CN104989344A - 一种确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的方法，包括步骤如下：(1)向注入井中注入氮气泡沫流体，测量不同时刻生产井的产气量V_g以及产液量V_l；(2)计算不同时刻生产井的产气率f_g；(3)根据不同时刻计算得到的f_g，绘制曲线，计算生产井的产气率上升指数I_g；(4)确定泡沫驱油过程中气体窜流程度。利用本发明提供的确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的方法，能够定性定量判断油田生产井中见气程度，是否出现气体窜流，出现气体窜流的程度，以及何时开始进行封窜措施。

Description

一种确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的方法

技术领域

本发明涉及一种确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的方法，属于油气田开发的技术领域。

背景技术

泡沫驱油是一种用泡沫流体作为驱替介质的三次采油方法，泡沫流体因其具有视黏度高、对渗透率和油水层的选择性、洗油和封堵调剖作用强的优点，泡沫驱油已经成为一种高效的提高采收率方法，在一些油田的矿场实验中也取得了良好的应用效果。与其他气体相比，N₂来源广，制备过程经济合理，而且N₂不易结垢、腐蚀管道等许多优点，因此N₂泡沫驱已备受各大油田青睐。

向地层中注入泡沫后，稳定的泡沫会对高渗孔道产生有效的封堵，泡沫的封堵性能受到地层非均质性的影响，当地层非均质太强时，泡沫会沿着高渗层直接窜流到生产井，使得泡沫的封堵性能失效，形成气体窜流。气体窜流的发生还和泡沫的稳定性有关，当泡沫的注入速度、起泡剂浓度、注入方式、注入气液比等参数选择不合理时，渗流过程中形成的泡沫稳定性较差，不能对高渗孔道形成有效的封堵，由于气液两相存在较大的流度差异，气体在地层中的窜流使得生产井产气量和气油比迅速增加。泡沫驱中气体窜流一方面使波及效率降低，影响油田采收率，另一方面生产井较高的气油比会影响抽油泵的泵效，甚至产生气锁，抽油泵不能正常生产，对油田生产产生较严重的影响。

林杨等，CO₂在非均质多孔介质中的气窜与运移[J].石油化工高等学校学报,2010,02:43-46.一文中，通过研究入口压力与气体流速、气体波及体积的关系，得出注入压力与气体在岩心中的突破时间呈幂指数关系，对于未饱和水的岩心来说，有经验关系式来预测气体在岩心中的突破时间，并且存在临界的压力，当入口压力达到此压力值时，在非均质岩心中，气体的流速会随着压力的升高而下降。级差越大的岩心，该临界压力就越小，即大级差的岩心，会更早的出现气体窜流。旷曦域等.空气泡沫防气窜能力评价的实验研究[J].油气藏评价与开发,2012,03:34-37.一文中，为了界定空气泡沫驱气窜是否发生，以及气窜发生的程度，以固定压力注入起泡体系形成空气泡沫后，在不同的注入压差下注入气体，通过记录各压力下出口端气体流量，认为出口端气体流量陡增时的注入压差为气窜压力，以此来界定气窜情况。

但是，以上文献给出的方法仅能定性判断气体窜流，没有办法根据实验数据定量化气体窜流发生的时机和强度。目前国内外对N₂泡沫驱过程中发生气体窜流现象的研究较少，现有的研究主要是N₂泡沫驱油机理，以及可行性分析等，缺少对N₂泡沫驱过程中气体窜流时机的定量判断以及气窜程度的界定。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的方法，该方法可确定气体窜流时机和气体窜流程度。

发明概述

本发明通过计算生产井的产气率，生产开始时间与结束时间之差，得到某一时刻的产气率上升指数。该产气率上升指数可确定气体窜流是否发生以及气体窜流发生的程度。

术语解释

1、生产井的产气率：在地面条件下，单位时间内生产井产气所占的比例，记为f_g。

2、产气率上升指数：单位时间内生产井产气率的变化程度，记为I_g。

3、PV：注入孔隙体积倍数，即注入岩心样品的流体体积与岩心样品孔隙体积的比值。例如：1PV即表示注入岩注入岩心样品的流体体积与岩心样品孔隙体积的比值为1。

发明详述

本发明的技术方案如下：

一种确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的方法，包括步骤如下：

(1)向注入井中注入氮气泡沫流体，测量不同时刻生产井的产气量V_g以及产液量V_l；

(2)按式(I)计算不同时刻生产井的产气率f_g，

$f_g=f\left(t\right)=\frac{V_g}{V_l+V_g}\×100\%---\left(I\right);$

(3)根据不同时刻计算得到的f_g，绘制曲线，按式(II)计算生产井的产气率上升指数I_g，

$I_g=\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}{f}_g\mathrm{dt}}{t_2-t_1}=\frac{\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\frac{V_g}{V_g+V_l}\mathrm{dt}}{t_2-t_1}=\frac{\frac{V_{g_2}}{V_{g_2}+V_{l2}}{t}_2-\frac{V_{g_1}}{V_{g_1}+V_{l1}}{t}_1}{t_2-t_1}---\left(\mathrm{II}\right),$

式(II)中，t₁、t₂分别表示生产开始和结束时间；V_g1、V_g2分别表示生产开始和结束时的产气量；V_l1、V_l2分别表示生产开始和结束时的产液量；

(4)确定泡沫驱油过程中气体窜流程度，

当I_g＜0.5时，则判定泡沫驱油过程中没有发生气体窜流，

当I_g＝0.5时，则判定泡沫驱油过程中刚开始发生气体窜流，

当I_g＞0.5时，则判定泡沫驱油过程中已经发生气体窜流，其中，I_g越大表明发生气体窜流的程度越高。

根据本发明，优选的，步骤(1)中产气量V_g按排水法测量得到。

一种确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的模拟实验方法，包括步骤如下：

(1)根据实际油藏条件，配备模拟地层水，矿化度17000-18000mg/L，其中Ca²⁺、Mg²⁺总含量400-500mg/L；

(2)根据油藏区块地层特点，将石英砂填制填砂管岩心模型中；

(3)根据油藏温度，用恒温箱加热岩心模型至油藏温度；

(4)配置不同浓度的起泡剂溶液备用；

(5)设定实验所需回压、温度，岩心模型的注入端模拟注入井，出口端模拟生产井，从注入井注入2.5PV氮气泡沫流体，进行泡沫驱替，以及注入1.5PV地层水进行后续水驱实验；

(6)在相同的时间间隔内，记录生产井的产气量V_g以及产液量V_l，产气量为排水法测得；

(7)计算不同时刻的产气率上升指数f_g：

按式(I)计算生产井的产气率f_g，

$f_g=f\left(t\right)=\frac{V_g}{V_l+V_g}\×100\%---\left(I\right);$

式(I)中

f_g—生产井的产气率，％；

V_g—产气量，ml；

V_l—产液量，ml；

(8)根据不同时刻计算得到的f_g，绘制曲线，按式(II)计算生产井的产气率上升指数I_g，

$I_g=\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}{f}_g\mathrm{dt}}{t_2-t_1}=\frac{\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\frac{V_g}{V_g+V_l}\mathrm{dt}}{t_2-t_1}=\frac{\frac{V_{g_2}}{V_{g_2}+V_{l2}}{t}_2-\frac{V_{g_1}}{V_{g_1}+V_{l1}}{t}_1}{t_2-t_1}---\left(\mathrm{II}\right),$

式(II)中，t₁、t₂分别表示生产开始和结束时间；V_g1、V_g2分别表示生产开始和结束时的产气量；V_l1、V_l2分别表示生产开始和结束时的产液量；

(9)确定泡沫驱油过程中气体窜流程度，

当I_g＜0.5时，则判定泡沫驱油过程中没有发生气体窜流，

当I_g＝0.5时，则判定泡沫驱油过程中刚开始发生气体窜流，

当I_g＞0.5时，则判定泡沫驱油过程中已经发生气体窜流，其中，I_g越大表明发生气体窜流的程度越高。

根据本发明，步骤(5)中，注入地层水进行水驱起压的同时，记录岩心模型初始重量m₀；实验进行的同时记录岩心模型两段压力和岩心模型的重量，分别记为p₁、p₂、和m，根据记录的p₁、p₂、和m，判断泡沫驱封堵性能。

本发明的原理：

由于I_g值越大，生产井见气速度越快，产气量多，容易形成气体窜流通道，发生气窜。I_g＝0.5为临界气体窜流点，即气体窜流开始的时间点，通过对比室内实验数据规律发现，当I_g值超过0.5时，生产井产气量较大，认为已经出现明显的气体窜流，应及时采取封窜措施。

关于I_g＝0.5的说明：除去气液比因素的影响，本发明选择原始气液注入比为1:1，将其体积折算到回压阀条件下，认为生产井含气率为50％时，氮气泡沫驱替过程稳定，气液含量未发生变化；当含气率大于50％时，认为发生了气体窜流，含气率越大则气体窜流越严重，因此生产井越需要对气体窜流进行封堵。从统计学的规律得到，可以用I_g＝0.5判断某一时刻是否发生气体窜流，是否有封窜的必要。

本发明的优点在于：

利用本发明提供的确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的方法，能够定性定量判断油田生产井中见气程度，是否出现气体窜流，出现气体窜流的程度，以及何时开始进行封窜措施。在室内模拟氮气泡沫驱替实验时，实验方案如渗透率、起泡剂浓度、气液比、注入速度、以及注入方式等可调，具有普遍性和实用性，符合油田生产实际。界定标准简单易实现。

附图说明

图1为本发明所述生井产出液中的产气率随时间的变化曲线，即f_g的曲线图。

图2为本发明实施例1中产气率上升指数I_g与起泡剂浓度的关系曲线。

图3为本发明实施例2中产气率上升指数I_g与氮气泡沫流体不同注入速度的关系曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细的说明，但是不限于此。

实施例1、

一种确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的模拟实验方法，待定参数为使用不同浓度的起泡剂溶液，记录并对比泡沫驱替实验情况，包括步骤如下：

(1)根据实际油藏条件，配备模拟地层水，矿化度17435mg/L，其中Ca²⁺,Mg²⁺含量475mg/L；

(2)根据油藏区块地层特点，将石英砂填制填砂管岩心模型中；

(3)根据油藏温度，用恒温箱加热岩心模型至油藏温度；

(4)配置质量浓度为0.2％、0.3％、0.5％、0.8％、及1.0％的起泡剂溶液备用；

(5)设定实验所需回压、温度，岩心模型的注入端模拟注入井，出口端模拟生产井，从注入井注入2.5PV氮气泡沫流体，进行泡沫驱替，以及注入1.5PV地层水进行后续水驱实验；

泡沫驱替实验现象及数据，如表1所示：

表1实施例1中实验现象记录表

(6)在相同的时间间隔内，记录生产井的产气量V_g以及产液量V_l，产气量为排水法测得；

(7)计算不同时刻的产气率上升指数f_g：

按式(I)计算生产井的产气率f_g，

$f_g=f\left(t\right)=\frac{V_g}{V_l+V_g}\×100\%---\left(I\right);$

式(I)中

f_g—生产井的产气率，％；

V_g—产气量，ml；

V_l—产液量，ml；

(8)根据不同时刻计算得到的f_g，绘制曲线，按式(II)计算生产井的产气率上升指数I_g，

$I_g=\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}{f}_g\mathrm{dt}}{t_2-t_1}=\frac{\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\frac{V_g}{V_g+V_l}\mathrm{dt}}{t_2-t_1}=\frac{\frac{V_{g_2}}{V_{g_2}+V_{l2}}{t}_2-\frac{V_{g_1}}{V_{g_1}+V_{l1}}{t}_1}{t_2-t_1}---\left(\mathrm{II}\right),$

式(II)中，t₁、t₂分别表示生产开始和结束时间；V_g1、V_g2分别表示生产开始和结束时的产气量；V_l1、V_l2分别表示生产开始和结束时的产液量；

实验过程中氮气泡沫流体不同注入量、不同浓度时得到的产气率上升指数f_g和产气率上升指数I_g如表2所示；

表2实施例1中数据记录处理表

根据表2绘制产气率上升指数I_g与起泡剂浓度的关系曲线，如图2所示；

(9)确定泡沫驱油过程中气体窜流程度，

当I_g＜0.5时，则判定泡沫驱油过程中没有发生气体窜流，

当I_g＝0.5时，则判定泡沫驱油过程中刚开始发生气体窜流，

当I_g＞0.5时，则判定泡沫驱油过程中已经发生气体窜流，其中，I_g越大表明发生气体窜流的程度越高。

通过表2和图2可知：泡沫驱中起泡剂溶液浓度越高，岩心内滞留的气体量越多，但产气率上升指数I_g越小，越不容易突破0.5发生气体窜流。使用浓度为0.2％以及0.3％的起泡剂溶液，随着实验的进行，产气率上升指数I_g迅速增加，较快突破0.5，发生气体窜流，及时采取封窜措施。结合室内起起泡剂溶液性能评价实验，以及综合考虑油田的经济因素，起泡剂溶液的使用浓度大于0.5％时，泡沫具有较好的封堵防窜性能，可以降低生产成本。

实施例2、

一种确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的模拟实验方法，待定参数为不同注入速度，记录并对比泡沫驱替实验情况，包括步骤如下：

(1)根据实际油藏条件，配备模拟地层水，矿化度17435mg/L，其中Ca²⁺,Mg²⁺含量475mg/L；

(2)根据油藏区块地层特点，将石英砂填制填砂管岩心模型中；

(3)根据油藏温度，用恒温箱加热岩心模型至油藏温度；

(4)配置质量浓度为0.5％的起泡剂溶液备用；

(5)设定实验所需回压为2MPa，温度为室温25℃，设定实验所需回压、温度，岩心模型的注入端模拟注入井，出口端模拟生产井，从注入井注入2.5PV氮气泡沫流体，进行泡沫驱替，以及注入1.5PV地层水进行后续水驱实验，起泡剂浓度为0.5％；气液比为1:1；注入速度为待定参数，分别为1ml/min、2ml/min、3ml/min、4ml/min；注入方式为气液共注；泡沫驱替后，按照2ml/min速度注入1.5PV地层水，模拟后续水驱实验，直至实验结束；

泡沫驱替实验现象及数据，如表3所示：

表3实施例2中实验现象记录表

(6)在相同的时间间隔内，记录生产井的产气量V_g以及产液量V_l，产气量为排水法测得；

(7)计算不同时刻的产气率上升指数f_g：

按式(I)计算生产井的产气率f_g，

$f_g=f\left(t\right)=\frac{V_g}{V_l+V_g}\×100\%---\left(I\right);$

式(I)中

f_g—生产井的产气率，％；

V_g—产气量，ml；

V_l—产液量，ml；

(8)根据不同时刻计算得到的f_g，绘制曲线，按式(II)计算生产井的产气率上升指数I_g，

$I_g=\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}{f}_g\mathrm{dt}}{t_2-t_1}=\frac{\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\frac{V_g}{V_g+V_l}\mathrm{dt}}{t_2-t_1}=\frac{\frac{V_{g_2}}{V_{g_2}+V_{l2}}{t}_2-\frac{V_{g_1}}{V_{g_1}+V_{l1}}{t}_1}{t_2-t_1}---\left(\mathrm{II}\right),$

式(II)中，t₁、t₂分别表示生产开始和结束时间；V_g1、V_g2分别表示生产开始和结束时的产气量；

实验过程中氮气泡沫流体不同注入量、不同注入速度时得到的产气率上升指数f_g和产气率上升指数I_g如表4所示；

表4实施例2中数据记录处理表

根据表4绘制产气率上升指数I_g与氮气泡沫流体不同注入速度的关系曲线，如图3所示；

(9)确定泡沫驱油过程中气体窜流程度，

当I_g＜0.5时，则判定泡沫驱油过程中没有发生气体窜流，

当I_g＝0.5时，则判定泡沫驱油过程中刚开始发生气体窜流，

当I_g＞0.5时，则判定泡沫驱油过程中已经发生气体窜流，其中，I_g越大表明发生气体窜流的程度越高。

由表4和图3可知：在不同的注入速度下，泡沫驱油过程中相同注入量时岩心中的气相饱和度随着注入速度的增加而增大，说明速度达到一定值时才能开始形成有效的封堵。当注入速度为1ml/min时，产气率上升指数I_g很快突破0.5，且数值较大，其阻力因子也较小，并不能形成有效的封堵。当注入速度大于3ml/min时，综合考虑阻力因子、气相饱和度以及产气率上升指数I_g等三个因素，可以认为封堵效果良好，产生了有效的封堵。在油田的施工现场，要合理综合各方面因素，选取合适的注入速度。

Claims (3)

1.一种确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的方法，包括步骤如下：

(1)向注入井中注入氮气泡沫流体，测量不同时刻生产井的产气量V_g以及产液量V_l；

(2)按式(I)计算不同时刻生产井的产气率f_g，

$f_g=f\left(t\right)=\frac{V_g}{V_l+V_g}\×100\%---\left(I\right);$

(3)根据不同时刻计算得到的f_g，绘制曲线，按式(II)计算生产井的产气率上升指数I_g，

$I_g=\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}{f}_g\mathrm{dt}}{t_2-t_1}=\frac{\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\frac{V_g}{V_g+V_l}\mathrm{dt}}{t_2-t_1}=\frac{\frac{V_{g_2}}{V_{g_2}+V_{l2}}{t}_2-\frac{V_{g_1}}{V_{g_1}+V_{l1}}{t}_1}{t_2-t_1}---\left(\mathrm{II}\right),$

式(II)中，t₁、t₂分别表示生产开始和结束时间；V_g1、V_g2分别表示生产开始和结束时的产气量；V_l1、V_l2分别表示生产开始和结束时的产液量；

(4)确定泡沫驱油过程中气体窜流程度，

当I_g＜0.5时，则判定泡沫驱油过程中没有发生气体窜流；

当I_g＝0.5时，则判定泡沫驱油过程中刚开始发生气体窜流；

当I_g＞0.5时，则判定泡沫驱油过程中已经发生气体窜流，其中I_g越大表明发生气体窜流的程度越高。

2.根据权利要求1所述的确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的方法，其特征在于，步骤(1)中产气量V_g按排水法测量得到。

3.一种确定氮气泡沫驱油过程中气体窜流程度的模拟实验方法，包括步骤如下：

(1)根据实际油藏条件，配备模拟地层水，矿化度17000-18000mg/L，其中Ca²⁺、Mg²⁺总含量400-500mg/L；

(2)根据油藏区块地层特点，将石英砂填制填砂管岩心模型中；

(3)根据油藏温度，用恒温箱加热岩心模型至油藏温度；

(4)配置不同浓度的起泡剂溶液备用；

(5)设定实验所需回压、温度，岩心模型的注入端模拟注入井，出口端模拟生产井，从注入井注入2.5PV氮气泡沫流体，进行泡沫驱替，以及注入1.5PV地层水进行后续水驱实验；

(6)在相同的时间间隔内，记录生产井的产气量V_g以及产液量V_l，产气量为排水法测得；

(7)计算不同时刻的产气率上升指数f_g：

按式(I)计算生产井的产气率f_g，

$f_g=f\left(t\right)=\frac{V_g}{V_l+V_g}\×100\%---\left(I\right);$

式(I)中

f_g—生产井的产气率，％；

V_g—产气量，ml；

V_l—产液量，ml；

(8)根据不同时刻计算得到的f_g，绘制曲线，按式(II)计算生产井的产气率上升指数I_g，

$I_g=\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}{f}_g\mathrm{dt}}{t_2-t_1}=\frac{\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\frac{V_g}{V_g+V_l}\mathrm{dt}}{t_2-t_1}=\frac{\frac{V_{g_2}}{V_{g_2}+V_{l2}}{t}_2-\frac{V_{g_1}}{V_{g_1}+V_{l1}}{t}_1}{t_2-t_1}---\left(\mathrm{II}\right),$

式(II)中，t₁、t₂分别表示生产开始和结束时间；V_g1、V_g2分别表示生产开始和结束时的产气量；V_l1、V_l2分别表示生产开始和结束时的产液量；

(9)确定泡沫驱油过程中气体窜流程度，

当I_g＜0.5时，则判定泡沫驱油过程中没有发生气体窜流，

当I_g＝0.5时，则判定泡沫驱油过程中刚开始发生气体窜流，

当I_g＞0.5时，则判定泡沫驱油过程中已经发生气体窜流，其中，I_g越大表明发生气体窜流的程度越高。