新木油田木146區塊氮氣泡沫驅注入技術研究

邢 帥

（中國石油吉林油田分公司油氣工程研究院 吉林松原 138000）

木146區塊目前已處于高含水、高采出程度階段，但由于儲層非均質性，較低滲透儲層的儲量動用不充分，繼續水驅動用低滲儲層的難度較大，無效水循環嚴重。開展氮氣泡沫驅，可以利用氮氣泡沫注入能力強的優勢，充分動用小孔隙中的剩余油，并且利用泡沫調驅作用，降低非均質性影響，擴大波及體積。因此，進行了泡沫體系的篩選評價和注入工藝的優化設計，形成了一套滿足試驗區注入需求的低成本注入工藝，篩選出了4種滿足應用需求的泡沫體系，并對試驗區進行了應用。

1 泡沫體系篩選

在常溫常壓下，目前常用的泡沫體系評價方法有攪拌法、羅氏法、氣流法、阻力因子測試法、IMF單筒顯微鏡觀測法、自由液膜擴張粘彈性測試法等。這里利用攪拌法對16種泡沫體系的性能進行了80余組評價實驗（圖1），通過多組對比和平行實驗，發現FP1 + WP1泡沫劑、FP6 + WP3泡沫劑、FP9+ WP5泡沫劑和FP10泡沫劑這四種泡沫劑滿足技術指標，初步篩選出了4種滿足要求的泡沫體系。

圖1 室內16種泡沫體系發泡率及洗液半衰期評價曲線

對初步篩選出的4種泡沫體系分別進行了耐鹽性、耐油性、界面張力評價，并對常溫常壓條件下和高溫高壓條件下泡沫體系的性能進行了對比。

1.1 耐鹽性

用清、污水分別配制上述四種最佳配比泡沫劑溶液200mL，在室溫條件下進行發泡實驗，測定其發泡率和析液半衰期，發現清、污水分別配制的四種泡沫劑溶液發泡率變化不大，清水配制的析液半衰期更長，四種泡沫劑耐鹽性均達到技術要求。

1.2 耐油性

用污水分別配制含5%原油的上述四種最佳配比泡沫劑溶液200mL，在室溫條件下進行發泡實驗，測定其發泡率和析液半衰期。發現原油具有較強的消泡作用，會導致泡沫劑發泡率和析液半衰期均減小，綜合指數也明顯降低。加入5%原油后，四種泡沫劑發泡率均≥350%，析液半衰期均≥80s，滿足技術指標要求。

1.3 界面張力

用污水分別配制上述四種泡沫劑溶液100g，按中國石油天然氣集團公司企業標準SY/T5370-1999《表面和界面張力測定方法》，采用TX500C界面張力儀，設定地層溫度下，轉速為5000r/min，測定泡沫劑溶液與木146區塊原油之間的界面張力，四種泡沫劑溶液與木146區塊原油之間界面張力均可達1.0mN/m以下，符合技術指標要求。

1.4 高溫高壓對比實驗

為了確保實驗的準確性，利用高溫高壓可視化實驗裝置模擬地層條件進行泡沫體系性能論證，對常溫常壓與高溫高壓條件下泡沫體系性能對比評價，發現常溫常壓攪拌法與高溫高壓氣流法評價趨勢一致。在最佳氣液比（1∶1）下，隨著水質礦化度增加，四種發泡體系的泡沫綜合指數均有不同程度的下降。隨著含油量增大，四種泡沫體系的泡沫高度和半衰期均有不同程度的下降從整體性能評價來看，Ⅱ號體系泡沫綜合指數最好。

油藏條件下巖心驅替實驗表明，篩選出的泡沫體系能有效提高采收率，隨著注入泡沫段塞尺寸的增大，泡沫驅采收率逐漸增大，含水率下降程度逐漸增大，壓力逐漸升高，驅替過程中采收率逐漸提高，泡沫驅提高采收率為22.77%。

在油藏條件下對Ⅱ號泡沫體系滲流能力進行了評價。在泡沫驅過程中，高滲層流量分配率顯著降低，低滲層流量分配率明顯增大，壓力升高，最后逐漸趨于穩定，說明泡沫體系液流轉向能力強，充分發揮擴大波及體積的作用。

對油藏條件下II號泡沫體系發泡能力進行了實驗分析，驅替注入方式在巖心中能夠產生泡沫，含油飽和度高時，泡沫相對較少。無油條件下，巖心中產生了大量泡沫，對水層能夠起到很好的封堵作用，高滲層采出液中含有大量的泡沫證明泡沫在高滲層形成有效封堵。最終優選II號泡沫體系作為試驗區應用的泡沫體系。

2 低成本注入工藝優化設計

考慮到木146試驗區氮氣泡沫注入具有井淺（小于800米）、壓力低（最大注入壓力15.2MPa）、基本無腐蝕（注入除氧氮氣）等三個特點，從安全和節約成本兩方面考慮，設計了同心雙管分注工藝（圖2），滿足兩層分別注入不同流體（水、氣）要，層間輪注可通過地面控制，不需進行井下作業。為了降低注入工藝成本，精細設計論證了每一個工藝環節，注氣井口選擇論證。

圖2 氮氣泡沫驅注入工藝管柱

2.1 壓力級別論證

目前共有13.8MPa、20.7MPa、34.5MPa、69.0MPa、103.5MPa和138MPa六個壓力等級的注氣井井口，試驗區最大注入壓力為15.2MPa，因此，選擇耐壓20.7MPa分注井口

2.2 材質級別論證

目前注氣井井口有從AA到HH共7個材質等級，因為設計需注入除氧氮氣，從降低成本考慮選用AA級分注氣井井口。

2.3 油管選擇論證

油管組合論證：外油管與中心管之間環空截面大，有利于實現安全施工并避免后期注入堵塞風險，常見3種組合1.9"和2 7/8"、1.9"和3 1/2"、2 3/8"和3 1/2"中1.9"和3 1/2"尺寸油管組合環空截面積最大，因此，選用1.9"和3 1/2"油管尺寸組合。

2.4 油管鋼級論證

常見的注入油管材質有N80和J55兩種，通過計算均能滿足安全需求，目前試驗區注水選用的油管為N80油管，已經安全注水超過10年，因此，綜合考慮理論計算模型和現場應用經驗，確定井深均小于800米的木146試驗區注入井選用N80油管。

2.5 插入密封短節

實現密封中心管和外油管、完成上層配注功能的插入密封短節需滿足調剖等作業的響應需求，按調剖提供的技術要求（注入孔道直徑大于等于10mm），在不影響工具拉伸受力安全的條件下設計注入孔道為雙孔道，孔道直徑為20mm。

2.6 封隔器國產化

為了降低完井成本，設計采用國產化封隔器，單共降低成本16萬元。

3 現場實施應用

試驗區注入井從2016年6月13日開始轉注氮氣泡沫，注入壓力平穩，注氣量保持在5000方/日左右，采出液含水降低20%左右，采收率提高10%左右，無套壓，井筒密封良好。

4 結論

（1）通過常溫常壓和高溫高壓條件下篩選出來的II號泡沫體系能夠滿足木146試驗區氮氣泡沫體系注入需求。

（2）設計形成的低成本氮氣泡沫驅注入工藝可以滿足木146試驗區低成本安全注入需求。

（3）研究形成的泡沫體系和注入工藝可以推廣到多種氣驅應用中，具有廣闊的應用前景。