水，而注气是容易注入地层达到驱油和补充能量的目的；第三是注气开发油田能够有效的避免注水引起的盐敏、水敏、酸敏、碱敏造成的对地层的污染；同时注水可能由于与地层配伍性差而污染地层；第四是与水驱相比，空气气源丰富，处理技术已经成熟，操作方便；而陕北水资源紧缺，水处理难度大；与注水相比，注气不需要建注水站，污水处理站以及注水配套的管线阀组等配套设备，注气相比是简单的。由于吴起油田的油藏特点完全适合注气的技术特点，从而选择吴起油田为空气泡沫驱的先导试验区，试验的成功不仅在于增加旗胜35-6井组

4、产量，而对吴起油田增产稳产、对在该区转换开发思路，丰富油田开采方式具有指导意义，同时该项技术适合于所有类型的低渗、特低渗油藏，具有广阔的推广应用前景。二、主要研究内容及成果西安中州石油钻采技术服务公司自2000年以来就开始关注空气泡沫驱油技术，通过几年来的调研和室内评价研究工作，取得了重要进展和突破，为进入现场先导试验奠定了基础。2005年与吴起钻采公司合作，开展了旗胜35-6井组注气先导试验方案优化设计，并于2005年12月11日正式开始注气，到目前已累计注气0m3、泡沫0m3，注隔离液0m3。地层压力得到了保持和升高，油井递减得到了有效控制和稳定，取得了较好的试验效果。（一）室内驱油机理注

5、空气泡沫采油是一项富有创造性的提高采收率新技术，它将空气驱和泡沫驱有机结合起来，既克服了单纯的空气驱驱油效率低，波及体积小和易突破的缺点，又充分利用了泡沫驱油效率高，波及体积大的特点，能大幅度提高原油采收率。1、空气泡沫驱油的一般机理将空气注入油藏产生低温氧化时，氧气和原油发生放热反应。在这种以放热氧化反应为主的过程中，消耗氧气生成碳的氧化物，即CO 和CO2，反应产生的热量使温度升高，促使轻质组分蒸发。空气并不直接起驱油的作用，起着驱油作用的是在油层内生成CO 和CO2以及由N2和蒸发的轻烃组分等组成的烟道气。反应程度与原油特性、岩石和流体特性、温度和压力有关，从本质上讲，注空气驱是间接的烟

6、道气驱，但它又综合了多种驱油机理。对不同的油藏，各种驱替机理的作用是不同的。对不同的油藏，各种驱替机理的作用是不同的，主要机理包括： 维持和提高地层压力；烟道气对原油的重力驱作用；原油汽化产生的驱动效应；促使原油膨胀的驱动效应；高温高压下超临界蒸汽作用；烟道气对原油可能产生的混相作用等。空气泡沫驱油的原理利用空气加起泡剂经气液接触后产生泡沫。（1）起泡剂本身是一种活性很强的阴离子表面活性剂，具有改变岩石表面润湿性和较大幅度降低油水界面张力，使原来呈束缚状的油通过油水乳化、液膜置换等方式成为可流动的油；（2）当泡沫的干度在一定范围时（54%-74%）其粘度大大高于基液的粘度，改善了驱替液与油的流

7、度比，提高了波及系数；（3）泡沫流动需要较高压力梯度，从而克服岩石孔隙毛管力，把小孔隙中的油驱出；（4）泡沫进入地层后，由于泡沫具有“遇油消泡、遇水稳定”的性能，不消泡时其粘度不降，消泡后粘度降低，从而起到“堵水不堵油”作用，提高驱油效率；（5）泡沫粘度随剪切速率的增大而减少，在高渗层中粘度大、在低渗中粘度小，因而泡沫能起到“堵大不堵小”的作用。泡沫的低密度与高弹性能显著降低驱动流体的流度，增大其洗油能力，提高油层的驱油效率。因此，泡沫既能提高油层的波及系数，又能提高其驱油效率，增加可采储量。2、吴起油田高压长氧化管模拟实验结论为了认识吴起油田油藏注空气后的实际效果和机理，开展了高压长氧化管动

8、态模拟实验研究，针对选定油样，通过三种温度（60、72、80）、两个压力（18MPa、23MPa）下的6组注空气室内实验研究，分析了注空气采油过程中注入孔隙体积倍数和驱油效率的关系，压力、温度、时间和产出气中含氧量的关系。在实验和理论分析的基础上，得出了以下认识：（1）在同一注入压力下，气体突破时驱油效率随温度的增加而升高。气体突破后，继续注气，驱油效率增加幅度减小。如23MPa，60气体突破时驱油效率为24.5%，最终为26%；80气体突破时驱油效率为30.8%，最终为32.9%。（2）空气驱采油时，气体突破后，继续注气，驱油效率增加幅度迅速减小。如23MPa、60，气体突破时注入孔隙体积倍

9、数为0.166PV，驱油效率为24.5%，最后注入到0.223PV时驱油效率仅提高到26%。（3）在同一温度、相同的压差时，注入压力对驱油效率油一定的影响，其值越大，驱油效率就越高。以18MPa、72和23MPa、72气体突破时的驱油效率为例，前者气体突破时的驱油效率为25.1%，而后者则为28.7%，变化非常明显。（4）注入压力一定时，随着温度的提高，气体突破时产出气中含氧量减小，氧气消耗量增加。以23MPa为例，60气体突破时的含氧量为13.18%，耗氧量为37.24%，80气体突破时的含氧量为10.75%，耗氧量为48.81%，变化趋势明显。（5）温度一定时，随着注入压力的增加，产出气中

10、含氧量有减小的趋势，但不太明显。（6）温度一定时，产出气中含氧量随着时间的增加而减小。80时，气体突破时间为9.63h时，产出气含氧量为11.437%，气体突破时间为10.17h时，产出气含氧量为10.75%。（二）先导试验方案优化设计1、方案设计的思路考虑到空气驱和旗胜35-6井组和特点，注气井尽量部署在高位置，低部位采油；注气井的注气层位不宜太长，注气目的层总体为长4+5的3、4层和长6的2、3层，以减少层间非均质性；采油井由于射开层位不统一，必须归位生产，以增加受效方向、提高驱油效果；为控制投资规模，同时便于注气效果观察和分析研究，方案部署1口注气井，以形成一个小规模、相对完善的注采井网

11、。2、方案设计采用的方法本次方案优化设计、指标预测采用加拿大CMG中的GEM模块（组份模块），相态处理软件采用加拿大CMG中的WinProp模块。组份模型软件是一个基于相态方程的多组份模型软件，具有多种功能，不仅可以进行流体特性室内试验模拟，而且还可以在充分考虑流体性质和相态随流体组份的变化，组份模型可以模拟油、气、水在油藏中的实际流动，预测所有注采井的有关特性，可预测产出流体性质随着压力衰竭的变化。3、方案设计结果qs35-6井为注气井，注气层位长4+5的3、4号小层和长6的2、3号小层；qs35-1井、qs35-4井、qs35-7井、qs35-8井、qs35-9井，为对应一线生产井，生产层

12、位为长4+5的3、4号小层和长6的2、3号小层，合注合采；qs35-2井、qs35-3井、qs35-5井、qs35-10井、qs35-11井为二线生产井；根据数值模拟研究结果，注气速度不同，提高采收率不同，注气速度大，注入气体压力高，采出程度相对较高。在数值模拟分析的基础上，综合压缩机的承受能力等因素，设计单井日注气2.5104m3，累计注气量为2.68107m3，相当地下体积为13.1104m3，相当于0.23PV。方案实施后累计增油3.87104m3，提高采收率18.9%。（三）现场试验效果1、现场试验效果分析通过注气主要效果体现在以下几方面：（1）油藏能量得到补充，地层压力得到恢复，为下

13、步增产稳产奠定了基础。吴起油田旗胜35-6井组于2005年12月11日正式投入注气，初期注空气压力13MPa，日注空气10800m3，折合地下体积54m3，到2007年6月30日，注气压力20.5MPa，日注气0m3，折合地下体积0m3。累计注气0m3，折合地下体积0 m3。从2005年12月到目前共注泡沫液0次，注泡沫液0m3，注隔离液0m3，共注液体0m3，合计注入地下体积0 m3，累计注采比0（未计量采出气量）。弥补了地下亏空、地层压力得到恢复，由于该井组没有测压和动液面资料，不能直接观察地层压力的变化，但从注入压力观察，从初期的注气压力为13MPa，到目前注气压力为20.5MPa，注气

14、压力升高7.5 MPa，就是考虑地层污染等因素影响，地层压力升高也是无疑的，反映地层能量得到了一定补充，对稳定井组产量起到了积极作用（附图1）。（2）自然递减得到有效控制，一线油井和部分二线油增产效果明显。通过一年多的注气，井组自然递减得到有效控制，对应油井有明显增产效果。特别是对应一线油井如旗胜35-1井、旗胜35-7井和砂层发育、物性较好方向的二线油井如35-11井等增产效果更明显。只要生产正常，有对应关系的油井都有不同程度的增产效果。应用双曲递减规律，回归递减曲线，按自然递减计算各井自然产量，对比各口井的实际产油量，可以计算出各口井的增产油量，计算结果表明，旗胜35-6井组若不开展空气泡

15、沫驱，自然产量为5492.4t，实际该井组累计产油为6942.4t，累计增油1450t（见下表）。如果各井都能正常生产，提高生产时效，增油量会更为可观。 旗胜35-6井组增没量统计表井号日产液日产油日产水累计产液累计产油自然产量累计增油(m3)(m3)(m3)(m3)(m3)(m3)(m3)35-14.54.320.1829972707220650135-210.5010.5748.557.457.4035-30.40.140.26372153153035-40.20.140.0610491521322035-50.80.260.54155948931617335-71.41.340.0610

16、5179650928735-8不上液303.5185185035-9不上液296227227035-10不上液1695248248035-112.42.160.241362125990735235-121.41.40765669552117合计121986942.45492.41450旗胜35-6井组主要油井生产趋势和采油曲线见附图2-6。2、认识及结论（1）注空气泡沫驱技术是成功的，可适用于各类油藏（高渗、低渗、水驱后、枯竭开采后等），特别是低渗透油藏；（2）注空气采油可以减缓递减、提高油井产量，提高原油采收率；（3）全面分析和油藏精细描述、方案优化设计等工作是注空气采油技术成功的基础；（4

17、）加强注空气工艺技术研究，是保证注气项目顺利实施的关键，如空气压缩机设计、管线的防腐等；（5）注空气现场实施中，应加强油藏动态的监测与分析，产出气体的监测与分析，保证项目的安全运行；（6）结合油层流体及岩石性质，开展室内基础实验研究是注空气采油矿场试验的理论基础，也是保证该技术成功的实施的关键。；（7）空气泡沫充分发挥了注空气和泡沫驱两种技术各自的优点。无论在工艺技术、安全和提高采收率的效果上，都是可行的。在成功应用泡沫驱油技术的基础上，开展研究空气泡沫驱油技术，对低渗油藏提高采收率及油田的高效开发具有重大意义。三、主要技术创新点1、运用CMG数模软件的组份油藏模拟软件对旗胜35-6井组空气驱

18、先导试验验方案进行优化，并对试验结果进行分析。除对各工艺参数进行优化设计、对试验结果进行预测外，还对注气时机等因素进行敏感性分析，结果表明，注气时机不是影响天然气驱最终采收率的敏感因素，但本文仍然建议吴起油田尽早开展空气驱现场试验，以保持地层压力开采、改善油田开发效果。采用CMG数模软件对空气泡沫驱进行方案优化设计在国内还未见报道，处于国内领先水平。2、工艺技术方面。如关键设施的改造、完善，解决的工艺技术方面的难题等。四、存在主要问题及建议（一）存在主要1、生产时效低，影响了先导试验效果。本次试验遇到的主要问题有诸如天气、道路、机械故障、停电等问题被迫停工，严重影响了注气效果。2、压裂产生不规则裂缝，特别是垂向裂缝，可能导致气窜影响注气效果，甚至可能导致注气现场试验的失