一种空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法及系统与流程

本发明涉及稠油开采领域，尤其涉及一种在油田蒸汽驱后期的空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法及系统。

背景技术：

参阅图1所示蒸汽驱的机理，蒸汽驱采油是由注入井连续不断地往油层中注入高干度的蒸汽，蒸汽不断地加热油层，从而大大降低了地层原油的粘度。注入的蒸汽在地层中变为热的流体，将原油驱赶到生产井的周围，并被采到地面上来。

我国适宜蒸汽驱开发的储量有4.5亿吨，经过近30年的开发，新疆、辽河稠油注蒸汽开发油藏开发都已进入中后期，由于蒸汽驱开发会导致边底水侵入和厚油层蒸汽冷凝水体的大量积存，增加开发难度；其次，蒸汽驱后期油层动用的非常不均匀，上部油层动用好，中、下部油层动用差或没有动用，继续蒸汽驱，无效热循环严重；再者中后期稠油蒸汽驱效率低，平面蒸汽驱波及不均现象普遍存在，蒸汽汽窜严重，驱动压力大幅下降，油井产量急剧下滑，生产成本快速上升，经济效益明显变差，再加上当前国际油价持续中低位徘徊，对稠油热采的持续发展带来严峻挑战，急需找到更经济有效的蒸汽驱中后期开采稠油的方法，为实现稠油蒸汽驱高效开发和产量的持续稳定提供强有力的技术支持。

注气(如注二氧化碳、天然气或氮气等)已被证明是一种高效的提高采收率技术，但存在气源不足且成本高的情况，其应用受到限制，因而注空气技术受到越来越多的重视。注空气开采稠油油藏是一项富有创造性的提高采收率新技术。空气来源广，成本廉价，既可以作为二次采油的方式，也可用于三次采油。但对于我国大多非均质(中高渗夹层)薄层、无倾角的水平地层来说，由于气窜和粘性指进，单纯注空气的驱油效率受到限制，也将导致氧气窜到油井引起一些安全隐患。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，发明人发现利用泡沫能降低水和气的相对渗透率，提高驱油效率和扩大波及体积，可大幅度提高油藏的采收率，因此，注空气泡沫能充分发挥泡沫驱与空气驱两种技术的优点，成本很低，增油效果明显，尤其适用于高含水、非均质严重的稠油油藏调驱，从而达到封堵高渗层的气窜，提高采收率的目的。

本发明采用的技术方案是：

一种空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法，包括：

筛选合适开采油藏；

在所述合适开采油藏中确定实施井组；

对所述实施井组的注汽井段塞式注入空气泡沫；

对所述实施井组的注汽井注入蒸汽或注入空气及蒸汽。

作为一种优选的实施方式，在实施所述对所述实施井组段塞式注入空气泡沫的步骤和所述对所述实施井组注入蒸汽或注入空气及蒸汽的步骤的同时，所述实施井组的生产井保持开井生产。

作为一种优选的实施方式，在注汽井中蒸汽的注汽速度为50-500t/d；生产井生产时排液速度为所述蒸汽速度的1.2倍。

作为一种优选的实施方式，所述蒸汽为温度在200℃-350℃之间，井底蒸汽干度≥40％；所述空气泡沫的注入速度为50吨/天-500吨/天。

作为一种优选的实施方式，所述合适开采油藏的油藏参数为：油层深度在200-1600m之间，剩余油饱和度>0.45，油层厚度>5m，渗透率级差<12，原油粘度<50000mpa·s，平均油层孔隙度>0.2，渗透率变异系数>0.7。

作为一种优选的实施方式，所述实施井组满足以下条件：

该实施井组采用蒸汽驱注采井网；以及

在稠油蒸汽驱生产中后期，该实施井组采出原油含水率达到98％以上。

作为一种优选的实施方式，还包括：

选取发泡剂；所述发泡剂满足的条件为：耐温300℃；耐矿化度：>2000mg/l；起泡体积：>400ml；半衰期>120min；以及，发泡剂浓度为0.5％-1％。

作为一种优选的实施方式，所述对所述实施井组的注汽井段塞式注入空气泡沫的步骤包括：

将空气和发泡剂溶液注入井中形成空气泡沫段塞，直至注入压力到达预定压力。

一种空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的系统，包括：

筛选模块，用于筛选合适开采油藏；

确定模块，用于在所述合适开采油藏中确定实施井组；

第一注入模块，用于对所述实施井组的注汽井段塞式注入空气泡沫；

第二注入模块，用于对所述实施井组的注汽井注入蒸汽或注入空气及蒸汽。

本发明的该空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法可以具有以下有益效果：

(1)、调剖作用：在空气泡沫复合驱初期高渗层产油量上升，含水率下降，高渗透层采收率也得到进一步提高，随着空气泡沫驱油体系，在油层形成丰富、稳定的泡沫，封堵高渗层，注入压力迅速升高，低渗透层产油量大幅上升，含水率逐渐上升，使得蒸汽驱纵向上调整吸气剖面，平面上减少汽窜，提高蒸汽的波及系数，改善原油的流动能力。

(2)、乳化泡沫驱作用：普通泡沫驱是水包裹着气体形成泡沫驱替原油，稠油贴附在孔隙壁上，驱油效率较低。该空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法在空气泡沫辅助蒸汽驱过程中，油水发生乳化，在气体参与下，形成油水乳化液泡沫，即油气水三相呈拟混相状态，既具有泡沫驱扩大波及体积的作用，也具有大幅度提高驱油效率的作用。

(3)、气驱作用：当空气泡沫段塞驱建立一定注入压力后，转空气辅助蒸汽驱，原油与空气发生氧化作用，释放热量，提高蒸汽热效率，同时，生成的烟道气(n2和co2)，具有气体驱动作用和增加地层能量及提高驱动力。

(4)、空气来源广阔，不受地域的限制；无环境污染；设备占地小，撬装易，成本廉价；不但具有一般注气的作用，而且具有氧化产生的其它效果。空气和发泡剂生成泡沫，有选择性地进入高渗透层，起到使蒸汽转向、扩大蒸汽波及体积的作用。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有蒸汽驱的机理示意图；

图2是本发明的空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法的机理示意图；

图3是本发明一种实施方式提供的空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法流程图；

图4是锦45块实施现有蒸汽驱结束时的平面温度场图；

图5是锦45块实施本发明空气泡沫辅助蒸汽驱结束时的平面温度场图；

图6是本发明一种实施方式提供的空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的系统示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图2、图3，为本发明一种实施方式提供的空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法步骤流程图。在本实施方式中，该空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法包括以下步骤：

s1、筛选合适开采油藏；

在开展空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法时，首先需要根据油田地质特征及开发现状，进行油田粗筛选。该空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法适用于注蒸汽后存在窜流及井间干扰严重的稠油油藏。

具体的，所述合适开采油藏的油藏参数为：油层深度在200-1600m之间，剩余油饱和度>0.45，油层厚度>5m，渗透率级差<12，原油粘度<50000mpa·s，平均油层孔隙度>0.2，渗透率变异系数>0.7。

s2、在所述合适开采油藏中确定实施井组；

在该步骤s2中，该实施井组应满足的条件为：该实施井组采用蒸汽驱注采井网；以及在稠油蒸汽驱生产中后期，该实施井组采出原油含水率达到98％以上。

s3、对所述实施井组的注汽井段塞式注入空气泡沫；

在该步骤中，在蒸汽驱的作用下油水发生乳化。在气体(水蒸汽、空气)参与下，形成油水乳化液泡沫，即油气水三相呈拟混相状态，既具有泡沫驱扩大波及体积的作用，也具有大幅度提高驱油效率的作用。

具体的，在该步骤s3中，所述对所述实施井组的注汽井段塞式注入空气泡沫的步骤包括：将空气和发泡剂溶液注入井中形成空气泡沫段塞，直至注入压力到达预定压力。在实施步骤s3时，在注汽井井口，先停止向井中注入水蒸汽，然后将空气泡沫注入井中，形成泡沫封堵高渗层。

在空气泡沫段塞过程中，可以根据实验室实验结果和矿场应用经验，按照一定的体积比注入空气和发泡剂溶液以在高渗层形成空气泡沫，从而将高渗层封堵，比如，形成空气泡沫的空气和发泡剂溶液的体积比为1:1。在形成空气泡沫段塞时，可以先向注汽井中输入发泡剂(溶液)，再按照1:1的体积比输入空气。

注入空气泡沫的量是使注入压力有提升为止(到达预定注入压力)。如果注入的空气泡沫量过少，则无法起到提高采收率、减缓注采井间的汽窜效果；如果空气泡沫量过多，则有可能使井底的水蒸汽干度无法保证。

具体的，对于注入空气泡沫的注入总量可根据不同地质状况和井组原油储量来确定。在本实施方式中，可以连续24小时向注汽井内注入空气泡沫。空气泡沫的注入速度为50吨/天-500吨/天。

s4、对所述实施井组的注汽井注入蒸汽或注入空气及蒸汽。

其中，所述步骤s3中所注入的空气泡沫在高渗透油层形成封堵，使得该步骤s4中所注入的蒸汽、以及注入的空气及蒸汽可以容易进入中低渗透油层，使得蒸汽驱后期中下部动用差或或没有动用的储层实现有效动用。在该步骤s4中，为防止水蒸汽回流，可以在注汽井口采用双闸门单流阀进行控制。

在该步骤s4中，注入空气及蒸汽形成空气辅助蒸汽驱。此时，原油与空气发生氧化作用，释放热量，提高蒸汽热效率，同时，生成的烟道气(n2和co2)，具有气体驱动作用和增加地层能量及提高驱动力。

本实施方式的该空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法可以具有以下有益效果：

(1)、调剖作用：在空气泡沫复合驱初期高渗层产油量上升，含水率下降，高渗透层采收率也得到进一步提高，随着空气泡沫驱油体系，在油层形成丰富、稳定的泡沫，封堵高渗层，注入压力迅速升高，低渗透层产油量大幅上升，含水率逐渐上升，使得蒸汽驱纵向上调整吸气剖面，平面上减少汽窜，提高蒸汽的波及系数，改善原油的流动能力。

(2)、乳化泡沫驱作用：普通泡沫驱是水包裹着气体形成泡沫驱替原油，稠油贴附在孔隙壁上，驱油效率较低。该空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法在空气泡沫辅助蒸汽驱过程中，油水发生乳化，在气体参与下，形成油水乳化液泡沫，即油气水三相呈拟混相状态，既具有泡沫驱扩大波及体积的作用，也具有大幅度提高驱油效率的作用。

(3)、气驱作用：当空气泡沫段塞驱建立一定注入压力后，转空气辅助蒸汽驱，原油与空气发生氧化作用，释放热量，提高蒸汽热效率，同时，生成的烟道气(n2和co2)，具有气体驱动作用和增加地层能量及提高驱动力。

(4)、空气来源广阔，不受地域的限制；无环境污染；设备占地小，撬装易，成本廉价；不但具有一般注气的作用，而且具有氧化产生的其它效果。空气和发泡剂生成泡沫，有选择性地进入高渗透层，起到使蒸汽转向、扩大蒸汽波及体积的作用。

进一步地，在本实施方式中，为实现生产井的连续生产，在实施所述对所述实施井组段塞式注入空气泡沫的步骤和所述对所述实施井组注入蒸汽或注入空气及蒸汽的步骤的同时，所述实施井组的生产井保持开井生产。具体的，在注汽井中蒸汽的注汽速度为50-500t/d；生产井生产时排液速度为所述蒸汽速度的1.2倍。

为保证空气泡沫的封堵质量，该空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法还包括步骤：选取发泡剂。

在该选取发泡剂的步骤中，由于稠油经过蒸汽驱后地下油藏的温度会达到230℃以上，需要耐高温的发泡剂。基于该考虑，所述发泡剂满足的条件为：耐温300℃；耐矿化度：>2000mg/l；起泡体积：>400ml；半衰期>120min；以及，发泡剂浓度为0.5％-1％。

下面通过实施该空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法的几个实施例来详细描述本申请的原理及效果。

选择锦45块蒸汽驱的油藏实施本实施方式的空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法。

锦45块蒸汽驱油藏的埋深930～l020m，平均孔隙度24.5％，渗透率1739md，属高孔高渗储层。油层温度下脱气原油粘度13000mpa·s，油层有效厚度26.3m，有效孔隙度24.5％，净总厚度比为0.43，转驱前含油饱和度为0.55，渗透率变异参数为0.81。

对比图4、图5可以看出，锦45块稠油油藏采用本实施方式进行开发可以取得以下效果：

1)、该空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法能较多幅度的提高蒸汽波及体积。锦45油藏蒸汽驱油藏在纵向上的波及体积为48％，而空气泡沫辅助蒸汽驱的波及体积达到76％，波及体积提高了28％；

2)、空气泡沫辅助蒸汽驱(空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法)能够提高采收率和油汽比。对于锦45块，采收率提高了9％-11.9％，油汽比提高了27.4％-39.4％。

选择辽河齐40块蒸汽驱的油藏实施本实施方式的空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法。

其中，辽河齐40块蒸汽驱油藏的油藏埋深625～1050米，莲花油层岩心分析孔隙度平均31.5％，渗透率平均2.062μm²，属于高孔、高渗储层。油层平均有效厚度37.7m，净/总厚度比为0.53，原始地层压力8.5mpa，油层温度36.8℃，油层温度下脱气原油黏度为7140mpa·s，齐40块为中深层、中厚互层状普通稠油油藏，渗透率变异参数为0.72，转驱时含油饱和度为52％。

齐40块稠油油藏实施空气泡沫辅助蒸汽驱开发方式后油汽比提高20％以上，采收率提高8-10％。在蒸汽驱的基础上，可提高采出程度41.3％，油汽比可达到0.307，加上蒸汽驱阶段的采出程度，总采收率可达到60.0％。

选择新疆九6区蒸汽驱的油藏实施本实施方式的空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法。

新疆九6区共有98个汽驱井组，储量8000万吨，至2014年底，年产油55.54万吨，油汽比0.09，油藏中部埋深450m，采出程度42.0％，油层平均孔隙度29.8％，油层渗透率455～5000md，平均2680md，含油饱和度74.6％，属于高孔、高渗储层。新疆九6区油层厚度0～42.0m，平均17.5m；20℃下脱气油粘度平均23670mpa·s，属特稠油油藏；油层厚度：平均有效厚度13.5m，渗透率：2292md，原油粘度(50℃)：平均2945mpa·s。采出程度：36％，目前油汽比：0.09，已处于注蒸汽开发后期，呈现出采出程度高、含水高、产油量低、油汽比低的特点。

新疆九6区稠油油藏在该开发方式下油汽比可提高20％以上，采收率可提高9％以上，在蒸汽驱基础上，累积采收率可达到65％以上。

请参阅图6，为本申请另一种实施方式提供的空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的系统，该空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的系统包括：筛选模块，用于筛选合适开采油藏；确定模块，用于在所述合适开采油藏中确定实施井组；第一注入模块，用于对所述实施井组的注汽井段塞式注入空气泡沫；第二注入模块，用于对所述实施井组的注汽井注入蒸汽或注入空气及蒸汽。该实施方式的空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的系统可以参考上述空气泡沫辅助蒸汽驱开采稠油油藏的方法的记载，此处不再一一赘述。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。