泡沫堵水工藝在海上油田的應用

黃 俠，文 權，張云寶

(中海油服油田生產事業部 天津300450)

泡沫堵水工藝在海上油田的應用

黃 俠，文 權，張云寶

(中海油服油田生產事業部 天津300450)

針對金縣海上高含水油藏，分析了油井出水原因，采用測井找水技術，從泡沫堵水機理入手，優選了氮氣泡沫堵水工藝，通過實驗進行了起泡劑的起泡性能評價，起泡濃度優選，確定了采用強化泡沫體系；優化了堵劑用量、氣液比、注入工藝等工藝參數，制定了具體的工藝施工方案；現場施工中優化了施工流程，保證了泡沫質量；產油量增加。從綜合效果來看氮氣泡沫堵水工藝在同類油藏中有很好的適用性。

泡沫 堵水技術 工藝參數 現場應用

0 引 言

JX1-1油田平均水深29,m，區塊內某井是一口先期排液井，區塊邊部有強邊底水，部分儲層底水發育，離斷層較近，原油密度 0.975，粘度 248～323,mPa.s，油層滲透率為(1,420～5,022)×10-3,μm2，密度高、粘度大、高孔高滲。作業前單采第四防砂段，段內有底水層且射開，油水粘度高，導致含水 100%，油田開發的難度很大。我們通過測井找水、實驗泡沫體系優選，施工參數優選，嘗試采用氮氣泡沫堵水技術。

通過調研，我們發現氮氣泡沫堵水技術比較適合該類高含水油藏油田開發的需要。泡沫堵水技術是在注入液體中摻入氣體，利用氣阻效應(賈敏效應)，使液體不能沿微觀大孔道、宏觀高滲層或高滲區竄流，達到封堵高含水層的目的。而泡沫由于它獨特結構，具有靜液柱壓力低、濾失量小、助排能力強、對地層傷害小等良好特性。

1 氮氣泡沫堵水原理

泡沫由分散相(氣體)、分散介質(淡水和鹽水)、起泡劑(表面活性劑)和穩泡劑(各種水溶性聚合物)組成。泡沫是一種選擇性水基堵水劑，該類堵水劑一般優先進入含水飽和度高的地層，在該層起到封堵作用。泡沫在含水飽和度高的地層穩定存在，是一種堵水不堵油的選擇性堵水劑。封堵實驗表明，泡沫堵水劑具有優良的封堵能力，隨注入量增加這一能力持續增大，產生較好的封堵效果。低氣液比交替注入時，封堵作用表現緩慢。泡沫體系由表面活性劑、聚合物和氣體組成，具有選擇性封堵作用，在多孔介質中運移時其視粘度遠遠大于其他驅替介質，同時體系中的表面活性劑能夠乳化原油，進而驅替出更多滯留在地層中的原油，進一步提高采收率。通過對該體系的實驗研究，認為邊底水活躍、大孔道發育的油藏采用該堵水工藝很有大的發展潛力。

2 出水原因分析

2.1 油井生產情況

目的井為一口先期排液井，Y為分管柱，射開層位為 Ed2Ⅳ上、Ed2Ⅳ下、Ed3Ⅰ上、Ed3Ⅰ中、Ed3Ⅰ下油組，分5段防砂。

生產層段埋深 1,534.5～1,583.7,m(見表 1)，第2、5防段為水層，排污一周后關閉，第 4層油水同層，第3層為主力層，距離上部水層20,m。合采第1、第4防砂段含水100%。單采第3防砂段初期產油約42,m3/d，含水＜10%，酸化第 3防砂段后，含水100%。

2.2 測井找水

采用測井氧活化水測井找水工藝(見表 2)，發現產水量經由 3#滑套產出，認為出水層段在第 3防砂段1,540.4～1,563.0,m。

表1 泡沫堵水井基礎數據Tab.1 Fundamental data of the foam plugging well

表2 氧活化找水測井解釋Tab.2 Oxygen activation water logging interpretation

3 堵劑選擇

3.1 堵劑類型選擇

目的井油層溫度 65,℃，要求封堵邊底水突破區域，考慮到油井轉注的可能性，因此要求堵劑有較強的封堵效果，又要減少對油層的污染，要求堵劑油水具有選擇性好、污染小、風險小、注入性好、強度可控的特點，因此優選強化泡沫堵水劑。泡沫堵劑封堵強度可調，適用范圍廣，可以采用多種注入方式與起泡方式，施工工藝成熟可靠。

3.2 泡沫性能

3.2.1 泡沫堵水率

從室內堵水、堵油壓差變化曲線和堵油壓差變化曲線(見圖 1、圖 2)可以看出該泡沫堵劑堵水率遠大于堵油率，油水選擇性明顯，堵水率為99.8%，堵油率為6.9%。

圖1 堵水實驗壓差變化曲線Fig.1 Pressure difference during the water plugging test

圖2 堵油實驗壓差變化曲線Fig.2 Pressure difference during the oil plugging test

3.2.2 泡沫的性能測定

采用泡沫性能測定裝置測定了不同表面活性劑的起泡體積和半衰期(見表3)。

表3 泡沫性能特征Tab.3 Foam properties

可以看出，方案 1起泡能力最強，半衰期最長，隨著油濃度的增加，起泡體積減小，半衰期減短。

3.2.3 起泡性能評價

選用濃度為 0.5%的起泡劑在 90,℃條件下老化24,h，與老化前對比(見表4)。

表4 起泡劑老化前后性能對比Tab.4 Contrast of foam agent performances before and after aging

可以看出老化后排液半衰期起泡體積稍小，但半衰期幾乎沒有變化，說明體系穩定性非常好。

3.2.4 泡沫堵水實驗測試結果

通過實驗對比了普通泡沫和強化泡沫的堵水效果(見表 5)。

表5 普通泡沫和強化泡沫的堵水效果Tab.5 Contrast of plugging effects between common and strengthening foams

可以看出，強化泡沫的堵水效果優于普通泡沫，因此選擇強化泡沫體系。

3.2.5 氣液比優選

對比了4種不同的氣液比(氣液比分別為1∶2、1∶1、2∶1、3∶1)水驅至含水 98%+3,PV 泡沫，轉后續水驅時的驅替效率(見圖 3)。從最終驅替效率看，氣液比1∶1效果最佳。

圖3 整體驅替效率對比Fig.3 Comparison of overall displacement efficiencies

4 氮氣泡沫堵水工藝

可實施油井泡沫堵水的井必須滿足下列條件：油井附近有可采的油，油層厚度不小于 2.5,m，油層埋深不超過 2,500,m，油井產液中含水率超過 80%，固井質量好。

4.1 段塞設計

氮氣泡沫堵水劑，針對特殊的地層需要有特別的設計，目的油井的段塞設計為：前置段塞、主體段塞、隔離段塞、后置段塞、頂替段塞(見表6)。

表6 氮氣泡沫堵水段塞設計Tab.6 Slug design of nitrogen foam plugging

4.2 注入工藝

主要由以下兩部分組成：

①氮氣系統：氮氣的產生、計量、增壓、注入都由氮氣設備完成。

②井口流程：在泥漿池配制起泡劑與穩泡劑溶液，由酸化泵或注堿泵注入并與氮氣混合注入井筒內。

4.3 優化注程

原泥漿池底部無出口，經協調焊接一個變扣，優化注入流程，保證泡沫質量。冬季施工，現場作業條件艱苦。停注后需對設備管道吹掃及實施冬防措施，增加作業強度。首先撈出“Y”堵，對管線及井口閥門試壓，環空補滿液，然后注入工作液，投“Y”堵，關井1～2天再放噴生產。

4.4 施工參數

氮氣泡沫堵水是一種選擇性堵劑，在施工壓力上和凝膠堵劑略有差別。一般而言，氮氣段塞施工壓力要小于地層破裂壓力，施工中非氮氣段塞的注入壓力可以和其他凍膠堵藥劑施工壓力要求相同。本文所述目的井注液壓力≤14.0,MPa，注氣及泡沫壓力≤18.0,MPa。

氮氣段塞施工排量需要控制在井口裝置承受壓力的安全范圍內。排量應控制在段塞施工壓力小于地層破裂排量范圍內。本文所述目的井施工注液排量為 3～30,m3/h，注氮排量600,Nm3/h，氮氣注入量7.5× 104,Nm3。

4.5 施工情況

氮氣泡沫堵水工藝施工歷時 7.8,d，基本按設計參數實施，完成了設計泡沫注入量。實際注液量746,m3，注氣量 66,000,Nm3，考慮放氣 11,000,Nm3，實際注入地層 55,000,Nm3，泡沫量 1,158,m3，氣液比1∶1。前置段塞 100,m3，泡沫段塞 1,100,m3，隔離段塞 40,m3，增效段塞 30,m3，頂替段塞 6,m3。注液3,m3/h，注氣 600,Nm3/h，注入壓力 6.3,MPa升至10.3,MPa。注氣壓力14.5,MPa，注液壓力7.1,MPa，停注后套壓4.0,MPa。地下氣液比約為0.9∶1。

圖4 氮氣泡沫堵水施工曲線Fig.4 Construction curves of nitrogen foam plugging

施工曲線如圖4所示。

5 綜合效果評價

施工前經過充分論證，針對不同情況制定了備用方案，現場施工中根據實際情況及時調整工藝方案，確保了施工順利完成。泡沫注入過程中，壓力呈現逐步上升趨勢，建立封堵壓差 4.3,MPa。施工過程中套壓上升較快，現場采取了套管放氣方式降低壓力，增加了作業時間(35～40,h)。泡沫堵水過程中泡沫能逐步建立有效封堵，降水增油效果明顯，含水率由措施前 100%逐步降低至當前 14%，已降低 86%。產油量由0,m3/d逐步上升至54,m3/d，日增油54,m3。日均增油 42,m3，累計增油 5,300,m3，有效期已達 55,d，效果仍持續有效，水層被有效封堵。油水選擇性明顯，與實驗結果對應。與基礎數據相比，氮氣含量增長0.52%～1.96%，約每天產16～60,Nm3。氮氣總注入量55,000,m3，產出一半需時至少超過 400,d。本次作業為不動管柱防砂段內籠統堵水，泡沫實現了選擇性封堵出水層位的目的。

6 結 論

對于 Y管柱油井堵水，本次采用不動管柱籠統注入方式，縮短作業周期，降低作業成本，作業經驗值得借鑒。建議繼續維持目前生產制度，繼續跟蹤措施效果。泡沫選擇性堵水技術可以有效封堵油井的水竄層位，且對油層沒有傷害，建議繼續選井擴大應用。對于因含水高而準備側鉆的井，建議嘗試該類成本低的堵水增油措施。

［1］楊成生. 氮氣泡沫堵水在油田的應用研究[J]. 新疆化工，2010(3)：27-31.

［2］韓冬，沈平平. 表面活性劑驅油原油及應用[M]. 北京：石油工業出版社，2001.

［3］趙福麟. EOP原理[M]. 北京：石油大學出版社，2001.

Application of Foam Plugging Technology in Offshore Oilfields

HUANG Xia，WEN Quan，ZHANG Yunbao
(Production Optimization，China Oilfield Services Limited，Tianjin 300450，China)

The causes of oil well producing water in a high water content oil reservoir in Jin County were analyzed.Then，with the adoption of well logging and water locating technology and the application of foam plugging mechanism，the process of nitrogen foam plugging was selected. Through tests，performances of foaming agents were evaluated and the foaming concentration was optimized，so that the reinforced foaming system was determined；process parameters，such as dosage of plugging agent，vapor liquid ratio and injection technology were optimized to make a detailed construction scheme for the process；during field operations，construction processes were optimized to ensure the foaming quality；oil production was increased. Judging from the combined effect，the nitrogen foam water plugging technology has a very good applicability.

foam；water plugging；technical parameters；field application

TE53

A

1006-8945(2014)10-0046-04

2014-09-10