海上大底水油田氮氣泡沫穩油控水技術的研究與應用

徐國瑞 李翔 竺彪 （中海油服油田生產事業部 天津300450）

海上大底水油田氮氣泡沫穩油控水技術的研究與應用

徐國瑞 李翔 竺彪 （中海油服油田生產事業部 天津300450）

通過泡沫靜態實驗、動態實驗優選出了最佳發泡劑，并對泡沫的油敏性、封堵能力、提高采收率性能進行了深入研究。通過在海上油田的應用，該技術實現了對底水的有效封堵和控水增油的作用，取得了較好的增產效果。

氮氣泡沫 海上油田 底水油藏 泡沫封堵 穩油控水

我國海上底水油藏儲量豐富，底水能量充足，地層溫度高，產液量高，不需注水補充能量。具有底水的生產井一旦被底水突破，將造成生產井大量產水，產油量大幅度降低。穩油控水，控制底水上升已成為這些油田亟需解決的問題。但目前這些油田缺乏有效的控水增油措施，前期所做的多次堵水措施沒有取得明顯效果，堵水難度大。泡沫由于具有獨特的結構，廣泛應用于壓裂、酸化、堵水、調剖等油田增產作業中。[1]在底水突破嚴重的生產井中，采用高壓注入氮氣和發泡劑溶液成泡的方式，造成近井地帶壓力上升，將上升的底水驅至一定位置；氮氣和發泡劑溶液在井筒周圍的高含水區域形成一定范圍的氮氣泡沫富集帶，由于泡沫具有“遇油消泡、遇水生泡”的特性，使氮氣泡沫在高含水區域長期存在，從而抑制底水的上升，并在近井地帶形成原油富集區，達到控水的目的。[2]

1 氮氣泡沫控水室內實驗研究

1.1 起泡劑優選實驗研究

針對目標油田的地層條件，使用該油田的生產水，篩選評價編號為1～3號的3種起泡劑的靜態性能指標和動態性能指標，從而優選出起泡性能最好的起泡劑。靜態性能指標主要包括起泡劑起泡體積、排液半衰期、泡沫半衰期等。動態性能指標主要評價起泡劑的阻力因子。

1.1.1 起泡劑靜態性能優選 靜態性能實驗評價室溫條件下濃度分別為0.3%、0.5%、1.0%的1～3號起泡劑的實驗數據。實驗采用Waring Blender方法，根據實驗設計濃度配制成100 mL起泡劑溶液，攪拌后倒入量筒中，觀測其發泡體積，泡沫半衰期及排液半衰期。實驗結果如表1所示。

表1 起泡劑靜態性能評價實驗數據

從表1數據可知，3種起泡劑隨著起泡劑濃度的增加，起泡體積增加；2號起泡劑起泡體積稍小，但泡沫半衰期與排液半衰期卻遠大于1號和3號起泡劑。可見2號起泡劑所生成的泡沫穩定性最好。

1.1.2 起泡劑動態性能評價 阻力因子是衡量泡沫封堵效果的重要指標，其定義為注泡沫時物理模型兩端的工作壓差與水驅時的基礎壓差的比值。動態性能實驗測試了濃度為0.5%的1～3號起泡劑溶液在氣液比為3∶1～1∶3情況下的阻力因子。實驗結果如表2所示。

表2 起泡劑動態性能評價實驗數據

從表2數據可知，各種起泡劑的阻力因子隨著氣液比的增加而增大；2號起泡劑的阻力因子大于1號和3號起泡劑。可見2號起泡劑所生成的泡沫封堵能力最好。從泡沫的靜態實驗和動態實驗可以看出，2號起泡劑產生的泡沫質量最好。

1.2 泡沫油敏性實驗研究

泡沫油敏性實驗評價了室溫條件下濃度為1.0%的2號起泡劑溶液加入模擬油后的靜態性能。實驗采用Waring Blender方法，根據實驗設計濃度配制成100 mL起泡劑溶液，攪拌后倒入量筒中，觀測其發泡體積，泡沫半衰期及排液半衰期。

表3 泡沫油敏性實驗數據

從表3可以看出，模擬油對泡沫的起泡體積、泡沫半衰期、排液半衰期均有較大的影響：起泡體積明顯減小；排液半衰期明顯縮短，排液速度增加，泡沫不穩定；泡沫半衰期明顯下降，油濃度越高，泡沫破壞越快。這說明泡沫具有遇油消泡的特性，從而使泡沫在油藏中具有“堵水不堵油”的選擇性封堵作用。

1.3 泡沫封堵提高采收率實驗研究

實驗采用并聯模型模擬目標井的非均質性，測試泡沫的封堵性能、分流率情況及提高采收率性能。實驗溫度為80℃。高、低滲模型數據和采收率實驗結果如表4所示。實驗中測得分流率及驅替壓力如圖1所示。

表4 泡沫封堵提高采收率實驗數據

圖1 實驗中分流率及驅替壓力與注入體積關系曲線

從表4中可以看到，水驅后高低滲模型的采收率分別為59.4%和50.8%，經過氮氣泡沫驅替之后低滲模型的采收率上升幅度達到15.9%，高于高滲模型的8.3%，說明氮氣泡沫具有較好的提高采收率的效果。高、低滲模型的最終采收率分別上升到67.7%和66.7%，兩者相差不大，說明氮氣泡沫驅替比較均勻。

從圖1中可以看出在水驅階段高低滲模型的分流率是不同的，高滲模型的分流率大于低滲模型，此時的驅替壓差約在0.2～0.3 MPa之間。當轉入泡沫驅替之后，分流率發生了反轉，低滲模型分流率高于高滲模型，這說明泡沫封堵了高滲模型造成其分流率變小，而此時的封堵壓差迅速上升至1.75 MPa左右。之后在進行后續水驅中，開始時低滲模型的分流率仍大于高滲模型。經過一定時間后，高低滲透模型的分流率再次發生反轉，驅替壓差也迅速降低，這表明在水的沖刷下，泡沫逐步發生了破滅，也說明泡沫的封堵有一定的有效期。

從以上實驗可以看到，泡沫對滲透率有選擇性，優先選擇進入滲流阻力小的高滲地層，在賈敏效應作用下增加了高滲透地層中氣相液相的滲流阻力，使其轉向流入低滲地層。由于泡沫具有剪切稀釋的非牛頓流體特性，在低滲透層受到較大的剪切作用而封堵強度降低。這是泡沫穩油控水的重要機理。

2 氮氣泡沫穩油控水技術現場應用

氮氣泡沫穩油控水技術于2010年應用于海上某油田，是該項技術在海上大底水油田的首次應用。該油田是一個大底水油藏，底水能量充足，產液量高。目前該油田處于油田開發后期，底水上升嚴重，綜合含水已超過97%。如何穩油控水，減緩底水上升是油田生產面臨的嚴峻問題。

措施井是一口新投產的水平井，處于含水快速上升期。投產5個月以來含水已上升至70%以上。氮氣泡沫穩油控水措施于2010年4月完成施工。由該井生產動態特征曲線（見圖2）可以看到，從5月22日開始，含水出現較大幅度的波動，含水最大降幅達到15%，取得了較好的控水增油效果。

圖2 措施井生產動態特征曲線

3 結論

通過泡沫靜態實驗、動態實驗優選出了最佳發泡劑，并對泡沫的油敏性、封堵能力、提高采收率性能進行了研究。在室內實驗中，泡沫表現出了良好的選擇性封堵性能及提高采收率的效果。

氮氣泡沫穩油控水技術在海上油田首次應用，取得了較好的效果。措施井降水增油效果明顯，達到了增產的目的。

氮氣泡沫穩油控水技術的成功實施，為海上大底水油藏生產井穩油控水治理提供了一項新技術，對今后類似油田的控水穩油工作具有重要意義。■

[1]王佩華.泡沫堵水調剖技術綜述[J].鉆采工藝,2000（23）：60-61.

[2]龐占喜，程林松，陳月飛，等.常規稠油底水油藏氮氣泡沫控制水錐技術研究[J].石油學報，2007（28）:99-103.

2011-09-06