海上低幅邊底水稠油油藏氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)應(yīng)用效果評價

張吉磊，李廷禮，張 昊, 章 威，歐陽雨薇

(1中海油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院 2中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司定向井技術(shù)服務(wù)分公司)

秦皇島32-6油田是渤海灣比較典型的海上大型復(fù)雜河流相沉積的稠油油田，構(gòu)造幅度低，主力生產(chǎn)層位為新近系明化鎮(zhèn)下段，儲層膠結(jié)疏松，屬于高孔、高滲儲層，地層原油黏度大。目前采用水驅(qū)開發(fā)，由于具有水油流度比大、儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、正韻律沉積等特點，注入水主要沿著優(yōu)勢滲流通道突進(jìn)到生產(chǎn)井中，造成波及體積系數(shù)降低，導(dǎo)致注入水低效或無效循環(huán)。同時由于地理環(huán)境復(fù)雜，受海上平臺壽命以及平臺空間的限制，許多陸上油田取得較好應(yīng)用效果的三次采油技術(shù)在海上油田實施困難重重。

氮氣泡沫驅(qū)技術(shù)是提高采收率的一項新技術(shù)，具有提高波及系數(shù)和提高驅(qū)油效率的雙重作用，近年來已成為陸上油田提高油氣田采收率的一項重要措施[1-5]。海上油田對氮氣泡沫技術(shù)的研究與應(yīng)用，僅局限于氮氣泡沫沖砂洗井、氣舉誘噴、壓水錐等工作，對氮氣泡沫驅(qū)的研究還處于起步階段。本文研究的成功應(yīng)用，對拓寬海上油田提高采收率技術(shù)的選擇范圍,及海上相似油田后期開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

一、氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)原理及泡沫體系優(yōu)選

1.氮氣泡沫調(diào)驅(qū)機(jī)理

氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)主要是利用泡沫體系“堵大不堵小”和“遇油消泡、遇水穩(wěn)定”的特點，即泡沫優(yōu)先進(jìn)入高滲透大孔道，并且泡沫在通過含水飽和度較高儲層時，能形成穩(wěn)定的強(qiáng)泡沫，產(chǎn)生有效的封堵，迫使注入水產(chǎn)生液流轉(zhuǎn)向作用，驅(qū)替中低滲透儲層，改善注水剖面。在通過含油飽和度較低的儲層時，泡沫易溶于油，使油相黏度降低，原油易于流動。而起泡劑本身是一種活性很強(qiáng)的表面活性劑，能較大幅度降低界面張力，改善巖石表面潤濕性，剝離出束縛狀態(tài)的殘余油，使束縛狀的油成為可流動的油，同時泡沫中的氣組分在氣泡破裂后產(chǎn)生重力分異，上升到滲透率更低的，注入水難以到達(dá)的油層頂部，擴(kuò)大了波及體積，提高了驅(qū)油效率。

2.氮氣泡沫體系優(yōu)選

氮氣泡沫驅(qū)的核心是泡沫體系，它是氮氣泡沫驅(qū)主要影響因素之一。泡沫體系在地層中的調(diào)驅(qū)能力受泡沫的數(shù)量(反映為起泡體積)和穩(wěn)定性(反映為半析水期)的綜合影響，應(yīng)同時具有良好的起泡和穩(wěn)泡能力。本文通過靜態(tài)、動態(tài)實驗對氮氣泡沫體系及注入?yún)?shù)進(jìn)行了優(yōu)選評價。

靜態(tài)實驗：采用Waring Blender法對備選起泡劑的配伍性、起泡能力、穩(wěn)泡能力、熱穩(wěn)定性、靜態(tài)吸附劑耐油性進(jìn)行了一系列實驗評價，然后通過測定不同濃度下起泡劑的界面張力及發(fā)泡體積和穩(wěn)泡時間等綜合性能，確定了起泡劑類型及適用濃度。由于單一的起泡劑體系在地層條件下穩(wěn)泡能力差，通過加入穩(wěn)泡劑來滿足現(xiàn)場應(yīng)用的要求，考慮到聚合物驅(qū)作為一種提高采收率的方法[6]且穩(wěn)泡能力強(qiáng)，故選擇聚合物作為泡沫體系的穩(wěn)泡劑[7-8]。通過對聚合物的溶解性、黏濃、黏鹽、黏溫、流變性等性能的研究，確定了穩(wěn)泡劑類型及適用濃度。篩選出的氮氣泡沫調(diào)驅(qū)體系(PM-1)為：700～1000 mg/L穩(wěn)泡劑WP-1+0.3%起泡劑QP-5。

動態(tài)實驗：利用室內(nèi)動態(tài)驅(qū)替實驗，模擬試驗區(qū)塊的地質(zhì)油藏條件，對靜態(tài)優(yōu)選的氮氣泡沫體系(PM-1)的封堵性、耐沖刷性及耐油性進(jìn)行了評價，并對氣液比、注入速度、注入段塞以及注入方式進(jìn)行了優(yōu)化，確定了合理的注入?yún)?shù)：氣液比1 ∶1，注入速度為2 mL/min，注入段塞0.3 PV，注入方式為混合注入。

二 、氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)室內(nèi)效果評價

1.氮氣泡沫體系調(diào)剖性能評價

實驗方法：將不同滲透率極差的并聯(lián)填砂管巖心，飽和模擬原油后用模擬地層水驅(qū)替至綜合含水達(dá)到98%，并且測得水驅(qū)分流量至穩(wěn)定；轉(zhuǎn)驅(qū)，改用優(yōu)選的氮氣泡沫調(diào)驅(qū)體系驅(qū)替，至分測得流量穩(wěn)定。通過繪制注入氮氣泡沫體系的PV數(shù)和分流量的關(guān)系，分析該調(diào)驅(qū)體系的調(diào)剖效果。

本實驗采用雙管并聯(lián)巖心驅(qū)油，實驗結(jié)果見圖1所示。

由圖1可以看出，在水驅(qū)階段，出口端流量“兩級分化”特別明顯，注入水基本上全部驅(qū)替相對高滲的巖心，而相對低滲的儲層基本不受注入水波及。其主要原因是高滲巖心作為優(yōu)勢滲流通道易造成注入水突進(jìn)形成竄流，導(dǎo)致儲層受效不均，注入水波及體積系數(shù)低。注入泡沫后，由于高滲巖心含油飽和度低，能夠形成較為穩(wěn)定的泡沫，滲流阻力增大，迫使注入水轉(zhuǎn)向驅(qū)替相對低滲巖心，使出口端流量“均勻”，隨著高、低滲巖心中的原油被進(jìn)一步驅(qū)出，泡沫在高、低滲巖心中形成的滲流阻力也交替增大，巖心的分流量也跟著交替增大減小，最終兩個巖心的分流量變的相對均衡。

圖1 滲透率級差為3和6時的分流量關(guān)系曲線

2.氮氣泡沫驅(qū)油性能評價

實驗方法：將四組滲透率相近的填砂管巖心，用模擬原油飽和，計算得初始含油飽和度。用模擬地層水驅(qū)替1#～4#填砂管巖心，至產(chǎn)出液中含水達(dá)98%停驅(qū)，計算水驅(qū)采收率。然后將2#填砂管巖心轉(zhuǎn)聚合物驅(qū)，驅(qū)替1 PV后轉(zhuǎn)水驅(qū)至產(chǎn)出液含水達(dá)98%停驅(qū)，計算聚驅(qū)采收率；將3#巖心轉(zhuǎn)單一氮氣泡沫驅(qū)(單一泡沫體系+氮氣)，驅(qū)替2PV后轉(zhuǎn)水驅(qū)至產(chǎn)出液含水達(dá)98%停驅(qū)，計算氮氣泡沫混合驅(qū)采收率；將4#巖心轉(zhuǎn)強(qiáng)化氮氣泡沫驅(qū)(由于穩(wěn)泡劑本身為聚合物)，驅(qū)替2PV后轉(zhuǎn)水驅(qū)至產(chǎn)出液含水達(dá)98%停驅(qū)，計算強(qiáng)化氮氣泡沫驅(qū)采收率。通過繪制不同驅(qū)油方式注入體積的PV數(shù)和采收率的關(guān)系，分析該調(diào)驅(qū)體系的驅(qū)油效果。

實驗裝置及流程同氮氣泡沫體系調(diào)剖性能評價流程。

表1 不同驅(qū)油方式的對比實驗數(shù)據(jù)表

由實驗結(jié)果(表1)看出，水驅(qū)后轉(zhuǎn)聚合物驅(qū)、氮氣泡沫驅(qū)和強(qiáng)化氮氣泡沫驅(qū)均會提高原油的采收率。水驅(qū)后轉(zhuǎn)聚合物驅(qū)，驅(qū)油效率從40.4%提高到56.5%，提高了16.1%；水驅(qū)后轉(zhuǎn)單一氮氣泡沫驅(qū)，驅(qū)油效率從40.4%提高到58.1%，提高了17.7%；水驅(qū)后轉(zhuǎn)強(qiáng)化氮氣泡沫驅(qū)，驅(qū)油效率從40.4%提高到65.2%，提高了24.8%。強(qiáng)化氮氣泡沫驅(qū)提高采收率最大，其次分別是單一氮氣泡沫驅(qū)和聚合物驅(qū)。原因主要是：氮氣泡沫驅(qū)中生產(chǎn)的泡沫能進(jìn)入更多的孔隙空間，波及體積更大，所以采收率的增加值要大于聚合物驅(qū)，而強(qiáng)化泡沫驅(qū)含有聚合物，相當(dāng)于是聚合物驅(qū)和氮氣泡沫驅(qū)的復(fù)合驅(qū)，采收率增加值最大。

三、氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)海上先導(dǎo)試驗

1.氮氣泡沫驅(qū)選井選層依據(jù)

目前氮氣泡沫調(diào)驅(qū)的選井選層并無可供借鑒的石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過文獻(xiàn)調(diào)研[9-10]，參考陸上油田氮氣泡沫驅(qū)成功經(jīng)驗，制定以下選井選層原則：①滲透率大于50 mD，地層溫度低于100℃，地下原油黏度小于200mPa·s；②油層厚度較大，縱向及平面滲透率差異大，有高吸水層段；③油水井間連通性好，注采對應(yīng)關(guān)系明確，注入動態(tài)反應(yīng)明顯；④注水壓力相對較低，具備一定的注入能力；⑤完善合理的井身結(jié)構(gòu)，調(diào)驅(qū)層位上下夾層無串通；⑥試驗區(qū)油層分布穩(wěn)定，剩余油富集。

2.現(xiàn)場試驗情況

依據(jù)上述選井選層原則，選擇秦皇島32-6油田南區(qū)D16井組作為本次先導(dǎo)試驗的試驗井組，該區(qū)于2002年8月投產(chǎn)，原始地層壓力11.3 MPa，平均地層溫度61.5℃，屬正常溫壓系統(tǒng)，地層原油黏度為28～126 mPa·s，平均孔隙度35%，層間、層內(nèi)滲透率變化大，平均3 000 mD，主力油層平均厚度10 m。D16井組采用反九點井網(wǎng)開發(fā)，共8口生產(chǎn)井受益，屬多層合采，截至措施前平均產(chǎn)油17 m3/d，平均含水84%，其中5口井含水達(dá)到85%以上。

3.施工過程

整個施工階段主要分為：前置段塞，主段塞和封口段塞。前置段塞用于控制大孔道，防止氣竄，而封口段塞的作用是氮氣泡沫驅(qū)作業(yè)結(jié)束后，后續(xù)注水會對泡沫段塞產(chǎn)生稀釋作用，通過增加“封口段塞”強(qiáng)度，可以對主段塞起有效保護(hù)作用，延長措施有效時間。本次試驗共計注液35 100 m3，氮氣194.4 m3，聚合物25.15 t(純度92.9%)，起泡劑126.9 m3。

4.效果評價

通過注入井注入效果和生產(chǎn)井增油控水效果兩個方面對泡沫調(diào)驅(qū)先導(dǎo)試驗進(jìn)行評價。氮氣泡沫調(diào)驅(qū)實施后，D16井的注入壓力由注入前的6.5 MPa上升至9.0 MPa，視吸水指數(shù)由措施前115 m3/MPa·d降低至80 m3/MPa·d，圖2為D16井措施前后吸水剖面對比圖，說明泡沫對高滲透大孔道形成了有效的封堵，迫使注入水產(chǎn)生液流轉(zhuǎn)向作用，驅(qū)替物性差的儲層。

D16井氮氣泡沫驅(qū)試驗見到了明顯的控水增油效果(表2)。泡沫注入試驗結(jié)束7個月后，井組日產(chǎn)油增加42 m3，平均含水率由試驗前的84%降到79.5%，特別是C24、C17和C9井的含水率下降非常明顯，達(dá)10%左右。目前該井組仍處于泡沫驅(qū)油有效期，7個月凈增產(chǎn)原油0.88×104m3。D12、D13和D18井產(chǎn)油量和含水都基本沒有發(fā)生變化，分析原因主要是受強(qiáng)邊底水的影響較大[11-12]，建議進(jìn)一步加強(qiáng)注氮氣泡沫驅(qū)的數(shù)模的研究，重點研究強(qiáng)邊底水對氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)的影響，同時加強(qiáng)注入工藝方式研究。

在先導(dǎo)試驗成功實施的基礎(chǔ)上，對秦皇島32-6油田5個注采井組實施氮氣泡沫調(diào)驅(qū)措施，調(diào)驅(qū)后注水井井口壓力明顯上升，視吸水指數(shù)下降31%，含水率下降幅度2%～8%，含水上升勢頭得到了有效控制，5個井組累計增油4.5×104m3，調(diào)驅(qū)效果持續(xù)時間普遍在7個月以上。氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)對油田穩(wěn)油控水起到了至關(guān)重要的作用。目前該油田正準(zhǔn)備采取大規(guī)模的整體調(diào)驅(qū)，以增強(qiáng)效果。

圖2 D16井措施前后吸水剖面對比圖

井號措施前措施后增油控水評價日產(chǎn)油/m3含水率日產(chǎn)油/m3含水率含水降低幅度日增油量/m3累增油/104m3C172576%3669%9.2%110.23D151992%2387%5.4%40.08C241093%1884%9.7%80.17D121276%1177%-1.3%00.00D132084%1682%2.4%00.00D18395%393%2.1%00.00D192670%3567%4.3%90.19C92386%3378%9.3%100.21總計5.1%420.88

四、結(jié)論及建議

(1)篩選了適合QHD32-6油田的氮氣泡沫調(diào)驅(qū)體系(PM-1)：700-1000 mg/L穩(wěn)泡劑WP-1+0.3%起泡劑QP-5，并確定了合理的注入?yún)?shù)：氣液比1 ∶1，注入速度為2 mL/min，注入段塞0.3 PV，注入方式為混合注入。

(2)氮氣泡沫調(diào)驅(qū)體系具有調(diào)剖和驅(qū)油雙重作用。通過向不同滲透率極差巖心注入氮氣泡沫體系后，巖心出口端的分流量由水驅(qū)時的“兩極分化驅(qū)替”轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬鶆蝌?qū)替”；水驅(qū)后采用強(qiáng)化氮氣泡沫驅(qū)，可在水驅(qū)采收的基礎(chǔ)上提高采收率24.8%；充分體現(xiàn)了氮氣泡沫調(diào)驅(qū)體系的調(diào)驅(qū)性能。

(3)秦皇島32-6油田氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)取得了明顯的控水增油效果。注水井視吸水指數(shù)下降30%，井組綜合含水下降了5%，累計增油4.5×104m3。由于部分井受到強(qiáng)邊底水的影響，調(diào)驅(qū)效果不明顯，建議對于邊底水較強(qiáng)的油田采用氮氣泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)時，重點考慮邊底水對氮氣泡沫驅(qū)的影響。