吐哈油田温西三油藏属于低孔、中-低渗储层,原始地层压力23.78MPa,地层温度76℃,地层水矿化度20000mg/L以上,层间及平面非均质性严重[1]。油田进入高含水期后,井网及层系适应性逐步变差,自然递减增大[2];此外,吸水能力及注入能力下降,开发效果逐渐变差,采收率不高,开发形势严峻。目前,温西三先导试验区累积注水量109.12×104m3,累积产液量32.31×104t,累积产油量20.86×104t,剩余油量59.6×104t,综合含水率50%,标定采收率32%,而采出程度低,仅为25.93%。可见,仍然有70%以上的原油残留于地下。因此,大幅度提高温西三油藏的采收率,具有重要的生产实际意义。空气驱提高采收率技术,其优势不仅在于空气的可注性高,还可以作为驱油介质。此外,在油藏温度及压力条件下,空气中的氧气与原油中的某些组分发生氧化反应,释放大量热量,大幅度降低原油粘度,进而改善水油流度比[3];氧化反应过程产生的大量烟道气,扩大了空气在油层中的波及效率,因而提高了原油的采收率[4]。然而,由于低渗油层中的严重非均质性,包括平面及纵向的非均质性严重,注空气时,将产生气窜,使得空气驱油的效率降低。因此本文还重点开展了泡沫改善的空气驱油效果研究。本文将温西三区部分井组作为先导试验区,室内开展了空气驱提高采收率实验研究。给出了影响空气驱提高采收率的因素;采用具有理想封堵效果的泡沫,研究了不同发泡液段塞大小改善空气驱油效果及优化了发泡液与空气交替注入频率对提高采收率的影响[5];最后,通过数值模拟室内研究结果,预测了泡沫改善空气提高采收率效果。实验结果表明,空气驱较水驱能够有效降低注入压力,可解决注水开发注入困难的问题。空气注入段塞为0.3PV时,提高采收率为6.25%,注入压力较水驱降低0.03MPa;渗透率级差对空气驱提高采收率的影响较大,级差越大,最终提高采收率幅度越低,且当渗透率级差大到一定程度后,即使采用空气泡沫进行封堵,也不可能有效防止气窜。当渗透率级差由1.3:1增大至15.7:1时,提高采收率值降低6.66个百分点。此外,室内试验还发现,在双管驱替的过程中,相较于低渗层,空气较多地进入了高渗层中。可见,未采用泡沫调剖及防窜技术时,空气驱增采的原油主要来自于高渗层,低渗层的吸气能力较低,油层波及效率较低,其驱油效果亦相对较低。随着渗透率级差的增大,低渗层的含水率降低幅度通常比高渗层的含水率降低幅度大。说明低渗层的累积产液量随着级差的增大而降低;相应地,高渗层的累积产液量增大[6]。这表明随着非均质性严重程度的增大,由于气体流动性较强,高渗层中由于严重不利的流度比发生了严重的水窜及气窜,导致低渗层中的吸气量减小甚至不吸气,影响了驱油效果[7]。泡沫改善空气驱能够较空气驱明显提高驱油效率。起泡剂在高渗层运移过程中,尽管有大量气泡破灭,同时在孔隙介质中渗流时,也有大量气泡生成,由于有较高的视粘度及有效渗流粘度,能够有效封堵高渗层,降低高、低渗层的吸气及吸水剖面,甚至启动低渗层,扩大气驱时气体在地层中的波及体积,从而大幅度提高采收率[8]。结果表明,起泡液段塞越大,驱油效果越好,采收率越高。当起泡液段塞大小为0.04PV,空气段塞大小为0.3PV时,泡沫改善空气驱提高采收率幅度为12.10%,较空气驱0.3PV的6.25%提高5.85个百分点。空气/起泡液交替注入,可进一步提高或改善空气驱的驱油效果[9]。结果表明,随着交替频率增大,泡沫改善空气驱提高采收率的幅度也增大。当交替次数为8次时,提高采收率为15.33%。分析起来,主要原因是由于起泡液与空气的多次交替注入,空气与起泡液可以充分接触,有利于泡沫的生成[10]。此外,由于起泡液与空气总量一定,随着交替次数的增加,空气段塞与起泡液段塞在交替注入时相对减小,使得起泡液在孔隙中的发泡量增大,同时封堵大孔道、大孔隙,有效减少了气窜的发生,较空气驱过程改善了吸气剖面,充分启动了低渗层,使得低渗层的增油量较高渗层明显变大,提高了采收率[11]。数值模拟研究结果表明,空气段塞为0.25PV,起泡液段塞为0.05PV,交替次数为12次且注入速度与水驱相同(即160m3/d)时,先导试验区提高的采收率12.29%、空气增油量为68.11t/105m3,累积产气1.06×107m3,比气驱减少83.36%。