氮氣泡沫堵調技術在熱采水平井開發中的應用—以LF油田館陶組為例

韓紅旭，郝愛剛，冀延民，張 浩

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氮氣泡沫堵調技術在熱采水平井開發中的應用—以LF油田館陶組為例

韓紅旭，郝愛剛，冀延民，張 浩

（中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000）

LF油田館陶組為邊水活躍的稠油油藏，2010年以來采用水平井熱采開發，隨著吞吐輪次的增加，油藏內部壓降大、油井水平段動用程度不均、邊水侵入快，導致含水上升快、產量遞減大、周期油汽比降低、開發效果變差。2014年開展水平井氮氣泡沫堵調工藝試驗，分別采用氮氣泡沫增能、氮氣泡沫調剖和氮氣泡沫加栲膠復合堵調技術，共實施堵調20井次，區塊日產油增加60 t，油汽比提高0.6，地層壓力上升0.5 MPa，較好地改善了區塊開發效果。

LF油田；稠油熱采；氮氣泡沫驅；堵水調剖

1 油藏概況

LF油田位于山東省濱州市與惠民縣城之間，是一個上第三系館陶組、東營組大型披覆構造，主力含油層系為館陶組，油藏埋深950~1 020 m，油層厚度4.6 m，含油面積6.0 km2，地質儲量648×104t。區塊構造簡單，地層平緩，地層傾角1°~2°。儲層巖性主要為細砂巖、粉細砂巖和粉砂巖，平均孔隙度37%，滲透率3.446 μm2，為高孔高滲儲層。50oC時地面原油密度0.97 g/cm3，地面原油黏度2 464 mPa·s。地層溫度49oC，原始地層壓力9.6 MPa，為常溫常壓系統。該區塊邊底水活躍，水油體積比10∶1，油氣富集于構造高部位，油藏類型為層狀巖性–構造油藏。

2 開發狀況及主要問題

2001年5月，該區塊投入開發，前期采用定向井冷采，由于層薄、油稠、敏感性強、出砂嚴重，平均單井日產油水平僅1.1 t/d，單井產能較低；2010年采用水平井蒸汽吞吐熱采開發，完鉆投產水平井34口，投產初期平均單井日產油16.8 t/d，該區塊日產油水平達到228 t/d，綜合含水54.2%，產能取得突破。隨著吞吐輪次的增加，開發矛盾日益突出：一是地層壓力下降較快，由2010年的9.6 MPa下降至2015年的4.4 MPa，油井注汽后峰值產量、周期采油量下降，油汽比降低，與第一周期相比，第三周期平均單井峰值產量由12.5 t/d下降至6.8 t/d，油汽比由1.32下降至0.75；二是邊水推進速度加快，一線井區水淹嚴重，距離邊水較近的7口一線井出現不同程度水淹，綜合含水由66.2%上升至90.5%；三是由于水平段物性差異大，吸汽和動用狀況不均勻，根據15口水平井溫壓剖面資料顯示，吸汽程度高，動用狀況好的水平段長度僅占總水平段長度55.2%，影響了水平井注汽開發效果。

3 氮氣泡沫封堵及增能機理

3.1 泡沫封堵機理

利用泡沫流體在儲層中疊加產生的氣液阻效應（賈敏效應）和巖石孔隙中氣泡膨脹產生的封堵能力，使液流在孔隙中流動阻力大大增加，從而提高對高滲層的封堵效果，迫使后續液流轉向原注入水或邊水波及不到的區域[1]。泡沫對地層滲透率有選擇性，堵大不堵小，即泡沫對高滲層具有較強的封堵作用，對低滲層的封堵作用較弱。從泡沫在不同巖心中的分流量曲線（圖1）可以看出，隨著時間的延長，高滲巖心分流量下降，而低滲巖心分流量明顯上升，證明泡沫對高滲巖心的分流效果要明顯好于低滲巖心。泡沫同時具有遇油消泡、遇水穩定、堵水層不堵油層的特點，能夠更好地應用于封堵高滲層出水層位或水平井段[3]。

圖1 泡沫在不同巖心中的分流量曲線

3.2 氮氣隔熱增能機理

氮氣屬于非冷凝氣體，壓縮系數為 0.291，具有良好的可壓縮性和膨脹性，在能量釋放時具有良好的助排作用[4]。實驗研究，相同條件下氮氣提供的彈性能量為二氧化碳氣體的1.25～1.5倍。注入氮氣可以增加地層壓力0.5～0.8 MPa，且氮氣導熱系數低，可以減少熱損失，提高熱能利用率，因此選擇氮氣作為增能氣體。

注入過程中，氮氣進入油層，膨脹驅水，同時和蒸汽進入油層，復合降低原油黏度；氮氣分布在油層中上部，降低蒸汽超覆的熱損失。燜井過程中，氮氣形成“隔熱被”聚集在油層頂部，阻止向上部巖石逸散造成的熱損失，促使蒸汽進一步加熱油層。當注汽結束轉抽時，隨著地層壓力降低，經過壓縮儲存在地層中的氮氣體積迅速膨脹，產生較大的附加力，加速驅動地層中的原油及冷凝水迅速返排, 起到強化助排油和水的作用。氮氣具有黏滯性，高壓條件下與水或其它物質作用，產生一定數量的泡沫，并作為熱載體緩慢掃過油層，使熱能得到充分利用，從而提高油井產液量[5]。

3.3 氮氣泡沫加改性栲膠復合堵調

栲膠是從富含單寧植物的植物原料中提取的濃縮產品，其單體成分為多聚原花青素，其分子結構如多聚原花青素在酸、醇作用下生成花青素，組成單元的A環為間苯二酚型，B環為鄰苯二酚型。A、B環在一定條件下可與醛類發生縮合反應而樹脂化，形成具有一定彈性的凝膠。對落葉松栲膠進行改性，增加分子的活動性與親水性，減小分子量，度，可使栲膠與醛類物質的交聯能力顯著提高，凝降低黏膠質量得到改善[6]。

氮氣泡沫體系在一定程度上能封堵高滲層，使后續注入蒸汽流向其它低滲含油部位加熱原油提高蒸汽波及體積；受半衰期和其自身泡沫強度的影響，對于水體大、能量足的水侵問題，泡沫堵調有效期較短，多周期連續調堵后效果變差。通過在泡沫中添加改性栲膠，能夠增加泡沫體系液相黏度、泡沫的膜厚度及膜彈性，從而增加泡沫的穩定性，提高泡沫體系殘余阻力因子，增強泡沫封堵強度[7]。

在100，150，200，250，300 ℃等溫度下，分別將常規氮氣體系與栲膠復合氮氣體系放入恒溫箱中， 在常壓下測定這兩種體系的半衰期。由表1可以看出，溫度達到300℃時，起泡劑完全失去起泡能力，故半衰期都為0 min；在低于300℃高溫下，栲膠復合氮氣泡沫體系的半衰期均遠遠大于氮氣泡沫體系，說明復合體系比常規氮氣體系具有更好的穩泡性能。

表1 高溫下兩種泡沫體系半衰期對比

在 250℃條件下，采用一維單管模型（60 cm×2.54 cm）對栲膠復合氮氣泡沫體系和常規氮氣泡沫體系進行了封堵能力實驗，結果如表2所示。兩種泡沫體系封堵性能對比顯示，在250℃條件下，栲膠復合氮氣泡沫體系的封堵率達到 98.63%，封堵能力明顯好于常規氮氣泡沫體系。

表2 兩種泡沫體系封堵性能對比

4 工藝優化與實施效果

根據該塊館陶組的開發效果，邊水較為活躍，多輪次吞吐后，鄰近邊水的一線井區已形成大孔道，水淹嚴重；與一線區相比二線區含水較低，但因水平段動用程度不均勻，也出現含水上升加快的趨勢，構造高部位油井多輪次吞吐后，地層壓降較大，吞吐效果變差。針對這種現象，制定“一堵二調內補充”的治理對策，對靠近邊水且已形成水竄通道的一線區，采用氮氣泡沫加栲膠復合堵調，封堵水竄通道，降低一線區含水；對二線區油井采用加大泡沫用量，提升氮氣泡沫強度，增強對高滲水平段堵調，改善油層水平段動用狀況；內部區油井地層壓降較大，通過增加氮氣用量，對油層進行提壓增能，提高地層壓力及油井產液能力。

根據以上原則及優化結果，制定了館陶組堵水調剖方案，在該塊共實施堵水調剖井20口，如表3所示。2014－2015年共在LF油田館陶組實施實施氮氣泡沫調剖、復合調剖20井次，累計注蒸汽3.5×104t，氮氣214×104m3，栲膠23 t，取得了良好的增產效果，具體數據見表4。2015年在該區塊實施氮氣泡沫堵調工藝技術以來，區塊日油水平由100 t/d上升至160 t/d，單井日油能力由2.9 t/d上升至5.0 t/d，含水由81.4%下降至73.1%，區塊綜合遞減由10.1%下降至–25.1%。

5 結論和認識

（1）熱采開發水平井多輪次吞吐后，在注汽前采用氮氣泡沫進行堵調，能夠有效降低油井含水。

表3 LF油田館陶組油井氮氣泡沫調剖優化方案

表4 LF油田館陶組氮氣泡沫調剖效果統計

（2）根據距離邊水遠近、地層能量狀況及水平段吸汽動用狀況，分區治理、合理優化堵調工藝參數，是提高堵調效果的關鍵。

（3）在氮氣泡沫中加入栲膠實施復合調剖，能夠有效提高氮氣泡沫封堵強度，對封堵距離邊水較近一線井區的水竄通道封堵效果明顯。

（4）對于多輪次吞吐后虧空大的井區，通過增大調剖時氮氣用量，利用氮氣提壓增能，能有效補充地層能量，提高周期產油量。

[1] 田鑫. 氮氣泡沫調驅微觀機理和封堵性能影響因素研究[J]. 科技通報，2015，31（3）：95–96.

[2] 白濱杰，李亞濰. 泡沫堵調體系治理稠油邊底水油藏的研究[J]. 內江科技，2013，12（4）：132–133.

[3] 劉立成，姜漢橋，陳民鋒，等. 小斷塊稠油油藏水平井蒸汽吞吐開采技術策略研究[J]. 石油天然氣學報，2006，28（6）：127–129.

[4] 李雪峰，李慧宇. 氮氣泡沫吞吐增能堵水工藝在中原油田的應用[J]. 內蒙古石油化工，2011，10（8）：33–34.

[5] 歐陽波，陳書帛. 氮氣隔熱助排技術在稠油開采中的應用[J]. 石油鉆采工藝，2003，25（3）：1–2.

[6] 郭南南，艾立玲. 改性栲膠在油田應用研究進展[J]. 化學工程師，2016，8（1）：55–56.

[7] 楊增森. 邊底水特超稠油油藏蒸汽吞吐中后期復合調堵技術研究[J]. 內蒙古石油化工，2012，16（14）：97–98.

編輯：張 凡

1673–8217（2017）05–0122–03

TE357.42

A

2016–02–23

韓紅旭，高級工程師，1975年生，1996年畢業于東北石油大學石油地質勘察專業，現主要從事油藏開發管理工作。