蒸汽-泡沫复合驱提高稠油采收率机理研究

【摘要】目前开采稠油的主要方法为蒸汽驱和蒸汽吞吐，但在开采过程中存在波及系数小和洗油效率低的问题。蒸汽-泡沫复合驱是在向油层注蒸汽的同时添加非凝析气体和耐高温起泡剂的一种驱油方式。文章分析了蒸汽-泡沫复合驱提高稠油采收率的机理，认为泡沫能够封堵蒸汽窜流通道，抑止蒸汽超覆，改善油藏的温度分布，提高波及系数和洗油效率，具有比较好的效果

【关键词】稠油 蒸汽-泡沫复合驱 机理 提高采收率

目前探明的稠油资源储量已超过3000×108t，在世界油气资源中占相当大的一部分。稠油具有粘度高、密度大的特点，开采中流动阻力大，利用开采稀油的方式进行开采往往达不到理想的效果。目前开采稠油的主要方式为热力采油法，比如蒸汽驱和蒸汽吞吐，但在开采过程中存在波及系数小和洗油效率低的问题，因此在此基础上发展了蒸汽-化学驱油方式，取得了较好的效果，蒸汽-泡沫复合驱是蒸汽-化学驱油方式的一种。

1 蒸汽吞吐与蒸汽驱

1.1 蒸汽吞吐

蒸汽吞吐是一种比较简单且成熟的注蒸汽开采稠油的方式，这种开采方式一般为单井作业，分为三个步骤：注蒸汽、焖井、开井生产，即向开发井的稠油地层中注入大量的蒸汽，关井一段时间，使蒸汽与地层产生热交换，然后开井生产，如此反复。

在蒸汽吞吐开采稠油的过程中，随着蒸汽与地层产生热交换，油层温度升高，稠油的粘度会随着温度的升高大幅度降低，由此可降低生产压力。地层岩石和流体会随着温度的升高发生膨胀，增大驱油能量。蒸汽的注入和吞吐可以清楚井壁污染，减小油流的渗流阻力。

蒸汽吞吐开采稠油方式只能采出单口井周围油层中有限区域内的原油，基本上不产生井间驱替作用。虽然驱油蒸汽吞吐开采的能量有一部分来自油层岩石和流体受热膨胀的弹性能，但大部分的能量还是来自于油藏本身的压力。这种开采方式并不像水驱那样具有连续的驱替能量补充，随着蒸汽吞吐周期的增加，油藏能量逐渐衰竭，产量也将逐渐减少。在蒸汽吞吐开采之后，井间存在大量蒸汽难以波及到的死油区，导致原油动用率低，蒸汽吞吐的原油采收率一般仅15 % 左右，不超过20 % 。

1.2 蒸汽驱

蒸汽驱与水驱相似，按照油田开发方案的要求，通过注汽井不间断地向地层中注入蒸汽，注入的蒸汽与地层的岩石与流体发生热交换并对原油起到驱替的作用，最后原油被驱替到生产井中，实现生产。

蒸汽驱提高稠油采收率的主要机理与蒸汽吞吐相似，即降低稠油粘度，提高原油的渗流能力。同时蒸汽驱对于原油还有蒸汽蒸馏作用、气驱作用、原地溶解作用，以提高开采过程中的波及系数和洗油效率。

蒸汽驱在通过注汽井向地层中注入蒸汽时，沿途会有热量的损耗，为了保证向地层中注的是蒸汽，对油藏深度有一定的限制，一般不超过1600m。而且蒸汽驱对井间距也有限制，一般为100～150m。蒸汽注入到油层中后，由于蒸汽密度较小，会聚集在油藏中的上部，随着蒸汽的不断注入，会出现蒸汽超覆现象而发生“指进”。另外由于地层的不均质性，蒸汽会发生窜槽现象，降低波及系数，影响开放效果。

2 泡沫驱提高采收率机理分析

泡沫驱是一种利用表面活性剂的发泡性配成驱油剂进行采油的方法，这种方法可以大幅度提高波及系数和洗油效率，相对于化学驱，对环境的污染较小，是一种比较有前途的提高采收率的技术。下面对泡沫驱的驱油机理进行分析。

2.1 提高波及系数

由于地层的非均质性，存在高渗透率层或裂缝，在注水开发油层时，水会优先进入渗透率高的孔隙形成“指进”，而波及不到渗透率低的孔隙。在进行泡沫驱油时，泡沫优先进入高渗透率孔隙，产生贾敏效应，增大泡沫进入到高渗透孔隙中的阻力，随着大小泡沫的进入，贾敏效应叠加，泡沫进入高渗透孔隙的阻力逐渐增大，当增大到一定程度后，泡沫就会进入到渗透率较低的孔隙之中，从而提高泡沫的波及系数。同时泡沫进入油藏以后，可以减少气相和水相的相对渗透率，而对油相的堵塞作用相对要小很多。

2.2 提高洗油效率

由于表面活性剂的存在，在泡沫驱油的前期有显著的乳化作用，产生大量的乳化液，有利于小空隙中的残余油滴被增溶、降粘、界面张力减小，提高洗油效率。在被泡沫充满的孔隙中，虽然泡沫在孔隙中基本不运动，但是被洗下的原油和乳化油滴会沿着泡沫的液膜继续向被驱替的方向前进，这种贾敏效应的选择性堵塞有利于小空隙内残余油滴和孔隙岩壁上的油膜的驱替、剥离，有利于提高去驱油剂的洗油能力。

3 蒸汽-泡沫复合驱提高稠油采收率机理

蒸汽-泡沫复合驱是在向油层注蒸汽的同时添加非凝析气体和耐高温起泡剂的一种驱油方式。由于泡沫自身的特点以及在地层中的流动特性，蒸汽-泡沫复合驱可以将热力采油和泡沫驱的优点结合起来，有效提高稠油采收率。

3.1 提高洗油效率

蒸汽-泡沫复合驱将表面活性剂加入蒸汽中作为起泡剂，表面活性剂进入油后一部分形成泡沫，其余部分以表面活性剂溶液的形式与裂隙中的油滴、油膜接触，大大降低油水界面张力，改善地层的润湿特性，改善稠油的流动特性，并将蒸汽驱留下的剩余油滴乳化、剥离，提高驱替介质的洗油效率。

3.2 泡沫有效抑制蒸汽窜流和超覆，提高波及系数

泡沫在进入地层后，其高粘度、低流度的特点可以改善地层的吸汽剖面，提高波及系数。驱替介质优先进入发生蒸汽窜流的高渗透层或裂隙，在含油饱和度比较低时形成泡沫，在大孔隙中形成并稳定存在，而在小孔隙中泡沫会由于受到剪切作用而发生破坏，孔隙中泡沫的存在会产生叠加的贾敏效应，使得蒸汽穿过高渗透层或裂隙变得越来越困难，进而有效地防止蒸汽窜流。泡沫的存在使得产生蒸汽超覆的高部位油层、发生蒸汽窜流的高渗透层和渗透能力差的油层的生产压差都变得均衡，增加了蒸汽向生产井的流动阻力，抑制了蒸汽的突进，增大了蒸汽的波及系数。

3.3 提高蒸汽热能的利用率

泡沫的存在会使得注入井附近地层压力升高，蒸汽温度升高，油层的平均温度升高，减小了热损失的发生，注入蒸汽进入地层中后，可以与油层中的岩石和流体发生充分的热交换，提高热量的利用率。

4 结论

（1）目前开采稠油普遍采用的蒸汽吞吐和蒸汽驱还存在有波及系数小和洗油效率低的问题；

（2）由于泡沫驱具有叠加的贾敏效应，可以有效改善吸气剖面，抑制蒸汽窜流和超覆，提高驱替的波及系数；

（3）表面活性剂的存在可以大大降低油水界面张力，提高洗油效率；

（4）蒸汽-泡沫复合驱结合蒸汽驱和泡沫驱的有点，可以现住地提升稠油采收率。

参考文献

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